CN102564685B - 一种基于稳态正弦激振力的多维力传感器动态实验装置 - Google Patents

Abstract

一种基于稳态正弦激振力的多维力传感器动态实验的装置，包括T型台架和L型台架，待测力传感器固定在基座的水平板端面上用T型台架加载时，实现激振力或激振力矩的加载，待测力传感器固定在基座竖直板端面上用L型台架加载时，L型台架作为待测力传感器与T型台架的转接件，用于改变待测力传感器的受力方向和实现不同组合方式加载。旋转在电动机某一转速下，通过调整调节块在偏心激振块的变径滑槽中的位置，获得不同幅值的正弦激振力，实现幅频特性测试。偏心激振块旋转过程中，永磁钢块周期性激发霍尔传感器输出脉冲信号，利用脉冲信号触发时刻确定离心力在某个受力方向分力幅值的最大值时刻，还原已知的正弦激振力信号，实现相频特性测试。

Description

一种基于稳态正弦激振力的多维力传感器动态实验装置

技术领域：

本发明的技术领域涉及多维力传感器动态测试仪器，特别涉及多维力传感器动态测试装置。

背景技术：

目前，随着航空、航天、机器人等产业的快速发展，实际使用工况下对多维力传感器的综合性能指标尤其是动态特性提出更高的要求，因此多维力传感器动态标定和参数测试俨然成为重要的研究课题。目前多维力传感器的动态实验法依据标准动态力源形式的不同分为阶跃响应法、脉冲响应法和频率响应法。阶跃响应法和脉冲响应法是在时域内测试多维力传感器的动态特性，如：文献[机器人六维腕力传感器动态性能标定系统的研究，电子测量与仪器学报，Vol20，No.3，2006]提出通过剪断悬吊祛码的金属丝给被测力传感器施加阶跃激励信号的动态实验，这种方法的关键问题在于必须在极短的时问内切断金属丝，以得到接近理想的负阶跃。文献[Investigationofdynamicrocketthrustmeasurementtechniques，(AD823181，1967)]介绍了一种采用电切断金属丝的方法，即采用充了电的大容量电容器在短时间里大电流放电的方法快速熔断金属丝，由于当金属丝较粗时，快速切断存在可行性的问题，所以这种方法仅适合于小力值的情形。

专利ZL94246366.8和CN1125845A公开一种动态测试装置和方法。通过液压系统加载装置向脆性材料试件加载，直至试件断裂，给被测试件(力传感器)施加阶跃激励。

文献[激波管在压力传感器动态性能校准和实验上的应用，宇航计测技术，24:(4)，2004]和[气动助推负阶跃力校准装置研究，仪器仪表学报，No.2，2010]等提出利用激波管实现阶跃激励的方法，利用压力波传播在激波前后形成压力阶跃，这种方案在小力值时可实现较陡峭时延的正阶跃信号，但很难实现大的阶跃力，不适用于质量大或形状不规则的力传感器动态测试。

专利CN101776506A公开了一种大型多维力传感器标定加载台，该加载台由上十字架，加载台立柱，下十字架，多维力传感器固定支座，加载单元及加载块组成。加载单元由加载框架,加载液压缸，单维拉压力传感器，拉杆组成。通过组合两个加载单元的不同安装位置，及拉杆与加载块的连接位置，用于多维力传感器的标定加载。通过液压伺服或比例加载系统控制液压油缸压力实现传感器标定力连续加载。

以上所述的测试装置及方法仅适用于在时域内测试力传感器的动态特性，获得完全意义上的脉冲力或阶跃力比较困难、测量精度低，难以获得力传感器系统在整个使用频带范围内的传输特性。

