[發明專利]一種航天器機電產品的組件模態參數測量系統及方法

有效

• 申請號: 202010628832.3
• 申請日: 2020-07-01
• 公開（公告）號: CN111879400B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 田利梅;王英廣;魯明;胡躍偉;張激揚;李剛;卿濤;趙維珩;宿諾;薛冰;楊澤琨
• 申請（專利權）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G01H17/00
• 分類號: G01H17/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張麗娜

1.一種航天器機電產品的組件模態參數測量系統，其特征在于：該測量系統包括振動檢測模塊、信號處理模塊、模態振型分析模塊和模態阻尼分析模塊；

所述的振動檢測模塊包括加速度芯片、濾波模塊和PCB板，加速度芯片、濾波模塊固定在PCB板上，振動檢測模塊通過粘連方式固定在被測轉子上，粘貼位置為軸承支承點、轉子模態振型的節點和轉子模態振型的最大值點，轉子為懸掛方式，懸掛時固定點為轉子模態振型的節點；

所述的振動檢測模塊還用于敏感振動，并將振動轉化為電壓信號后輸出給濾波模塊；

所述的濾波模塊用于對接收到的電壓信號進行濾波處理后輸出濾波后的電壓信號給信號處理模塊；

所述的信號處理模塊用于接收振動檢測模塊輸出的濾波后的電壓信號，并對接收到的濾波后的電壓信號進行FFT分析，得到濾波后的電壓信號峰值頻率和對應幅值，并將得到的濾波后的電壓信號峰值頻率和對應幅值輸出給模態振型分析模塊和模態阻尼分析模塊中；

所述的模態振型分析模塊用于接收信號處理模塊發送的濾波后的電壓信號峰值頻率和對應幅值，并根據接收到的不同粘貼點的在同一時刻的峰值頻率的幅值進行描點和三次樣條插值計算，得到轉子模態振型；

所述的模態阻尼分析模塊用于接收信號處理模塊發送的濾波后的電壓信號峰值頻率和對應幅值，并根據接收到的同一粘貼點在不同時刻的峰值頻率的幅值變化進行分析運算，得到轉子模態阻尼；

所述的信號處理模塊為四通道示波器，以軸承支承點位置粘貼的振動檢測模塊輸出的電壓信號U1為基準信號接入示波器通道1，對電壓信號U1進行FFT變換，得到轉子的模態頻率F1的幅值并記為M11，將另一個軸承支承點位置粘貼的振動檢測模塊輸出的電壓信號U2為基準信號接入示波器通道2，以轉子模態振型的節點位置粘貼的振動檢測模塊輸出的電壓信號U3為基準信號接入示波器通道3，以轉子模態振型的最大值點位置粘貼的振動檢測模塊輸出的電壓信號U4為基準信號接入示波器通道4，并對電壓信號U2、電壓信號U3和電壓信號U4分別進行FFT變換，分別得到轉子的模態頻率F1的幅值并記為M12、轉子的模態頻率F1的幅值并記為M13、轉子的模態頻率F1的幅值并記為M14，然后在時域上對示波器通道2輸入的電壓信號U2、示波器通道3輸入的電壓信號U3、示波器通道4輸入的電壓信號U4分別與示波器通道1輸入的電壓信號U1在頻率F1尺度上的相位進行比較，如果同相則不進行任何處理，如果反相則在對應模態頻率的幅值前加負號；

所述的插值計算方法為：模態振型分析模塊首先對信號處理模塊所得到的各測試點對應測試模態頻率的振動幅值進行歸一化處理，將幅值M11參考標準化為1，得到振幅序列[1，M12’，M13’，……]，用三次樣條插值函數擬合振幅序列[1，M12’，M13’，……]，即幅值M11的歸一化振幅為1，幅值M12的歸一化振幅為M12’，依次類推。

2.根據權利要求1所述的一種航天器機電產品的組件模態參數測量系統，其特征在于：所述的振動檢測模塊為基于加速度芯片的PCB式微型振動測量模塊，由Ansys預分析確定轉子模態振型的節點和最大值點，用棉線或柔軟細線懸掛固定轉子。

3.根據權利要求1所述的一種航天器機電產品的組件模態參數測量系統，其特征在于：當用模態錘敲擊CMG轉子端部時，位于粘貼點的振動檢測模塊中的加速度芯片用于敏感振動。

4.根據權利要求1所述的一種航天器機電產品的組件模態參數測量系統，其特征在于：所述的濾波模塊由RC濾波實現，濾波帶寬為所測峰值頻率的5-10倍。

5.根據權利要求1所述的一種航天器機電產品的組件模態參數測量系統，其特征在于：所述的分析運算是指：模態阻尼分析模塊采用時域方法，測試轉子振動衰減速度，得到相應振動模態的阻尼，從振動開始5s后開始計時，模態振幅隨時間變化關系為：

其中F1為轉子模態頻率、ξ為相應模態阻尼，A(t)為在F1模態頻率下幅值在t時刻的U(t)。