[發(fā)明專利]三維沖擊力傳感器的三軸Hopkinson桿同步動(dòng)態(tài)標(biāo)定裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810434830.3
• 申請(qǐng)日: 2018-05-09
• 公開（公告）號(hào): CN108645562B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 郭偉國;李鵬輝;袁康博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01L25/00
• 分類號(hào): G01L25/00
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 王鮮凱

本發(fā)明涉及一種三維沖擊力傳感器的三軸Hopkinson桿同步動(dòng)態(tài)標(biāo)定裝置及方法，在一維分離式Hopkinson壓桿系統(tǒng)中心沿Y軸和Z軸分別加裝的Y軸透射彈性桿和Z軸透射彈性桿，形成真三軸加載系統(tǒng)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)在不同方向上同時(shí)產(chǎn)生動(dòng)態(tài)加載，對(duì)三維力傳感器進(jìn)行三軸同時(shí)標(biāo)定；避免了三向氣源難以解決的同步性問題，巧妙利用彈性變形體的橫向泊松效應(yīng)，進(jìn)行三維力傳感器三維耦合下的動(dòng)態(tài)靈敏度標(biāo)定；可以對(duì)三維力傳感器動(dòng)態(tài)線性度進(jìn)行高精度的標(biāo)定；該裝置也可進(jìn)行單軸或雙軸的動(dòng)態(tài)靈敏度標(biāo)定，用途廣泛，裝置操作簡(jiǎn)單，重復(fù)性好，測(cè)量加速度計(jì)動(dòng)態(tài)線性度的準(zhǔn)確精度高。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于三維沖擊力傳感器標(biāo)定裝置及方法，涉及一種三維沖擊力傳感器的三軸Hopkinson桿同步動(dòng)態(tài)標(biāo)定裝置及方法，是一種對(duì)三維沖擊力傳感器進(jìn)行多維同步動(dòng)態(tài)標(biāo)定的真三軸Hopkinson桿裝置和方法。

背景技術(shù)

三維沖擊力傳感器能同時(shí)檢測(cè)物體在三維坐標(biāo)空間的實(shí)際受力情況，廣泛應(yīng)用在機(jī)器人、發(fā)動(dòng)機(jī)、航空以及衛(wèi)星測(cè)試領(lǐng)域，其工況必須經(jīng)受動(dòng)態(tài)沖擊載荷的作用，這對(duì)傳感器的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速率及靈敏度提出了更高的應(yīng)用，因此必須對(duì)多維沖擊力傳感器進(jìn)行使用前的動(dòng)態(tài)標(biāo)定，以確保其技術(shù)性能滿足試驗(yàn)的要求。

目前對(duì)于三維或者多維沖擊力傳感器的校準(zhǔn)裝置，標(biāo)準(zhǔn)力的獲取方法通常分為砝碼轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的離心力、機(jī)械傳動(dòng)力以及液壓傳動(dòng)力。參照?qǐng)D1，文獻(xiàn)1：多維沖擊力傳感器的動(dòng)態(tài)標(biāo)定研究[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，白文聰(2015)，公開了一種提出了一套對(duì)六維力傳感器進(jìn)行動(dòng)態(tài)標(biāo)定的系統(tǒng)。該裝置包括有轉(zhuǎn)子15、伺服電機(jī)16、標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量17、安裝工裝18、傳感器19和大理石水平臺(tái)面20。該系統(tǒng)以高精度伺服電機(jī)為精確動(dòng)力源，以高精度砝碼作為標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量，通過伺服電機(jī)帶動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量做勻圓周運(yùn)動(dòng)，將隨時(shí)間變化的標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量塊上的離心力作為標(biāo)定系統(tǒng)的標(biāo)定絕對(duì)量。系統(tǒng)分為水平測(cè)試平臺(tái)和垂直測(cè)試平臺(tái)，水平測(cè)試平臺(tái)可以將傳感器x、y方向經(jīng)行精確的標(biāo)定，垂直測(cè)試平臺(tái)將標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量塊安裝在豎直平面內(nèi)產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)力，可以對(duì)z軸力進(jìn)行精確的動(dòng)態(tài)標(biāo)定。文獻(xiàn)2：Design,development,andcalibration of a force-moment measurement system for wheel–rail contactmechanics in roller rigs，Measurement，Meymand S Z，Ahmadian M.(2016)，公開了一種類似的轉(zhuǎn)動(dòng)臺(tái)標(biāo)定裝置，標(biāo)準(zhǔn)力的范圍在10KN以下，通過設(shè)計(jì)多維沖擊力傳感器的安裝方式，可實(shí)現(xiàn)對(duì)多維沖擊力傳感器的三軸標(biāo)定。ZL201010103946.2公開了一種大型多維力傳感器標(biāo)定加載臺(tái)，其采用液壓缸進(jìn)行加載，標(biāo)定量程大且加載精度高，且通過調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)壓力易實(shí)現(xiàn)加載力連續(xù)可調(diào)。目前的液加載校準(zhǔn)裝置無法實(shí)現(xiàn)高加載速率下的動(dòng)態(tài)標(biāo)定，無法獲得多維沖擊力傳感器感受動(dòng)態(tài)力的靈敏度系數(shù)。

參照?qǐng)D2，文獻(xiàn)3：Split Hopkinson pressure bar technique for dynamiccalibration of force transducers.SP Swedish National Testing and ResearchInstitute，F(xiàn)arm(2003)，公開了一種對(duì)力傳感器進(jìn)行一維動(dòng)態(tài)脈沖標(biāo)定的方法。該裝置包括有氣動(dòng)發(fā)射炮管21、子彈22、波形整形器23、入射彈性桿24、應(yīng)變片25、待測(cè)力傳感器26、透射彈性桿27、閥門控制器28、氣源29。進(jìn)行力傳感器動(dòng)態(tài)標(biāo)定時(shí)，首先將待測(cè)力傳感器26置于入射彈性桿24和透射彈性桿27之間。然后，利用子彈22沖擊入射彈性桿24產(chǎn)生激勵(lì)脈沖，產(chǎn)生的激勵(lì)脈沖作為入射波通過入射彈性桿24加載至力傳感器26，一部分在與力傳感器26接觸的界面上產(chǎn)生反射波沿入射彈性桿24反相傳播，另一部分經(jīng)過力傳感器26傳至透射彈性桿27產(chǎn)生透射波。用分別位于入射彈性桿24和透射彈性桿27表面的兩個(gè)應(yīng)變片25記錄入射波、反射波和透射波，利用一維彈性應(yīng)力波理論和分離式Hopkinson壓桿原理即可對(duì)力傳感器26進(jìn)行一維動(dòng)態(tài)脈沖標(biāo)定。