本發(fā)明涉及超低頻動(dòng)靜動(dòng)態(tài)測試系統(tǒng)，具體是一種超低頻簡諧振動(dòng)位移與拉彎復(fù)合應(yīng)變綜合測試裝置。

背景技術(shù)：

目前，超低頻位移振動(dòng)和拉伸與彎曲復(fù)合應(yīng)變試驗(yàn)裝置的頻率不夠單一，并且信號(hào)收集比較單調(diào)。

超低頻位移振動(dòng)和拉伸與彎曲復(fù)合應(yīng)變試驗(yàn)裝置采用機(jī)械機(jī)構(gòu)使部件產(chǎn)生往復(fù)運(yùn)動(dòng)。由于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)行程和運(yùn)動(dòng)頻率可知，因此可以提供振幅和頻率已知的振動(dòng)信號(hào)，但是此裝置產(chǎn)生的是多頻信號(hào)，多頻信號(hào)就是信號(hào)在頻域上可以劃分成不同的頻段，每個(gè)頻段都有各自的中心頻率。 一般從時(shí)域上看很難看出來，只能從頻域上分析。

現(xiàn)有超低頻位移振動(dòng)和拉伸與彎曲復(fù)合應(yīng)變試驗(yàn)裝置能為振動(dòng)和應(yīng)變綜合試驗(yàn)以及測試系統(tǒng)或儀器的調(diào)試和標(biāo)定提供超低頻振動(dòng)位移和應(yīng)變物理信號(hào)，但是對(duì)于信號(hào)的收集線路比較單一，無法提供多路信號(hào)收集分析對(duì)比，因此對(duì)于收集信號(hào)的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性無法確定。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有知識(shí)的缺陷，提供一種超低頻簡諧振動(dòng)和拉伸與彎曲復(fù)合應(yīng)變綜合測試試驗(yàn)平臺(tái)。該試驗(yàn)裝置不僅能發(fā)生頻率和幅度可控的簡諧振動(dòng)單頻信號(hào)，還可同步對(duì)比分析多頻信號(hào)和單頻信號(hào)，也能發(fā)生頻率和應(yīng)變可控的動(dòng)靜態(tài)應(yīng)變應(yīng)力信號(hào)。并且該裝置還可以作為標(biāo)定平臺(tái)，為測試系統(tǒng)或儀器的調(diào)試和標(biāo)定提供標(biāo)準(zhǔn)的超低頻簡諧振動(dòng)和應(yīng)變物理信號(hào)。通過改變加速度傳感器的數(shù)量以及安裝位置，該裝置還可實(shí)現(xiàn)簡諧振動(dòng)機(jī)構(gòu)的兩軸加速度的同步測量。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：試驗(yàn)裝置主體為一具有一定質(zhì)量且基礎(chǔ)穩(wěn)固的鋼質(zhì)框架結(jié)構(gòu)，在其兩根上橫梁上，一根上橫梁兩端分別固定一個(gè)板梁掛鉤，另一根上橫梁只在一端固定一個(gè)板梁掛鉤，在不同上橫梁上位于同一端的兩個(gè)板梁掛鉤的連線與上橫梁互相垂直。鋼質(zhì)框架結(jié)構(gòu)設(shè)置于框架底板上，框架底板上布置兩套機(jī)構(gòu)。一套是由兩組對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)和第一可調(diào)速電機(jī)組成，第一可調(diào)速電機(jī)的輸出軸與上橫梁平行，且與兩根上橫梁的距離相等，在初始位置狀態(tài)下，兩組對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)關(guān)于第一可調(diào)速電機(jī)輸出軸對(duì)稱。另一套由簡諧振動(dòng)機(jī)構(gòu)和一臺(tái)參數(shù)一樣的第二可調(diào)速電機(jī)組成，第二可調(diào)速電機(jī)與第一可調(diào)速電機(jī)相對(duì)布置，其輸出軸同樣與上橫梁平行。第一可調(diào)速電機(jī)和第二可調(diào)速電機(jī)通過框架底板上的螺孔固定?？蚣艿装迳系穆菘滓?0mm×20mm的間隔均勻分布，不同大小的電機(jī)均可通過合適的螺孔固定在底板上，因此可根據(jù)試驗(yàn)需要選擇電機(jī)的型號(hào)，從而滿足不同的調(diào)速范圍要求，同時(shí)也可配置不同的輔助設(shè)備滿足不同的實(shí)驗(yàn)需求。