在系统动态特性测试、或实现系统模型辨识时，最理想的方法是在频域内测试系统的动态特性，频率响应法则弥补了上述的阶跃响应法和阶跃响应法的局限性。经国家知识产权局专利检索咨询中心文献查新，检索到在频域内开展多维力传感器动态特性测试研究的有专利CN1442682A和文献(多维力／力矩传感器动态实验台的一种实现方法，刊于《电子测量与仪器学报》，2005(19):1)，公开了一种基于激励电磁力发生器的动态实验装置，其由台架和多个电磁力发生器组成，电磁力发生器包括固定组件和可动组件两部分，能够获得力传感器在整个使用频带范围内的传输特性。该试验台结构复杂，难于调整，特别对于小量程和外形尺寸小的多维力传感器难以保证精确加载位置，并且两个及以上电磁力发生器同时工作情况下，难以保证激励力同步加载。

文献[Theresultsofcomparisonsbetweentwodifferentdynamicforcemeasurementsystems”，Measurement，Vol.10，No.3，1992]提出一种用于力传感器的动态测试的电磁振动台，由信号源产生一定频率的正弦周期信号，推动电磁振动台工作，负载质量块上安装加速度计以测量施加到力传感器上的激振力，该装置可以在一定频率范围内改变信号源输出信号的频率，得到不同频率点下的传感器灵敏度，但是很难实现大力值、宽频带的动态力，并且计算方法存在误差。

上述基于频域内的力传感器动态测试装置，均由信号发生器产生一定频率的正弦周期信号激励电磁力发生器，受电源波动及外界环境干扰影响大，电压变化而引起激振力发生大的变化，测试精度低。

迄今为止，从国内外均较少采用频率响应法开展多维力传感器动态实验研究，主要问题集中在标准力源难以实现，缺少相应的动态标准力源装置，即获得幅值稳定、易于调整、频率连续变化的激励力比较困难，文献检索结果也说明了这一点。

综上所述，从多维力传感器动态试验台的国内外专利和有关文献材料看，多维力动态实验加载装置及方法还没有涉及到本发明所提出的技术原理及实验装置，其核心技术均有别于本发明中提到的基于偏心激振块离心力产生稳态正弦激励的多维力传感器动态测试装置。

发明内容

基于上述测试装置在多维力传感器动态性能测试方面的不足，本发明的目的是，提出一种可以提供稳态正弦激振力的多维力传感器动态实验的装置，该动态实验装置采用物理的手段产生出不受外界环境影响的、可预知的正弦激振力信号，可以实现幅值稳定、易于调整、频率连续变化的激励力，用于测试多维力传感器在整个使用频带范围内的动态传输特性、标定多维力传感器动态特性参数即幅频特性和相频特性，尤其适合多维力传感器动态特性对比测试。

本发明的技术方案是：

一种基于稳态正弦激振力的多维力传感器动态实验装置，该装置结构包括待测力传感器、霍尔传感器、永磁钢块、调节块、偏心激振块、电动机输出轴、台架、旋转电动机、基座，特别是：

偏心激振块加工有偏心激振块的回转中心孔，偏心激振块相对于偏心激振块的回转中心孔与偏心激振块质心的连线呈对称加工而成，偏心激振块还加工有贯通的偏心激振块的变径滑槽，偏心激振块的变径滑槽用于锁紧调节块，调节块在偏心激振块的变径滑槽内能够任意调节位置并由螺钉固定，用于改变偏心激振块的质心位置，在相同转速情况下改变离心力大小，实现幅频特性测试。

偏心激振块的下方圆弧形轮廓中心处嵌有永磁钢块，永磁钢块嵌入到偏心激振块的质心下方圆弧中心边缘处的凹槽内，调整偏心激振块的回转中心孔、偏心激振块的质心、永磁钢块三者共线，将永磁钢块和偏心激振块采用强力粘接固定。

台架包括T型台架和L型台架，T型台架上加工有T型台架竖直板方向定位孔和T型台架水平板方向定位孔，L型台架上加工有L型台架竖直板方向定位孔和L型台架水平板方向定位孔。

