[發(fā)明專利]一種可三維運動的水中振動源模擬實驗平臺

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811316510.4
• 申請日: 2018-11-07
• 公開（公告）號: CN109342017B
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張勇;劉冠軍;邱靜;鄭賢德;季明江;呂克洪;楊鵬;劉瑛;林鑫;王欽;程先哲
• 申請（專利權(quán)）人: 中國人民解放軍國防科技大學(xué)
• 主分類號: G01M10/00
• 分類號: G01M10/00
• 代理公司: 長沙市護航專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 43220
• 代理人: 謝新苗

1.一種可三維運動的水中振動源模擬實驗平臺，包括實驗水箱、激振系統(tǒng)、傳感器陣列、運動控制系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)；所述運動控制系統(tǒng)置于實驗水箱上部，所述傳感器陣列、激振系統(tǒng)、信號采集系統(tǒng)順序相連；其特征在于：

所述運動控制系統(tǒng)由運動機械裝置、驅(qū)動器及運動控制器組成；所述運動機械裝置包括四個滾珠絲杠，四個滾珠絲杠組成三維形狀，其中X方向為兩個滾珠絲杠平行放置，Y方向一個滾珠絲杠置于X方向的兩個滾珠絲杠上，Z方向一個滾珠絲杠與Y方向一個滾珠絲杠活動連接,且四個滾珠絲杠由四個步進電機驅(qū)動，所述四個步進電機包括3個86系列兩相步進電機和1個57系列兩相步進電機；所述激振系統(tǒng)由信號發(fā)生器、功率放大器和激振器組成；所述信號發(fā)生器將信號通過功率放大器后傳遞到激振器上；所述激振器的頂桿連接一個小球，并激勵小球做正弦往復(fù)運動，同時激振器連接到Z方向的滾珠絲杠上；

所述信號采集系統(tǒng)由計算機主機、計算機軟件、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)成；通過傳感器陣列來感知流場參數(shù)變化，其中，計算機軟件包括NI-DAQmx驅(qū)動軟件和NI LabViewSignalExpress LE交互式數(shù)據(jù)記錄軟件，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括NI PXI-625916位數(shù)據(jù)采集卡；

所述水中振動源模擬實驗平臺通過如下過程搭建：

(1)搭建運動控制系統(tǒng)：使用四個滾珠絲杠，四個滾珠絲杠由3個86系列兩相步進電機和1個57系列兩相步進電機驅(qū)動，驅(qū)動器采用分立元件結(jié)構(gòu)，二相4線，適合86、57系列7A以下兩相步進電機，具有256高細(xì)分的精度；運動控制器HC14M有6路脈沖口，脈沖頻率最高可達(dá)150K，本身可編程；

(2)搭建激振系統(tǒng)：信號發(fā)生器產(chǎn)生正弦波，正弦波信號通過功率放大器后傳遞到激振器上，激振器的頂桿連接一個小球，并激勵小球做正弦往復(fù)運動，同時激振器連接到Z方向的滾珠絲杠上；

(3)搭建信號采集系統(tǒng)：采用NI PXI-625916位數(shù)據(jù)采集卡，掃描速度為1MS/s，具有32路模擬輸入，配合使用NI-DAQmx驅(qū)動軟件和NI LabView SignalExpress LE交互式數(shù)據(jù)記錄軟件，通過編寫LabView程序框圖，以實現(xiàn)在特定時間間隔內(nèi)采集特定時間長度信號的功能，配合運動控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)信號自動化采集；

(4)將運動控制系統(tǒng)用型材搭建于實驗水箱之上，通過操作控制實驗水箱，運動控制系統(tǒng)直接控制激振器的運動參數(shù)，激振信號來源于信號發(fā)生器連接到功率放大器后的輸出，小球在水下振動，此時水下的傳感器陣列感知水中壓力信號變化，傳感器陣列連接于信號采集系統(tǒng)，通過信號采集系統(tǒng)最終獲取水中壓力變化信號，用于后續(xù)的實驗數(shù)據(jù)處理。

2.如權(quán)利要求1所述的一種可三維運動的水中振動源模擬實驗平臺，其特征在于：所述小球用于模擬偶極子源的振動，振動參數(shù)可調(diào)。

3.如權(quán)利要求2所述的一種可三維運動的水中振動源模擬實驗平臺，其特征在于：所述偶極子源和傳感器陣列相對位置在運動控制系統(tǒng)控制下可根據(jù)需要自動變化，運動參數(shù)可調(diào)。

4.如權(quán)利要求1-3任意一項所述的一種可三維運動的水中振動源模擬實驗平臺，其特征在于：所述傳感器陣列根據(jù)需要設(shè)置，包括十字形傳感器陣列、仿魚側(cè)線形傳感器陣列。

5.如權(quán)利要求1所述的一種可三維運動的水中振動源模擬實驗平臺，其特征在于：所述四個滾珠絲杠組成三維形狀，X方向、Y方向、Z方向長度根據(jù)需要定制。

6.如權(quán)利要求1或5所述的一種可三維運動的水中振動源模擬實驗平臺，其特征在于：所述四個滾珠絲杠由步進電機驅(qū)動和滾珠絲杠傳動，重復(fù)定位精度根據(jù)需要定制。

7.如權(quán)利要求1所述的一種可三維運動的水中振動源模擬實驗平臺，其特征在于：所述激振系統(tǒng)中激振器振動參數(shù)由信號發(fā)生器和功率放大器調(diào)節(jié)，頻率、振幅可調(diào)，產(chǎn)生35-45Hz的正弦波時具有更好的偶極子源特征。