其中簡諧振動(dòng)機(jī)構(gòu)由第二可調(diào)速電機(jī)、曲柄、直線軸承、短光軸框架及長光軸、滑塊及軌道、傳感器安裝架和若干支架構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)組成為：第二可調(diào)速電機(jī)的輸出軸與上橫梁平行，且與兩根上橫梁的距離相等，輸出軸與曲柄連接，曲柄通過軸承與短光軸框架連接，短光軸框架與長光軸固定連接，短光軸框架由軌道上的滑塊支撐，長光軸由一個(gè)支架和直線軸承支撐，長光軸可與試驗(yàn)工件連接。

試驗(yàn)工件通過板梁掛鉤以自由懸掛或者是螺栓緊固的形式垂直懸掛于鋼質(zhì)框架結(jié)構(gòu)上。試驗(yàn)工件的基本形狀一定，尺寸大小和材質(zhì)可變。試驗(yàn)工件配置有砝碼套件，將砝碼放上砝碼托盤對(duì)試驗(yàn)工件進(jìn)行加載，載荷每500N一級(jí)，范圍從0-3000N。將試驗(yàn)工件固定在框架結(jié)構(gòu)上，同時(shí)將試驗(yàn)工件與簡諧振動(dòng)機(jī)構(gòu)前端的長光軸通過連桿相互連接，使試驗(yàn)工件正好與地面垂直，開啟調(diào)速電機(jī)帶動(dòng)曲柄轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄通過直線軸承帶動(dòng)短光軸框架在擁有滑塊的軌道上滑動(dòng)，與短光軸框架相連的長光軸由一直線軸承支撐著隨著短光軸框架一起往復(fù)運(yùn)動(dòng)，試驗(yàn)工件則在連桿推動(dòng)下發(fā)生強(qiáng)迫振動(dòng)，從而產(chǎn)生長光軸軸向上的簡諧振動(dòng)和試驗(yàn)工件的拉彎復(fù)合應(yīng)變。

在試驗(yàn)中，電機(jī)可從靜態(tài)（0Hz）調(diào)整到電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速，電機(jī)轉(zhuǎn)速?zèng)Q定著振動(dòng)頻率的大小，通過配置激光傳感器可準(zhǔn)確測得電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)周期，從而得出振動(dòng)頻率，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生頻率已知的超低頻簡諧振動(dòng)和拉彎復(fù)合應(yīng)變的目的。若在長光軸的軸向和徑向分別布置加速度傳感器則可以實(shí)現(xiàn)兩軸加速度信號(hào)的同步測量。除此之外，還可將簡諧振動(dòng)機(jī)構(gòu)與對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)的振動(dòng)情況進(jìn)行對(duì)比，同步分析多頻信號(hào)和單頻信號(hào)的聯(lián)系與差異。

有益效果

本發(fā)明的有益效果是將簡諧振動(dòng)信號(hào)發(fā)生器和拉彎復(fù)合應(yīng)變信號(hào)發(fā)生器的功能結(jié)合起來，除了可進(jìn)行常規(guī)的靜態(tài)應(yīng)變測試外，通過調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速可實(shí)現(xiàn)超低頻物理信號(hào)的發(fā)生，為超低頻結(jié)構(gòu)振動(dòng)和應(yīng)變測試系統(tǒng)提供調(diào)試和標(biāo)定平臺(tái)，此外還可進(jìn)行兩軸加速度的同步測量，多頻信號(hào)與單頻信號(hào)同步對(duì)比分析，在振動(dòng)的教學(xué)試驗(yàn)和大型結(jié)構(gòu)工程測試等領(lǐng)域有很高的可應(yīng)用性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明試驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)總圖，I區(qū)域表示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，II區(qū)域表示簡諧振動(dòng)機(jī)構(gòu)；

圖2是本發(fā)明試驗(yàn)裝置的主視圖；

圖3是本發(fā)明試驗(yàn)裝置的左視圖；

圖4是圖2本發(fā)明試驗(yàn)裝置的A-A方向視圖，表示曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，A-A為圖2在中線處向左的剖線；

圖5是圖1本發(fā)明試驗(yàn)裝置的B-B方向視圖，表示簡諧振動(dòng)機(jī)構(gòu)，B-B為圖1在中線處向右的剖線；

圖中，I曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，II簡諧振動(dòng)機(jī)構(gòu)，1上橫梁，2上加固梁，3上支架，4支腿，5下橫梁，6底板，7試驗(yàn)工件，8板件掛鉤，9砝碼掛鉤，10激光傳感器，11砝碼支桿，12砝碼托盤，13第一電機(jī)主軸，14電機(jī)支架，15導(dǎo)軌支架，16導(dǎo)軌，17第二可調(diào)電機(jī)，18曲柄，19長光軸直線軸承，20長光軸，21導(dǎo)軌滑塊，22傳感器安裝架，23低頻加速度傳感器，24位移傳感器磁軸，25磁致伸縮位移傳感器，26直線軸承，27短光軸，28短光軸框架，29導(dǎo)軌座（含導(dǎo)軌），30緊固裝置，31頂桿，32滑塊，33連桿，34圓盤（曲柄），35第一可調(diào)電機(jī)，36電容加速度傳感器。