待测力传感器固定在基座的水平板端面上用T型台架加载时，测力传感器通过固支端由螺栓或压板与基座水平板固定，T型台架上方的旋转电动机通过法兰盘与T型台架竖直板由螺栓固定，旋转电动机与T型台架竖直板之间置有隔热衬垫，隔热衬垫用于阻隔旋转电动机与待测力传感器之间热量传递，减小温度效应对待测力传感器动态测试精度的影响，T型台架上方的旋转电动机输出轴与T型台架的竖直板垂直，并穿过T型台架竖直板方向定位孔，旋转电动机输出轴通过端部加工有平键槽或矩形键槽与偏心激振块的回转中心孔配合，由锁紧螺钉固定或键块紧固在一起，保证偏心激振块与旋转电动机输出轴同步旋转以输出幅值和频率稳定的激振力，旋转电动机输出轴下面依次固定置有偏心激振块、调节块、永磁钢块和霍尔传感器。

霍尔传感器固定在T型台架的水平板上端面，位于旋转电动机输出轴的轴线且在T型台架水平板上端面的投影线上，调整偏心激振块与旋转电动机输出轴的相对位置，使霍尔传感器、永磁钢块及偏心激振块的回转中心孔三者共线，且位于同一个基准面内。该基准面过旋转电动机输出轴的轴线且垂直于T型台架的水平板端面，在此状态下将偏心激振块与旋转电动机输出轴固定，用于使电动机输出轴带动偏心激振块旋转，永磁钢块周期性激发霍尔传感器输出脉冲信号，测量旋转电动机的转速，获得激振力Fz，或激振力矩My，或激振力矩Mx组合加载，实现相频特性测试。

待测力传感器固定在基座竖直板端面上用L型台架加载时，L型台架作为待测力传感器与T型台架的转接件，用于改变待测力传感器的受力方向。待测力传感器Z轴与基座的竖直板端面垂直放置，通过固支端由螺栓或压板固定在基座的竖直板端面上，通过基座竖直板端面上加工呈圆形分布的六个基座竖直板方向定位孔，待测力传感器绕Z轴实现90度、180度、270度的旋转定位。

通过基座竖直板方向定位孔调整待测力传感器的X轴或Y轴与基座的水平板端面垂直，L型台架竖直板端面由螺钉固定在待测力传感器的适配端上，L型台架的竖直板端面上加工有与待测力传感器的适配端相配合的L型台架竖直板方向定位孔，用于调整L型台架竖直板方向定位孔和适配端的安装方位，保证L型台架水平板端面与基座水平板端面平行并通过适配端与待测力传感器固定。

通过L型台架水平板方向定位孔和T型台架水平板方向定位孔，调整T型台架的水平板与L型台架的水平板的方位，使旋转电动机输出轴的轴线位于待测力传感器的Z-X面或Z-Y面内，并与基座水平面平行，调整偏心激振块的质心位于待测力传感器的X-Y面内，调整偏心激振块的回转中心孔位于X轴或Y轴的工况下，获得待测力传感器受激振力Fx或激振力Fy的独立加载。

通过L型台架水平板方向定位孔和T型台架水平板方向定位孔，调整T型台架沿待测力传感器Y轴或X轴移动某一距离的工况下，获得待测力传感器受激振力Fx和激振力矩Mz，或激振力Fy和激振力矩Mz的组合加载。

一种基于稳态正弦激振力的多维力传感器动态实验装置在动态测试中：旋转电动机输出轴带动偏心激振块旋转产生离心力，离心力在待测力传感器的某个受力方向上的分力为周期变化的正弦激振力，该正弦激振力频率与旋转电动机转速同步正比变化，调整调节块在偏心激振块的变径滑槽内的位置，即改变偏心激振块的质心位置，在相同转速情况下改变离心力大小，实现正弦激振力幅值的调节，替代多维力传感器动态实验中的动态力源，实现给待测力传感器施加稳态正弦激振力和力矩；旋转电动机输出轴带动偏心激振块旋转过程中，永磁钢块周期性激发霍尔传感器输出脉冲信号，用于实施测量旋转电动机的转速，并利用脉冲信号触发时刻判断离心力在待测力传感器的某个受力方向上的分力幅值的最大值时刻，还原已知的正弦激振力信号，实现频域内动态特性测试。

