一種超低頻六分量微振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種超低頻六分量微振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，包括底座、負(fù)載盤(pán)、四個(gè)折疊梁、應(yīng)變傳感器、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀以及數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)；四個(gè)折疊梁沿負(fù)載盤(pán)下表面圓周方向均布；每一個(gè)折疊梁與相鄰兩個(gè)折疊梁呈垂直關(guān)系，折疊梁一端固定連接在負(fù)載盤(pán)和底座之間；折疊梁上黏貼應(yīng)變傳感器，應(yīng)變傳感器通過(guò)動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀實(shí)現(xiàn)橋路連接并與數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)相連；當(dāng)微小振動(dòng)源產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，應(yīng)變傳感器測(cè)得四個(gè)折疊梁產(chǎn)生的應(yīng)變，并通過(guò)動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀輸出電壓信號(hào)到數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)根據(jù)輸入的電壓信號(hào)分析出微小振動(dòng)源的振動(dòng)特性。該測(cè)量系統(tǒng)可以精確測(cè)量微小振動(dòng)源的擾動(dòng)力，測(cè)量的精確度高。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種超低頻六分量微振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型一種高精度超低頻六分量微振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，可用于對(duì)航天器內(nèi)部微小擾動(dòng)載荷在六個(gè)自由度上的振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行動(dòng)態(tài)測(cè)量。
【背景技術(shù)】
[0002]目前的航天器大多都屬于大型柔性展開(kāi)式機(jī)構(gòu)，且?guī)в写罅康墓鈱W(xué)元件，它們對(duì)指向精度和穩(wěn)定度均提出了很高的要求。另外，在現(xiàn)代航天器姿態(tài)控制系統(tǒng)中，反作用輪、單框架力矩陀螺和太陽(yáng)翼驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)等是其控制系統(tǒng)中的重要元件，它們?cè)谔峁┍匾目刂苿?dòng)力的同時(shí)，也會(huì)引起一些有害振動(dòng)(為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，下面將上述三種系統(tǒng)統(tǒng)稱(chēng)為擾動(dòng)源)。這些擾動(dòng)主要由飛輪不平衡、軸承擾動(dòng)、電機(jī)擾動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)誤差等引起的，其中飛輪不平衡是導(dǎo)致飛輪振動(dòng)的最主要原因，這些擾動(dòng)力和擾動(dòng)力矩會(huì)降低體太空中精密性?xún)x器的性能指標(biāo)，因此測(cè)量和分析航天器有效載荷擾動(dòng)的動(dòng)態(tài)特性，對(duì)于分析并消除擾動(dòng)從而提高航天器的姿態(tài)控制精度和加強(qiáng)航天器的安全設(shè)計(jì)有著非常重要的工程意義。
[0003]由于航天器擾動(dòng)源的擾動(dòng)很小，個(gè)別有效載荷如動(dòng)量輪在空間三個(gè)方向只能產(chǎn)生幾十毫牛頓甚至幾毫牛頓的微弱擾動(dòng)，要想在具有相對(duì)強(qiáng)烈干擾背景噪音的地面實(shí)驗(yàn)室中測(cè)量此類(lèi)擾動(dòng)十分困難，而其對(duì)應(yīng)傳感器的精度要求非常高。
[0004]目前，國(guó)內(nèi)外尚未見(jiàn)有關(guān)此類(lèi)微小振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)的文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種超低頻六分量高精度微振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，利用該系統(tǒng)能夠測(cè)量并分析航天器運(yùn)行過(guò)程中，擾動(dòng)源在空間六個(gè)自由度上的動(dòng)態(tài)特性，為提高航天器的姿態(tài)控制精度和加強(qiáng)航天器的安全設(shè)計(jì)提供可靠的測(cè)試數(shù)據(jù)。