具體實(shí)施方式

結(jié)合附圖對(duì)具體實(shí)施例進(jìn)行說明。

實(shí)施例一：超低頻簡諧振動(dòng)位移和拉彎復(fù)合應(yīng)變綜合試驗(yàn)裝置

如圖1和圖2具有一定質(zhì)量且基礎(chǔ)穩(wěn)固的鋼質(zhì)框架結(jié)構(gòu)由支腿4、下橫梁5、底板6、上支架3、上加固梁2組成?；A(chǔ)穩(wěn)固的鋼質(zhì)框架結(jié)構(gòu)在其只有一端固定板件掛鉤8的一根上橫梁1上，垂直懸掛試驗(yàn)工件7，并在試驗(yàn)工件上配置砝碼配件（包括砝碼掛鉤9、砝碼支桿11和砝碼托盤12），將試驗(yàn)工件的下端與長光軸20頂端連接，如圖1在框架底板上布置簡諧振動(dòng)機(jī)構(gòu)II和第二可調(diào)電機(jī)17，第二可調(diào)電機(jī)的輸出軸與上橫梁1平行，且與兩根上橫梁的距離相等，輸出軸與曲柄18連接，如圖5曲柄通過直線軸承26和短光軸27與短光軸框架28連接，短光軸框架28與圖1中長光軸20固定連接，短光軸框架28由導(dǎo)軌支架15和導(dǎo)軌16上的導(dǎo)軌滑塊21支撐，長光軸20由一個(gè)支架和直線軸承19支撐，且與試驗(yàn)工件7連接。磁致伸縮位移傳感器25的位移傳感器磁軸24與長光軸20平行放置，通過長光軸頂端的傳感器支架22安裝磁環(huán)，形成閉環(huán)回路。低頻加速度傳感器23和電容加速度傳感器36與長光軸20軸向頂端的傳感器支架22相固定連接。激光傳感器10與第二可調(diào)電機(jī)17相平行放置，與曲柄18上的反光片相對(duì)應(yīng)。如圖1，在基礎(chǔ)穩(wěn)固的鋼質(zhì)框架結(jié)構(gòu)的框架底板上布置曲柄滑塊機(jī)構(gòu)I和第一可調(diào)電機(jī)35，第一可調(diào)電機(jī)35由電機(jī)支架14支撐且與第二可調(diào)電機(jī)17相對(duì)布置，第一電機(jī)主軸13與上橫梁1平行，第一電機(jī)主軸13與圓盤（曲柄）34連接，圓盤（曲柄）34通過連桿33與導(dǎo)軌座（含導(dǎo)軌）29上的滑塊32相連接，滑塊通過頂桿31和緊固裝置30與試驗(yàn)工件連接。

實(shí)施例二：兩軸加速度信號(hào)同步測量裝置

如圖1在框架底板上布置簡諧振動(dòng)機(jī)構(gòu)II和第二可調(diào)電機(jī)17，第二可調(diào)電機(jī)17的輸出軸與上橫梁1平行，輸出軸與曲柄18連接，如圖5曲柄通過軸承與短光軸框架28連接，短光軸框架28與長光軸20固定連接，短光軸框架28由導(dǎo)軌16上的導(dǎo)軌滑塊21支撐，長光軸20由一個(gè)支架和直線軸承支撐19，且如圖5中與傳感器安裝架22連接。