作为对现有技术的进一步改进：

将永磁钢块和偏心激振块采用强力粘接固定，或采用螺钉锁紧，或采用压板形式固定；偏心激振块相对于偏心激振块的回转中心孔与偏心激振块的质心的连线呈对称加工而成，或加工成半椭圆形，或方形，或半圆形；偏心激振块加工有贯通的偏心激振块的变径滑槽，偏心激振块的变径滑槽用于锁紧调节块，是偏心激振块的变径滑槽加工成直线型、Y型或U型，用于锁紧一个调节块，或同时锁紧多个调节块；偏心激振块、调节块由匀质金属材料制成，或由匀质非金属材料加工而成。

调节块在偏心激振块的变径滑槽内能够任意调节位置并由螺钉固定，用于改变偏心激振块的质心位置，在相同转速情况下改变离心力大小，实现幅频特性测试，是缩小调节块与偏心激振块的回转中心孔的距离，激振力的幅值将减小；增加调节块与偏心激振块的回转中心孔的距离，激振力的幅值将增大；

旋转电动机是直流旋转电动机，或交流同步旋转电动机，或步进旋转电动机。

台架和基座由金属材料加工淬火而成，具有足够的强度和刚度即大于待测力传感器的刚度，T型台架和L型台架加工过程应保证竖直板与水平板的垂直度，根部有加强筋与水平板固定，以加强整体连接刚度。

本发明的有益效果是：相对于现有技术，一种基于稳态正弦激振力的多维力传感器动态实验的装置，是包括T型台架加载和L型台架、T型台架加载的结构。本发明是由偏心激振块替代多维力传感器静态实验台中的砝码或其它静载加力的装置。调节块在偏心激振块的变径滑槽内能够任意调节位置并由螺钉固定，其中：缩小调节块与偏心激振块的回转中心孔的距离，激振力的幅值将减小；增加调节块与偏心激振块的回转中心孔的距离，激振力的幅值将增大。即在旋转电动机某一转速下，通过调整调节块在偏心激振块的变径滑槽中的位置，能够获得不同幅值的正弦激振力，实现幅频特性测试。

偏心激振块旋转过程中，永磁钢块周期性激发霍尔传感器输出脉冲信号，利用脉冲信号触发确定离心力在某个受力方向分力幅值的最大值时刻，还原已知的正弦激振力信号，实现相频特性测试。

利用偏心激振块旋转产生离心力，调整旋转电动机的转速和偏心激振块的质心位置，获得频率和幅值连续可调的动态正弦激振力，调节旋转电动机与待测力传感器的安装方位，获得多种激振力和激振力矩组合加载：

当待测力传感器固定在基座的水平板端面上用T型台架加载时，霍尔传感器固定在T型台架的水平板上端面，位于旋转电动机输出轴的轴线且在T型台架水平板上端面的投影线上，调整偏心激振块与旋转电动机输出轴的相对位置，使霍尔传感器、永磁钢块及偏心激振块的回转中心孔三者共线，且位于同一个基准面内，该基准面过旋转电动机输出轴的轴线且垂直于T型台架的水平板端面，在此状态下将偏心激振块与旋转电动机输出轴固定，用于使电动机输出轴带动偏心激振块旋转，永磁钢块周期性激发霍尔传感器输出脉冲信号，测量旋转电动机的转速，获得激振力Fz，或激振力矩My，或激振力矩Mx组合加载；

