CN101408473B - 低气压和振动复合试验振动台面中心保持方法及装置 - Google Patents

Abstract

一种低气压和振动复合试验振动台面中心保持方法及装置，涉及力学环境试验设备领域。本发明将电动振动台台体内部空间设计成一个密封的刚性气室，台面在垂直振动试验或水平振动试验中的振动中心位置，由位于台面一端的低气压试验箱气压与位于台面另一端的刚性气室气压浮动平衡支撑。利用一个测量装置来检测台面静态和动态偏离理论振动中心位置的距离和方向，采用一路充气气路和两路抽气气路对刚性气室进行充抽气使台面在试验中保持振动中心位置。本发明适用于垂直振动复合试验和水平振动复合试验，在复合试验进行中能自动保持振动台面始终处于振动中心位置，特别是试验低气压处于变化状态时，也能使振动台面始终处于振动中心位置。

Description

低气压和振动复合试验振动台面中心保持方法及装置

技术领域

本发明涉及力学环境试验设备中的复合环境振动试验设备，特别涉及低气压和振动复合试验设备中振动台面的中心位置保持方法以及实现该方法的装置。这种方法及装置可以在复合试验进行中自动保持振动台面始终处于位移的中心位置，特别是试验低气压处于变化状态时，也能使振动台面始终处于位移的中心位置。

背景技术

电动振动台是一种模拟振动力学环境的试验设备。低气压试验箱是一种模拟低气压环境的试验设备。以往由于试验设备的限制，对试验产品(如电子元器件、仪器等设备和器件)进行振动模拟试验和低气压模拟试验通常是分别进行。分别进行试验的方法也能发现产品设计制造中存在的缺陷，但假如试件应用于航空航天领域，复合试验更接近自然环境，可以发现产品设计制造中存在的更多问题，这一点已被实践所证明。

低气压和振动复合试验是将电动振动台与低气压试验箱相结合所从事的试验。试验中电动振动台的台面伸入低气压试验箱中，试验产品装夹在台面上，并处于低气压试验箱内，在模拟振动的同时模拟低气压环境。当气压从1个大气压开始逐渐减小或者从低气压逐渐恢复到1个大气压时，就可以模拟飞机和航天器的升空或降落所处的低气压和振动复合力学环境。

如图1所示，由于现有电动振动台的台面2固定连接动圈3(驱动线圈)，试验产品、台面2和动圈3的重量由动圈3下方安装的橡胶气囊式空气弹簧13支撑，而且台体1内部与大气连通。在低气压和振动复合试验中，由于低气压试验箱内的气压在≤1个大气压范围变化，因此试验产品、台面2和动圈3会在外界空气压力作用下向上运动，使振动工作的台面2垂直方向向上偏离振动中心位置，导致复合试验无法正常进行。为此，如何针对低气压试验箱内的气压变化来自动保持电动振动台台面2的中心位置是本发明研究的问题。

发明内容

本发明提供一种低气压和振动复合试验振动台面中心保持方法及装置，其目的是要解决低气压试验箱内气压变化时，自动保持电动振动台台面在垂直振动方向或水平振动方向上的中心位置问题，使低气压和振动复合试验得以正常进行。

为达到上述目的，本发明方法采用的技术方案是：一种低气压和振动复合试验振动台面中心保持方法，其创新在于：

将电动振动台台体内部空间设计成一个密封的刚性气室，台面在垂直振动试验或水平振动试验中的振动中心位置，由位于台面一端的低气压试验箱气压与位于台面另一端的刚性气室气压浮动平衡支撑；

将一个气压始终高于刚性气室内气压的充气气源通过一路管道及充气控制阀连接到刚性气室，从而形成一路向刚性气室进行充气的充气气路；将一个气压始终低于刚性气室内气压的抽气气源通过两路管道及抽气控制阀并联连接到刚性气室，从而形成两路对刚性气室进行抽气的抽气气路，其中一路为第一抽气气路，第一抽气气路中的抽气控制阀为第一抽气控制阀，另一路为第二抽气气路，第二抽气气路中的抽气控制阀为第二抽气控制阀；