對(duì)具體功能用法進(jìn)行說明。

用法一：超低頻簡諧振動(dòng)位移和拉彎復(fù)合應(yīng)變綜合測試

根據(jù)實(shí)施例一，首先如圖2中將試驗(yàn)工件7通過板件掛鉤8懸掛于橫梁上，并將其下端與長光軸20頂端連接，調(diào)整試驗(yàn)工件，使其垂直于地面，然后將圖5中低頻加速度傳感器23和圖1中電容加速度傳感器36安裝固定在圖5傳感器安裝架22上，將圖5中的磁致伸縮位移傳感器25置于有效量程內(nèi)，調(diào)準(zhǔn)圖2中的激光傳感器10，將應(yīng)變片安裝在試驗(yàn)工件上，并連接好測試設(shè)備。在軟件里設(shè)置好相關(guān)參數(shù)后，啟動(dòng)圖1中第二可調(diào)電機(jī)17帶動(dòng)曲柄18轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄18通過與之相連的圖5中直線軸承26帶動(dòng)短光軸框架28和長光軸20一起運(yùn)動(dòng)，在長光軸的軸線方向上產(chǎn)生簡諧振動(dòng)信號(hào)，同時(shí)試驗(yàn)工件7在長光軸20的推動(dòng)下進(jìn)行強(qiáng)迫簡諧振動(dòng)產(chǎn)生了拉彎復(fù)合應(yīng)變信號(hào)。若電機(jī)轉(zhuǎn)速在60r/min以下，試驗(yàn)裝置則可提供1Hz以下的超低頻位移簡諧振動(dòng)。位移振動(dòng)的幅值則可通過調(diào)節(jié)曲柄18和連桿的連接點(diǎn)來控制，試驗(yàn)裝置共提供了3檔幅值，分別為2cm、4cm和6cm。這樣試驗(yàn)裝置就能提供不同頻率、不同振幅的簡諧振動(dòng)和不同大小的動(dòng)態(tài)復(fù)合應(yīng)變信號(hào)。

用法二：兩軸加速度信號(hào)同步測量

根據(jù)實(shí)施例二，首先將試驗(yàn)工件7拆除，在傳感器安裝架22上配置兩個(gè)加速度傳感器，一個(gè)位于長光軸20軸向，一個(gè)位于長光軸20徑向，開啟第二可調(diào)電機(jī)17，就可同步測得簡諧振動(dòng)機(jī)構(gòu)的長光軸軸向和徑向上的振動(dòng)加速度信號(hào)。

用法三: 超低頻簡諧振動(dòng)位移測試。

用實(shí)施例一，首先解除試驗(yàn)工件的緊固裝置，并將其置于旁邊。然后將低頻加速度傳感器23和電容加速度傳感器36安裝固定在傳感器安裝架22上，將磁致伸縮位移傳感器25置于有效量程內(nèi)，調(diào)準(zhǔn)激光傳感器10，并連接好測試設(shè)備。在軟件里設(shè)置好相關(guān)參數(shù)后，啟動(dòng)第二可調(diào)電機(jī)17帶動(dòng)曲柄18轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄通過與之相連的直線軸承帶動(dòng)短光軸框架28和長光軸20一起運(yùn)動(dòng)，在長光軸的軸線方向上產(chǎn)生簡諧振動(dòng)信號(hào)。通過安裝在長光軸頂端的傳感器安裝架上安裝的傳感器便可測出該簡諧振動(dòng)信號(hào)。簡諧振動(dòng)的頻率通過改變電機(jī)的轉(zhuǎn)速來實(shí)現(xiàn)。位移振動(dòng)的幅值則可通過調(diào)節(jié)曲柄和連桿的連接點(diǎn)來控制。這樣試驗(yàn)裝置便能提供不同頻率、不同振幅的簡諧振動(dòng)信號(hào)，通過測試設(shè)備便能對(duì)簡諧振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行采集分析。

用法四：同步對(duì)比兩個(gè)振動(dòng)裝置的測試信號(hào)

用實(shí)施例一并且如圖1和圖4所示，在框架底板上布置對(duì)心曲柄滑塊機(jī)構(gòu)I，然后將試驗(yàn)工件7拆除，并且將各傳感器固定在相應(yīng)位置，連接好測試設(shè)備，設(shè)置好相應(yīng)的參數(shù)。同時(shí)開啟第一可調(diào)電機(jī)35和第二可調(diào)電機(jī)17，并將電機(jī)轉(zhuǎn)速大小調(diào)為一致，這時(shí)就可以得到相同頻率下，簡諧振動(dòng)和曲柄滑塊振動(dòng)的物理信號(hào)，進(jìn)行同步對(duì)比。

用法五：超低頻簡諧振動(dòng)下加速度傳感器的標(biāo)定

用實(shí)施例一，首先拆除試驗(yàn)工件，然后將待標(biāo)定的加速度傳感器安裝固定在傳感器安裝架22上，同時(shí)將磁致伸縮位移傳感器25置于有效量程內(nèi)，并連接好測試設(shè)備。在軟件里設(shè)置好相關(guān)參數(shù)后，啟動(dòng)電機(jī)。通過測得的加速度信號(hào)計(jì)算出位移大小，再與測得的位移信號(hào)進(jìn)行比對(duì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)加速度傳感器的標(biāo)定。