一种专用设备在俯仰运动试验中的过载量测量方法与流程

1.本发明属于动态力学振动测试技术领域，具体涉及专用设备在俯仰运动的试验过程中所承受的过载量的测量方法。


背景技术：

2.在动态力学振动测试领域，对某些专用设备需要进行大范围俯仰运动试验，并考核其在俯仰运动试验过程中各测点沿切线方向所承受的过载量。过载量通常的测量方法是在专用设备被测部位粘贴三向过载传感器，用于测量俯仰试验过程中被测部位各方向的加速度值，并经数学模型运算输出沿俯仰轨迹曲线切线方向的过载量。测试过程中俯仰运动试验简化示意图如图1所示。
3.其中，测试时通常按照图1所示安装三向过载传感器，传感器各敏感方向与图1中标注方向一致。其中g为重力加速度，z为俯仰运动试验过程中专用设备被测部位切线方向加速度，x为沿专用设备被测部位轴向方向加速度。在俯仰运动试验过程中实时记录切向和轴向加速度数值z和x，通过重力加速度g和轴向加速度数值x的合成运算，计算出重力加速度切向分量gz：
[0004][0005]
因此，专用设备在俯仰运动过程中切线方向的过载量ε为：
[0006][0007]
其中，以上g、z、gz和x参量的单位均是参照当地重力加速度的倍数表征，比如g为当地重力加速度g＝lg(g＝9.8m/s2)，z实测输出时表征为多少g，gz和x同理。
[0008]
该测量方法存在以下几个问题：(1)重力加速度切向分量gz实测值与轴向(x方向)加速度数值实时关联，因此轴向加速度值x的测量精度将直接影响重力加速度切向分量gz的测量精度。(2)过载传感器主要技术指标有灵敏度幅值、灵敏度频响和灵敏度幅值线性度。一般地，灵敏度幅值误差为1％或2％，灵敏度频响误差为
±
5％或
±
10％，灵敏度幅值线性度误差为
±
3％。因此，上述数学模型引入了较大的z向和x向加速度测量结果误差。(3)专用设备测点在受到单一z方向(切线方向)振动时，其x和y方向不可避免受到因z方向振动引起不期望的横向振动(如图2中所示)。专用设备进行俯仰运动试验时，x方向会受到横向振动影响，因而引入的横向振动误差难以准确评价和计算。(4)受结构形式和封装工艺等因素影响，三向过载传感器制造成本高，因此使用其对专用设备俯仰运动试验过程中的过载量开展测试不够经济，特别是对于试验过程中开展多测点过载量测量时尤为明显。