当待测力传感器固定在基座竖直板端面上用L型台架加载时，L型台架作为待测力传感器与T型台架的转接件，用于改变待测力传感器的受力方向和实现不同组合方式加载。待测力传感器Z轴与基座的竖直板端面垂直放置，通过固支端由螺栓或压板固定在基座的竖直板端面上，通过基座竖直板端面上加工呈圆形分布的六个基座竖直板方向定位孔，待测力传感器绕Z轴实现90度、180度、270度的旋转定位；

通过L型台架水平板方向定位孔和T型台架水平板方向定位孔，调整T型台架的水平板与L型台架的水平板的方位，使旋转电动机输出轴的轴线位于待测力传感器的Z-X面或Z-Y面内，并与基座水平面平行，调整偏心激振块的质心位于待测力传感器的X-Y面内，调整偏心激振块的回转中心孔位于X轴或Y轴的工况下，获得待测力传感器受激振力Fx或激振力Fy的独立加载；

通过L型台架水平板方向定位孔和T型台架水平板方向定位孔，调整T型台架沿待测力传感器Y轴或X轴移动某一距离的工况下，获得待测力传感器受激振力Fx和激振力矩Mz，或激振力Fy和激振力矩Mz的组合加载。

一种基于稳态正弦激振力的多维力传感器动态实验的装置，是在其结构设计和运行方式上，实现了一种基于可知的、不受外界环境影响的、绝对物理的手段产生出可预知的正弦激振力信号的多维力传感器动态实验的装置。该装置轻、体积小、易于操作、机械噪音低，激励力频率成分单一稳定，能量集中且受电源波动的影响小。

附图说明：

图1.是本发明的立体结构示意图；

图2.是多维力/力矩在空间直角坐标系中的分布示意图；

图3.是多维力传感器坐标系布置示意图；

图4.是加工为Y型变径滑槽的偏心激振块结构示意图；

图5.是加工为直线型变径滑槽的偏心激振块结构示意图；

图6是加工为U型变径滑槽的偏心激振块结构示意图；

图7.是偏心激振块对称安装两个调节块的结构示意图；

图8是本发明为实现激振力Fz，或激振力矩My，或激振力矩Mx组合加载的装置结构示意图；

图9是本发明为实现激振力Fx，或激振力Fy，或激振力矩Mz组合加载的装置结构示意图。

图10是本发明的T型台架示意图；

图11是本发明的L型台架示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步说明：

图1、图8、图9中的装置部件包括：1为待测力传感器，2为霍尔传感器，3为永磁钢块，4为调节块，5为偏心激振块，6为旋转电动机输出轴，7为锁紧螺钉，8为台架（包括T型台架8A，L型台架8B），9为隔热衬垫，10为旋转电动机，11为基座，12为适配端，13为固支端；

其中还包括有：偏心激振块的回转中心孔5A，偏心激振块的变径滑槽5B；

T型台架竖直板方向定位孔8A1，T型台架水平板方向定位孔8A2；

L型台架竖直板方向定位孔8B1，L型台架水平板方向定位孔8B2；

基座11竖直板方向定位孔11A。

图1.是本发明的立体结构示意图。整个实验装置固定在基座11的平面上，旋转电动机10经由法兰盘固定在T型台架8A上，法兰盘与T型台架8A竖直板之间有隔热衬垫9，旋转电动机输出轴6与T型台架8A竖直板垂直，并穿过T型台架8A竖直板方向定位孔8A1，偏心激振块5通过偏心激振块的回转中心孔5A套合在旋转电动机输出轴6端部的键槽上，两者由锁紧螺钉7紧固。旋转电动机输出轴6带动偏心激振块5同步旋转产生的离心力作为动态力源，以实现待测力传感器1的动态加载。

T型台架8A作为旋转电动机10固定支撑和传递激振力，在基座11的竖直板端面上加工有呈圆形分布的六个基座竖直板方向定位孔11A。

偏心激振块5的下方圆弧形轮廓中心处嵌有永磁钢块3，霍尔传感器2位于旋转电动机输出轴6的轴线在T型台架8A水平板上端面的投影线上，且在偏心激振块回转中心孔5A的正下方，永磁钢块3周期性触发霍尔传感器2输出脉冲响应信号，用于测试旋转电动机10实时转速和记录离心力在待测力传感器1的某个受力方向上分力幅值的峰值时刻，还原已知的正弦激振力信号，实现频域内动态特性测试。