根据低气压试验箱的容积大小以及低气压试验箱内气压的变化速率情况，将台面以理论振动中心位置为基准向低气压试验箱方向偏离的距离分为两档控制，第一档表示向低气压试验箱方向偏离的距离小于某设定值情况，第二档表示向低气压试验箱方向偏离的距离大于或等于某设定值情况；

利用一个台面中心位置测量装置来检测台面静态和动态偏离理论振动中心位置的距离和方向，并将测量结果输入一个控制器，当台面向刚性气室方向偏离时，控制器通过充气控制阀启动充气气路向刚性气室充气，使台面向低气压试验箱方向移动，直至台面移动到理论振动中心位置时停止；当台面向低气压试验箱方向偏离并且落在所述第一档控制范围时，控制器通过第一抽气控制阀启动第一抽气气路对刚性气室抽气，使台面向刚性气室方向移动，直至台面移动到理论振动中心位置时停止；当台面向低气压试验箱方向偏离并且落在所述第二档控制范围时，控制器通过第一抽气控制阀和第二抽气控制阀同时启动第一抽气气路和第二抽气气路对刚性气室抽气，或者控制器仅通过第二抽气控制阀启动第二抽气气路对刚性气室抽气，使台面向刚性气室方向移动，直至台面移动到理论振动中心位置时停止。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，所述“刚性气室”是指构成气室的密封容器为刚性结构，理论上没有弹性变形。而原来电动振动台的台面、动圈及试验产品的重量均由安装在动圈下方的橡胶气囊式空气弹簧支撑(见图1中的空气弹簧13)。而空气弹簧内的气压相对外界大气压是工作于正压状态。在低气压和振动复合试验中，由于低气压试验箱内的气压小于或等于1个大气压，因此当空气弹簧内的气压相对外界大气压处于负压时，使用空气弹簧的气囊收缩起不到平衡作用，无法保持台面的中心位置。这就是本方案取消空气弹簧，而把整个台体内部空间作为一个刚性气室原因。这样才能对台体内的刚性气室进行负压抽气，起到平衡作用，从而保持振动台面的中心位置。

2、上述方案中，所述“低气压试验箱”是一种模拟低气压环境的试验箱体，它属于现有技术。在低气压和振动复合试验中，低气压试验箱要与电动振动台组合才能进行复合试验。低气压试验箱在工作中静态气压处于1个大气压～真空之间，动态气压有两种变化趋势，第一种是气压由高向低变化，第二种是气压由低向高变化。这两种变化都会导致台面偏离理论振动中心位置。当低气压试验箱内的气压由高向低变化时，台面向低气压试验箱方向偏移，反之台面向刚性气室方向偏移。

3、上述方案中，所述“低气压和振动复合试验”包含两种情况。第一种是复合试验的振动方向为垂直方向，可称为“垂直振动复合试验”。在垂直振动复合试验中，低气压试验箱位于台面上方，刚性气室位于台面下方，台面偏离理论振动中心位置的方向为向上偏离或向下偏离。第二种是复合试验的振动方向为水平方向，可称为“水平振动复合试验”。在水平振动复合试验中，低气压试验箱位于台面左侧(或右侧)，刚性气室位于台面右侧(或左侧)，台面偏离理论振动中心位置的方向为向左侧偏离或向右侧偏离。本发明技术均适用于这两种情况。

4、上述方案中，之所以采用第一路抽气气路和第二路抽气气路这两路抽气气路对刚性气室进行抽气的方法，是因为低气压试验箱处于常压或气压不太低时，台面向低气压试验箱方向偏离的距离小(比如偏离的距离不大于2mm)，只要有一路小口径的抽气气路对刚性气室进行抽气即可使台面保持在中心位置。如果两路抽气气路同时工作，抽气量过大，比如在垂直振动复合试验中，两路同时工作，一抽气使台面过低，再一充气使台面过高，就会造成不断的充排气，使台面处于振荡状态。而在刚性气室和低气试验压箱的气压较低时，仅用一路小口径抽气气路单位时间抽气量不够，台面长时间不能到达中心位置，因此采用两路抽气气路同时工作，或者单独采用一个大口径的第二抽气气路，能够缩短抽气时间，使台面迅速回到中心位置。