[0006]本實(shí)用新型要解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:一種超低頻六分量微振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，包括底座、負(fù)載盤(pán)、四個(gè)折疊梁、應(yīng)變傳感器、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀以及數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)；四個(gè)折疊梁沿負(fù)載盤(pán)下表面圓周方向均布；每一個(gè)折疊梁與相鄰兩個(gè)折疊梁呈垂直關(guān)系，折疊梁一端固定連接在負(fù)載盤(pán)和底座之間；折疊梁上黏貼應(yīng)變傳感器，應(yīng)變傳感器通過(guò)動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀實(shí)現(xiàn)橋路連接并與數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)相連；當(dāng)微小振動(dòng)源產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，應(yīng)變傳感器測(cè)得四個(gè)折疊梁產(chǎn)生的應(yīng)變，并通過(guò)動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀輸出電壓信號(hào)到數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)根據(jù)輸入的電壓信號(hào)分析出微小振動(dòng)源的振動(dòng)特性。
[0007]所述的應(yīng)變傳感器為電阻應(yīng)變片或半導(dǎo)體應(yīng)變片。
[0008]所述的折疊梁由兩端設(shè)置安裝法蘭的橫梁折疊而成，折疊后通過(guò)安裝法蘭與折疊梁上方、下方的負(fù)載盤(pán)和底座連接，折疊后形成的上下兩個(gè)橫梁的折疊面上向橫梁內(nèi)部加工有兩個(gè)圓弧形溝槽。
[0009]所述的四個(gè)折疊梁組成測(cè)量傳感器，通過(guò)在每個(gè)折疊梁圓弧形溝槽底部背面上粘貼應(yīng)變片組成八個(gè)半橋來(lái)實(shí)現(xiàn)；或者通過(guò)在圓弧形溝槽底部背面以及每個(gè)橫梁上的圓弧面處都粘貼一個(gè)應(yīng)變片，即每個(gè)折疊梁上有八個(gè)應(yīng)變片，整體組成八個(gè)全橋?qū)崿F(xiàn)微振動(dòng)測(cè)量。
[0010]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0011](I)本實(shí)用新型測(cè)量裝置和被測(cè)量試件分離，不需要在被測(cè)試件上安裝附加設(shè)備和傳感器，不影響被測(cè)試件的動(dòng)態(tài)特性，不損傷被測(cè)試件結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)完畢后試件還可以正常使用。
[0012](2)本實(shí)用新型通過(guò)十六個(gè)應(yīng)變傳感器的合理布置，組成八個(gè)半橋，從而可以測(cè)得得六個(gè)自由度的超低頻微擾動(dòng)信號(hào)，使得測(cè)量精度大大提高。
[0013](3)本實(shí)用新型可以通過(guò)在每個(gè)折疊梁上粘貼四個(gè)應(yīng)變片組成八個(gè)半橋來(lái)實(shí)現(xiàn)；也可以在每個(gè)橫梁上的圓弧面處粘貼都粘貼一個(gè)應(yīng)變片，每個(gè)折疊梁上有八個(gè)應(yīng)變片，整體組成八個(gè)全橋，進(jìn)一步提高傳感器靈敏度。
[0014](4)本實(shí)用新型微振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)體積小巧，可以方便的應(yīng)用于多種場(chǎng)合，提高了測(cè)量系統(tǒng)的適用性。
[0015](5)本實(shí)用新型中每一個(gè)折疊梁上加工出四個(gè)圓弧槽，當(dāng)安裝于該微振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)上的被測(cè)部件產(chǎn)生擾動(dòng)時(shí)，由于應(yīng)力集中，會(huì)使圓弧槽底端產(chǎn)生最大應(yīng)變，從而最大限度提聞測(cè)量精度。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0016]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0017]圖2為本實(shí)用新型俯視示意圖；
[0018]圖3為本實(shí)用新型中帶壓電傳感器的折疊梁結(jié)構(gòu)示意圖；