技术实现要素：

[0009]
为解决上文所述专用设备大范围俯仰运动试验过载量准确测量问题，本发明提出了一种“倾角过载测量法”，即采用倾角传感器和单向过载传感器组合对专用设备进行俯仰运动试验过程中的过载量进行测量。该方法从原理上回避了横向振动误差和轴向加速度误差的影响，同时以倾角传感器实时测量记录俯仰运动试验角度变化过程，直观地反映了专
用设备动态运动轨迹，并且，数学模型对其运动轨迹的描述相对简单，计算量较小，误差累积更小。
[0010]
具体的，本发明提供一种专用设备在俯仰运动试验中的过载量测量方法，该方法为：在专用设备的俯仰运动的轴向方向上设置倾角传感器，在被测点处设置单向过载传感器，通过倾角传感器测量的专用设备与水平线的转动夹角θ和单向过载传感器测量的专用设备的切线方向加速度z，来获得专用设备的切线方式上的过载量。
[0011]
其中，在俯仰试验的专用设备轴向方向(如，轴线)上安装倾角传感器，测量专用设备与水平线的(实时转动)夹角θ，通过分解(当地)重力加速度g在运动角度方向的分量，即可得到俯仰运动中实时的切线方向重力加速度值gz。根据力的合成原理，可得重力加速度切向分量gz为：
[0012]gz
＝gcosθ
[0013]
同时，在专用设备被测部位(点)安装单向过载传感器，使其敏感方向平行于俯仰试验中该点运动方向，则可直接测量输出俯仰运动试验过程专用设备切线方向(该点)的加速度z，则专用设备在俯仰运动过程中切线方向的过载量ε为：
[0014]
ε＝z-gz＝z-gcosθ
[0015]
即，ε＝z-gcosθ
[0016]
其中，以上式中g、z和gz参量的单位均是参照当地重力加速度的倍数表征，比如g为当地重力加速度g＝lg(g＝9.8m/s2)，z实测输出时表征为多少g，gz同理。
[0017]
进一步的，对于俯仰运动试验中要求进行多测点过载量测量时，仅需在轴向方向上安装一个倾角传感器，并在每个测点均安装一个单向过载传感器(敏感方向平行于该点运动方向)分别连接数据采集仪即可实现各点过载量ε的测量。
[0018]
本发明提供的一种专用设备在俯仰运动试验中的过载量测量方法具有如下优点：(1)本发明的“倾角过载测量法”从原理上回避了横向振动误差和轴向加速度误差的影响，不仅提高了专用设备俯仰运动试验切线过载量测量精度，而且为切线过载量高精度测量提供了技术途径；(2)单向过载传感器和倾角传感器组合以全新数学模型进行过载量测量，是专用设备俯仰运动试验切线方向过载量测量的全新应用；(3)“倾角过载测量法”测试成本低，尤其对于多测点具备极大成本优势：首先单向过载传感器与倾角传感器组合采购成本低于三向过载传感器，其次多测点所占数据采集仪通道数少。
附图说明
[0019]
图1为专用设备的俯仰运动的简化示意图。
[0020]
图2为横向振动示意图。
[0021]
图3为本发明的一种专用设备在俯仰运动试验中的过载量测量方法的原理示意图。
[0022]
图4是本发明的一种专用设备在俯仰运动试验中的过载量测量方法的多测点过载量测量示意图。
具体实施方式
[0023]
结合附图对本发明的“一种专用设备在俯仰运动试验中的过载量测量方法”作进
一步地说明。
[0024]
如图3中所示，本发明提供的一种专用设备在俯仰运动试验中的过载量测量方法，其中，进行俯仰试验的俯仰测试机构(即，专用设备)一般为柱形形状(但本发明的方法并不受被测设备的形状的限制)，在柱状机构的轴向方向上安装一高精度倾角传感器，用于测量专用设备与水平线的(实时)夹角θ，通过分解当地重力加速度g在运动角度方向的分量，即可实时得到切线方向重力加速度值gz。根据力的合成原理，可得重力加速度切向分量gz为：
[0025]gz
＝gcosθ
[0026]
并且，在机构被测点上安装单向过载传感器，其敏感方向平行于俯仰试验中该点运动方向，则可直接测量输出俯仰运动试验过程专用设备切线方向加速度z，则专用设备在俯仰运动过程中切线方向的过载量ε为：
[0027]
ε＝z-gz＝z-gcosθ
[0028]
进一步的，如图4中所示，对于俯仰运动试验中要求进行多测点(测点1-4)过载量测量时，仅需在轴向方向上安装一个高精度倾角传感器，用于测量专用设备与水平线的夹角θ；并在测点1-4均安装一个单向过载传感器(单向过载传感器1-4，敏感方向平行于测点1-4运动方向)分别连接数据采集仪获得测点1-4的切线方向加速度z
1-4
，即可实现测点1-4的过载量ε
1-4
的测量。
[0029]
虽然，专用设备大范围俯仰运动试验过载量测量一般均应用三向过载传感器实现测量，在测量精度要求不高且经费充足的情况下，不失为一种较为适用的测量方法。
[0030]
然而，以单向过载传感器和倾角传感器组合的全新“倾角过载测量法”具有相当的新颖性和独特性：
①
过载传感器和倾角传感器输出参数分别属于力学和几何量范畴，以交叉学科参数构建数学模型测试人员不易应用且容易忽视；倾角传感器主要用于测量几何角度变化过程，在力学参数测试过程中一般不见其使用；
②“
倾角过载测量法”测量精度更高，单向过载传感器和倾角传感器组合不仅从原理上回避了横向振动误差和轴向加速度误差的影响，而且倾角传感器精度远高于过载传感器，因此在俯仰运动试验过程中重力加速度切向分量计算引入误差极小；
③
应用“倾角过载测量法”可大幅降低测试成本，单向过载传感器采购及计量溯源成本较三向过载传感器降低2/3；进行多测点过载量测量时可减少数据采集仪所需通道数，降低了对数据采集仪通道数量要求，极大地降低了数据采集成本。例如对7个测点过载量进行测量，采用三向过载传感器测量方式至少需要使用14个通道，而“倾角过载测量法”仅需使用8个通道(数据采集仪通道占用越多，测试成本越高)。在同等测量精度和测试成本条件下，目前还没有其他更好更经济的测量技术实现专用设备俯仰运动试验切线方向过载量测量的方法。
[0031]
以上所述仪是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。