5、上述方案中，之所以采用一路充气气路是因为台面在开始振动前的静态下有足够的时间用来充气，而且低气压试验箱的最高气压为1个大气压，在复合试验中台面向下偏离的距离不大，因此只要采用一路充气气路就可以满足要求，不必采用两种充气气路。

6、上述方案中，所述第二抽气气路中可以采用比例阀来控制抽气量，实现该气路的抽气量控制。

为达到上述目的，本发明装置采用的技术方案是：一种低气压和振动复合试验振动台面中心保持装置，其创新在于：

在电动振动台台体内部空间设计一个密封的刚性气室，台面在垂直振动试验或水平振动试验中的振动中心位置，由位于台面一端的低气压试验箱气压与位于台面另一端的刚性气室气压浮动平衡支撑；

有一个气压始终高于刚性气室内气压的充气气源，该充气气源通过一路管道及充气控制阀连接到刚性气室，形成一路向刚性气室进行充气的充气气路；有一个气压始终低于刚性气室内气压的抽气气源，该抽气气源通过两路管道及抽气控制阀并联连接到刚性气室，形成两路对刚性气室进行抽气的抽气气路，其中一路为第一抽气气路，第一抽气气路中的抽气控制阀为第一抽气控制阀，另一路为第二抽气气路，第二抽气气路中的抽气控制阀为第二抽气控制阀；

有一个台面中心位置测量装置用来检测台面静态和动态偏离理论振动中心位置的距离和方向，该台面中心位置测量装置主要由测量传感器、信号处理电路和控制器组成，测量传感器设在台面振动中心位置测量点对应的电动振动台台体上，测量传感器的输出信号与信号处理电路的输入端连接，信号处理电路的输出端与控制器输入端连接，控制器的输出端分别与充气控制阀、第一抽气控制阀和第二抽气控制阀的控制端连接。

上述技术方案中的有关内容解释如下：

1、上述方案中，所述测量传感器为电涡流传感器或光电传感器。当测量传感器采用电涡流传感器时，台面中心位置测量装置可以参照中国专利ZL200520074318.0，名称为《电动振动台台面中心静态和动态保持器》，公开号为CN2819203Y的实用新型专利所公开的内容。这里不再重复描述。

2、上述方案中，为了便于观察，可以设置一个台面中心位置指示器，该指示器的输入端与控制器的输出端连接，用于指示台面偏离理论振动中心位置的距离和方向。因为电动振动台工作时台面位于低气压试验箱中，不能直观的看出台面是否处于理论振动中心位置。中心位置指示器可以明确地指示偏离理论振动中心位置的距离大小和方向。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：

1、本发明从系统的角度，全面制定了低气压和振动复合试验时台面保持中心位置方案，特别是以下两点能够很好的体现本发明实质性特点：

(1)将电动振动台台体内部空间设计成一个密封的刚性气室，台面在垂直振动试验或水平振动试验中的振动中心位置，由位于台面一端的低气压试验箱气压与位于台面另一端的刚性气室气压浮动平衡支撑；

(2)采用两路抽气气路，并且结合台面向低气压试验箱方向偏离的距离大小选择不同的抽气方案来满足实际抽气量的需要，因此较好的解决了随低气压试验箱气压从高到低或从低到高变化以及变化速率所产生的台面中心位置动态偏离的问题。