[0019]圖4為本實(shí)用新型中底座結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做詳細(xì)介紹，具體如下:
[0021]如圖1、2所示，在負(fù)載盤(pán)2上表面定義坐標(biāo)系XYZ。本實(shí)用新型一種超低頻六分量高精度微振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)包括:十六個(gè)連接螺栓1、負(fù)載盤(pán)2、十六個(gè)應(yīng)變傳感器3、四個(gè)折疊梁4、底座5、八個(gè)螺栓通孔6，動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀7以及數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)8。振動(dòng)源安裝在負(fù)載盤(pán)2的中心處，四個(gè)折疊梁4位于底座5上表面和負(fù)載盤(pán)2下表面之間，通過(guò)十六個(gè)螺栓I壓緊連接，十六個(gè)應(yīng)變傳感器3分別粘貼在四個(gè)折疊梁4的上下表面，用以測(cè)量負(fù)載或振動(dòng)源在X、Y和Z向的力和力矩；在XY平面上，每一個(gè)折疊梁4與相鄰兩個(gè)折疊梁呈垂直關(guān)系，如圖2所示，四個(gè)折疊梁4沿負(fù)載盤(pán)2下表面圓周方向均布，四個(gè)折疊梁4的安裝方向與Z軸呈空間垂直關(guān)系。十六個(gè)應(yīng)變傳感器3組成八個(gè)半橋通過(guò)信號(hào)傳輸線與動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀7以及數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)8相連；當(dāng)微小振動(dòng)源產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，十六個(gè)應(yīng)變傳感器3產(chǎn)生的應(yīng)變通過(guò)動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀7轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)8轉(zhuǎn)化為三個(gè)微小振動(dòng)力信號(hào)和三個(gè)微小振動(dòng)力矩信號(hào)，以此為基礎(chǔ)可以準(zhǔn)確分析出微小振動(dòng)源的振動(dòng)特性。
[0022]所述的十六個(gè)應(yīng)變傳感器為電阻應(yīng)變片或半導(dǎo)體應(yīng)變片元件。
[0023]該系統(tǒng)中底座5為正方形鋁框結(jié)構(gòu)，框架上有八個(gè)沉頭孔和四個(gè)通孔；底座上表面銑出四個(gè)定位槽，框架內(nèi)部邊框上銑出四個(gè)圓弧形缺口。其形狀如圖4所示。[0024]負(fù)載盤(pán)2的形狀為圓形，也是鋁質(zhì)材料，振動(dòng)源安裝在負(fù)載盤(pán)2的中心處。負(fù)載盤(pán)2的下表面銑出四個(gè)定位槽便于安裝折疊梁4，盤(pán)上分布有八個(gè)沉頭孔和四個(gè)通孔，沉頭孔用于連接折疊梁4，通孔用于固定負(fù)載。
[0025]如圖3所示；每個(gè)折疊梁4的兩個(gè)橫梁上都加工出兩個(gè)圓弧形溝槽，四個(gè)折疊梁沿負(fù)載盤(pán)2下表面圓周均布，并且它的側(cè)面與底座5側(cè)面對(duì)齊。四個(gè)折疊梁4組成測(cè)量傳感器，可以通過(guò)在每個(gè)折疊梁上粘貼四個(gè)應(yīng)變片組成八個(gè)半橋來(lái)實(shí)現(xiàn)；也可以在每個(gè)橫梁上的圓弧面處粘貼都粘貼一個(gè)應(yīng)變片，每個(gè)折疊梁上有八個(gè)應(yīng)變片，整體組成八個(gè)全橋，以此實(shí)現(xiàn)微振動(dòng)測(cè)量。
[0026]底座I的上部與折疊梁4連接；下部分通過(guò)螺栓與地基連接。整個(gè)結(jié)構(gòu)要保證其剛度滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)測(cè)試要求。所述的底座5為正方形框架結(jié)構(gòu)，框架上有八個(gè)沉頭孔和四個(gè)通孔，沉頭孔用于連接折疊梁4，通孔用于將底座5固定到底機(jī)上；底座5上表面銑出四個(gè)定位槽，用于對(duì)折疊梁4進(jìn)行安裝定位，框架內(nèi)部邊框上銑出四個(gè)圓弧形缺口以便于安裝。其形狀如圖4所示。