2、本发明设计构思新颖巧妙，实现方式简单实用，有效解决了低气压和振动复合试验时台面中心位置变化的实际问题，具有突出的实质性特点和显著的技术进步。

附图说明

附图1为现有由橡胶空气弹簧支撑的电动振动台台体结构图；

附图2为本发明由台体内部的刚性气室支撑的电动振动台台体结构图；

附图3为本发明实施例1原理示意图；

附图4为本发明实施例1刚性气室的充抽气气路原理图；

附图5为本发明实施例2原理示意图。

以上附图中：1、台体；2、台面；3、动圈；4、刚性气室；5、磁缸环；6、上罩；7、下罩；8、密封防尘膜；9、中心磁极；10、励磁线圈；11、上导轮结构；12、下导轮结构；13、空气弹簧；14、试验产品；15、低气压试验箱；16、测量传感器；17、充气控制阀；18、第一抽气控制阀；19、第二抽气控制阀；20、水平滑台；21、滑台台面；22、台座。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例1：一种在低气压和垂直振动复合试验中振动台面的中心位置保持方法及装置

如图2和图3所示，将电动振动台台体1内部空间设计成一个密封的刚性气室4，台面2以及台面2上的试验产品14在垂直振动试验中的振动中心位置，由位于上方的低气压试验箱15气压与位于下方的刚性气室4气压浮动平衡来支撑。

设置一个气压始终高于刚性气室4内气压的充气气源(见图3)。该充气气源可以理解为一个充满压力空气的气室，该气室的压力空气由充气泵向气室充气形成，也可以理解为一个充气泵，该充气泵的出口形成高压充气气源。该充气气源通过一路管道及充气控制阀17连接到刚性气室4，从而形成一路向刚性气室4进行充气的充气气路。

设置一个气压始终低于刚性气室4内气压的抽气气源(见图3)。该抽气气源可以理解为一个低气压或真空气室，该气室的气压由抽气泵对气室抽气形成，也可以理解为一个抽气泵，该抽气泵的出口形成低压抽气气源。该抽气气源通过两路管道及抽气控制阀并联连接到刚性气室4，从而形成两路对刚性气室4进行抽气的抽气气路。其中，一路为第一抽气气路，第一抽气气路中的抽气控制阀为第一抽气控制阀18，另一路为第二抽气气路，第二抽气气路中的抽气控制阀为第二抽气控制阀19。

根据低气压试验箱15的容积大小以及低气压试验箱内气压的变化速率情况，将台面以理论振动中心位置为基准向上偏离的距离分为两档控制，第一档表示向上偏离的距离小于2mm情况，第二档表示向上偏离的距离大于或等于2mm情况。

利用一个台面中心位置测量装置来检测台面静态和动态偏离中心位置的距离和方向。该台面中心位置测量装置主要由测量传感器16、信号处理电路和控制器组成，测量传感器16采用电涡流传感器，台面中心位置测量装置可以参照中国专利ZL 200520074318.0，名称为《电动振动台台面中心静态和动态保持器》，公开号为CN2819203Y的实用新型专利所公开的内容。这里不再重复描述。电涡流传感器设在台面中心位置测量点对应的电动振动台台体1上，电涡流传感器的输出信号与信号处理电路的输入端连接，信号处理电路的输出端与控制器输入端连接，控制器的输出端分别与充气控制阀17、第一抽气控制阀18和第二抽气控制阀19的控制端连接。工作中(见图3)，测量传感器16和信号处理电路将测量结果输入控制器，当台面2向下偏离中心位置时，控制器通过充气控制阀17启动充气气路向刚性气室4充气，使台面2向上移动，直至台面2上升到理论振动中心位置时停止；当台面2向上偏离中心位置并且落在第一档控制范围(偏离的距离小于2mm)时，控制器通过第一抽气控制阀18启动第一抽气气路对刚性气室4抽气，使台面2向下移动，直至台面2下降到理论振动中心位置时停止；当台面2向上偏离中心位置并且落在第二档控制范围(偏离的距离大于或等于2mm)时，控制器通过第一抽气控制阀18和第二抽气控制阀19同时启动第一抽气气路和第二抽气气路对刚性气室4抽气，或者控制器仅通过第二抽气控制阀19启动第二抽气气路对刚性气室4抽气，使台面2向下移动，直至台面2下降到理论振动中心位置时停止。

为了更好的满足不同抽气量的需要，上述第一抽气气路和第二抽气气路可以采用不同口径的气路，其中，第一抽气气路采用小口径气路，比如口径为1/4英寸；第二抽气气路采用大口径气路，比如口径为1英寸。为了控制抽气量第二抽气气路中采用比例阀来实现该气路的抽气量控制。

为了便于观察，可以设置一个台面中心位置指示器，该指示器的输入端与控制器的输出端连接，用于指示台面偏离理论振动中心位置的距离和方向。因为电动振动台工作时台面位于低气压试验箱中，不能直观的看出台面是否处于理论振动中心位置。中心位置指示器可以明确地指示偏离理论振动中心位置的距离大小和方向。

如图4所示，在本实施例中，充气控制阀17为一个两位三通电磁阀V3，第一抽气控制阀18为一个两位三通电磁阀V2，第二抽气控制阀19为一个两位三通电磁阀V4。另一个两位三通电磁阀V1用于根据台面2向上偏离和向下偏离的情况，在充气气路和抽气气路之间切换。本实施例采用两路不同口径的气路对刚性气室4进行充气或抽气，其工作原理如下：

1、低气压试验箱15常压工作，当台面2较高时，两位三通电磁阀V1得到台面2向上偏离的控制信号，两位三通电磁阀V1转换，刚性气室4经V1—V2—节流阀—向大气中排气，使振动台台面2回到中心位置。

2、低气压试验箱15常压工作，当台面2较低时，两位三通电磁阀V3得到台面2向下偏离的控制信号，两位三通电磁阀V3转换，充气气源经空气滤清器、两位三通电磁阀V3和两位三通电磁阀V1，向台体1的刚性气室4充气，使振动台台面回到中心位置。

上述1和2两种情况下，低气压试验箱15内的气压为常压，没有进入低气压工作状态，但这种情况也有实际的意义。因为低气压试验箱通常复合了温度和湿度综合试验功能，在进行温度、湿度和振动复合试验时，就是上述1和2的工作状况。

3、在进行低气压和振动复合试验时，当台面2的中心位置向上偏离小于2mm时，两位三通电磁阀V2被低气压控制信号转换，两位三通电磁阀V1转换，抽气气源经过两位三通电磁阀V2和两位三通电磁阀V1对刚性气室4进行抽气。

4、在进行低气压和振动复合试验时，当台面2的中心位置向上偏离大于或等于2mm时，小口径气路已不能迅速抽出刚性气室4中的气体，达到平衡的目的。此时，两位三通电磁阀V4转换，大口径气路打开。刚性气室4由两路抽气气路同时工作共同完成抽气任务，使振动台台面2迅速回到设定的中心位置。

实施例2：一种在低气压和水平振动复合试验中振动台面的中心位置保持方法及装置

如图5所示，与实施例1的不同之处在于：第一点，水平振动试验需要增加水平滑台20，水平滑台20由滑台台面21和台座22两部分在水平方向滑动连接构成(为现有技术)。第二点，将电动振动台的台体1翻转90度，然后将电动振动台台体1上的台面2与水平滑台20的滑台台面21连接，用电动振动台来驱动滑台台面21在水平方向从事振动试验。第三点，试验产品14安装在水平滑台20的滑台台面21上，并位于低气压试验箱15内，低气压试验箱15与电动振动台台体1中的刚性气室4处于水平方向上。在水平振动复合试验中，低气压试验箱15位于台面2左侧，刚性气室4位于台面2右侧，台面2偏离理论振动中心位置的方向为向左侧偏离或向右侧偏离。其它内容与实施例1基本相同，这里不再重复描述。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种低气压和振动复合试验振动台面中心保持方法，其特征在于：

将电动振动台台体(1)内部空间设计成一个密封的刚性气室(4)，台面(2)在垂直振动试验或水平振动试验中的振动中心位置，由位于台面(2)一端的低气压试验箱(15)气压与位于台面(2)另一端的刚性气室(4)气压浮动平衡支撑；