[0027]將微小振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)安裝在地基上，將微小振動(dòng)源試件安裝在負(fù)載盤(pán)2的中心處，檢查十六個(gè)應(yīng)變傳感器3的信號(hào)是否正常并通過(guò)動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀7完成橋路連接，之后運(yùn)行微小振動(dòng)源，使其產(chǎn)生振動(dòng)，應(yīng)變傳感器3產(chǎn)生的應(yīng)變經(jīng)動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)8轉(zhuǎn)化為三個(gè)微小振動(dòng)力信號(hào)和三個(gè)微小振動(dòng)力矩信號(hào)，以此為基礎(chǔ)可以準(zhǔn)確分析出微小振動(dòng)源的振動(dòng)特性。由于通過(guò)數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)得到的是電壓信號(hào)，要將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為力信號(hào)，在測(cè)試之前需要對(duì)應(yīng)變傳感器進(jìn)行標(biāo)定，得到相應(yīng)的靈敏度系數(shù)，將其與電壓信號(hào)相乘后可以得到有效載荷的力信號(hào)。
[0028]本實(shí)用新型未詳細(xì)說(shuō)明部分屬于本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。
【權(quán)利要求】
1.一種超低頻六分量微振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:包括底座(5)、負(fù)載盤(pán)(2)、四個(gè)折疊梁(4)、應(yīng)變傳感器(3)、動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀(7)以及數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)(8);四個(gè)折疊梁(4)沿負(fù)載盤(pán)(2)下表面圓周方向均布；每一個(gè)折疊梁(4)與相鄰兩個(gè)折疊梁呈垂直關(guān)系，折疊梁(4) 一端固定連接在負(fù)載盤(pán)(2 )和底座(5 )之間；折疊梁(4)上黏貼應(yīng)變傳感器(3 )，應(yīng)變傳感器(3)通過(guò)動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀(7)實(shí)現(xiàn)橋路連接并與數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)(8)相連；當(dāng)微小振動(dòng)源產(chǎn)生振動(dòng)時(shí)，應(yīng)變傳感器(3)測(cè)得四個(gè)折疊梁(4)產(chǎn)生的應(yīng)變，并通過(guò)動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀(7)輸出電壓信號(hào)到數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)(8)，數(shù)據(jù)采集和處理系統(tǒng)(8)根據(jù)輸入的電壓信號(hào)分析出微小振動(dòng)源的振動(dòng)特性。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低頻六分量微振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的應(yīng)變傳感器(3)為電阻應(yīng)變片或半導(dǎo)體應(yīng)變片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的超低頻六分量微振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的折疊梁(4)由兩端設(shè)置安裝法蘭的橫梁折疊而成，折疊后通過(guò)安裝法蘭與折疊梁上方、下方的負(fù)載盤(pán)(2)和底座(5)連接，折疊后形成的上下兩個(gè)橫梁的折疊面上向橫梁內(nèi)部加工有兩個(gè)圓弧形溝槽。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的超低頻六分量微振動(dòng)測(cè)量系統(tǒng)，其特征在于:所述的四個(gè)折疊梁(4)組成測(cè)量傳感器，通過(guò)在每個(gè)折疊梁圓弧形溝槽底部背面上粘貼應(yīng)變片組成八個(gè)半橋來(lái)實(shí)現(xiàn)；或者通過(guò)在圓弧形溝槽底部背面以及每個(gè)橫梁上的圓弧面處都粘貼一個(gè)應(yīng)變片，即每個(gè)折疊梁上有八個(gè)應(yīng)變片，整體組成八個(gè)全橋?qū)崿F(xiàn)微振動(dòng)測(cè)量。
【文檔編號(hào)】G01H11/06GK203519152SQ201320598898
【公開(kāi)日】2014年4月2日 申請(qǐng)日期:2013年9月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月26日
【發(fā)明者】趙煜, 王云峰, 李果, 程偉, 楊文濤, 何斌, 王成倫, 劉鳳晶, 王光遠(yuǎn), 沈中 申請(qǐng)人:北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部, 北京航空航天大學(xué)