将一个气压始终高于刚性气室(4)内气压的充气气源通过一路管道及充气控制阀(17)连接到刚性气室(4)，从而形成一路向刚性气室(4)进行充气的充气气路；将一个气压始终低于刚性气室(4)内气压的抽气气源通过两路管道及抽气控制阀并联连接到刚性气室(4)，从而形成两路对刚性气室(4)进行抽气的抽气气路，其中一路为第一抽气气路，第一抽气气路中的抽气控制阀为第一抽气控制阀(18)，另一路为第二抽气气路，第二抽气气路中的抽气控制阀为第二抽气控制阀(19)；

根据低气压试验箱(15)的容积大小以及低气压试验箱(15)内气压的变化速率情况，将台面(2)以理论振动中心位置为基准向低气压试验箱(15)方向偏离的距离分为两档控制，第一档表示向低气压试验箱(15)方向偏离的距离小于某设定值情况，第二档表示向低气压试验箱(15)方向偏离的距离大于或等于某设定值情况；

利用一个台面中心位置测量装置来检测台面(2)静态和动态偏离理论振动中心位置的距离和方向，并将测量结果输入一个控制器，当台面(2)向刚性气室(4)方向偏离时，控制器通过充气控制阀(17)启动充气气路向刚性气室(4)充气，使台面(2)向低气压试验箱(15)方向移动，直至台面(2)移动到理论振动中心位置时停止；当台面(2)向低气压试验箱(15)方向偏离并且落在所述第一档控制范围时，控制器通过第一抽气控制阀(18)启动第一抽气气路对刚性气室(4)抽气，使台面(2)向刚性气室(4)方向移动，直至台面(2)移动到理论振动中心位置时停止；当台面(2)向低气压试验箱(15)方向偏离并且落在所述第二档控制范围时，控制器通过第一抽气控制阀(18)和第二抽气控制阀(19)同时启动第一抽气气路和第二抽气气路对刚性气室(4)抽气，或者控制器仅通过第二抽气控制阀(19)启动第二抽气气路对刚性气室(4)抽气，使台面(2)向刚性气室(4)方向移动，直至台面(2)移动到理论振动中心位置时停止。

2.根据权利要求1所述的低气压和振动复合试验振动台面中心保持方法，其特征在于：所述第二抽气气路中采用比例阀来控制抽气量，实现该气路的抽气量控制。

3.一种低气压和振动复合试验振动台面中心保持装置，其特征在于：

在电动振动台台体(1)内部空间设计一个密封的刚性气室(4)，台面(2)在垂直振动试验或水平振动试验中的振动中心位置，由位于台面(2)一端的低气压试验箱(15)气压与位于台面(2)另一端的刚性气室(4)气压浮动平衡支撑；

有一个气压始终高于刚性气室(4)内气压的充气气源，该充气气源通过一路管道及充气控制阀(17)连接到刚性气室(4)，形成一路向刚性气室(4)进行充气的充气气路；有一个气压始终低于刚性气室(4)内气压的抽气气源，该抽气气源通过两路管道及抽气控制阀并联连接到刚性气室(4)，形成两路对刚性气室(4)进行抽气的抽气气路，其中一路为第一抽气气路，第一抽气气路中的抽气控制阀为第一抽气控制阀(18)，另一路为第二抽气气路，第二抽气气路中的抽气控制阀为第二抽气控制阀(19)；

有一个台面中心位置测量装置用来检测台面(2)静态和动态偏离理论振动中心位置的距离和方向，该台面中心位置测量装置主要由测量传感器(16)、信号处理电路和控制器组成，测量传感器(16)设在台面(2)振动中心位置测量点对应的电动振动台台体(1)上，测量传感器(16)的输出信号与信号处理电路的输入端连接，信号处理电路的输出端与控制器输入端连接，控制器的输出端分别与充气控制阀(17)、第一抽气控制阀(18)和第二抽气控制阀(19)的控制端连接。

4.根据权利要求3所述的低气压和振动复合试验振动台面中心保持装置，其特征在于：所述测量传感器(16)为电涡流传感器或光电传感器。

5.根据权利要求3所述的低气压和振动复合试验振动台面中心保持装置，其特征在于：设有一个台面中心位置指示器，该指示器的输入端与控制器的输出端连接，用于指示台面(2)偏离理论振动中心位置的距离和方向。

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