图2.是多维力/力矩在空间直角坐标系中的分布示意图，图中，O-X Y Z表示空间直角坐标系，Fx、Fy、Fz分别表示沿空间三个直角坐标轴方向的力，Mx、My、Mz分别表示绕空间三个直角坐标轴方向旋转的力矩。

图3.是多维力传感器坐标系布置示意图。图中，X、Y、Z分别表示力传感器的空间三个直角坐标轴，O点为力传感器坐标形心，过该点的外力引起传感器沿三个直角坐标轴的力矩均为零。

图4.是加工为Y型变径滑槽的偏心激振块结构示意图；图5.是加工为直线型变径滑槽的偏心激振块结构示意图；图6是加工为U型变径滑槽的偏心激振块结构示意图。图4、图5.和图6.分别表示带有Y型、直线型和U型偏心激振块的变径滑槽5B，偏心激振块5具有对称结构，在未安装调节块4情况下，质心位于中线，即偏心激振块回转中心孔5A与下方圆弧中点的连线上。

偏心激振块的变径滑槽5B采用螺栓变径孔设计，可以锁紧调节块4防止滑移，调整调节块4在偏心激振块的变径滑槽5B中的位置，改变偏心激振块5的质心位置，进而调节激振力的幅值。方法是：在同一旋转电动机10转速下，缩小调节块4与偏心激振块的回转中心孔5A的距离，激振力的幅值将减小；增加调节块4与偏心激振块的回转中心孔5A的距离，激振力的幅值将增大。

图7.表示在Y型变径滑槽或U型变径滑槽中，为增大激振力的幅值，可采用两个相同规格的调节块4，分别反向置于偏心激振块的变径滑槽5B中且相对于中线对称锁紧，保证偏心激振块5的质心位于中线之上，该中线为偏心激振块的回转中心孔5A与永磁钢块3的连线。在位于中线处偏心激振块的变径滑槽5B中，可以同时锁紧一个或多个调节块4。

图8为本发明实现激振力Fz，或激振力矩My，或激振力矩Mx组合加载的装置结构示意图。待测力传感器1水平放置，通过固支端13由螺栓或压板等方式固定在基座11的水平板端面上。

旋转电动机输出轴6穿过T型台架竖直板方向定位孔8A1，旋转电动机10的法兰盘和T型台架8A的竖直板板由螺栓紧固。

偏心激振块的回转中心孔5A套合在旋转电动机输出轴6上，调整偏心激振块的回转中心孔5A位于待测力传感器1的正上方，通过键块或锁紧螺钉7与旋转电动机输出轴6紧固在一起，防止发生相对转动。

T型台架8A的水平板上加工有与待测力传感器1的适配端12相配合的T型台架水平板方向定位孔8A2，T型台架8A的水平板通过螺栓固定在待测力传感器1的适配端12上端面，由T型台架竖直板方向定位孔8A1保证旋转电动机输出轴6的轴线位于待测力传感器1的Z-X面内并与基座11水平板端面平行。

旋转电动机输出轴6带动偏心激振块5旋转，产生的离心力在Z轴方向上的分力为周期变化的正弦激振力。通过T型台架水平板方向定位孔8A2调整T型台架8A的水平板与待测力传感器1的安装方位，进而调节偏心激振块5的质心与待测力传感器1的方位，可实现待测力传感器1受激振力Fz加载，或待测力传感器1受激振力Fz和激振力矩Mx加载，或待测力传感器1受受激振力Fz和激振力矩My加载；

调整偏心激振块5的质心位于待测力传感器1的Z-Y面内，在偏心激振块的回转中心孔5A位于Z轴之上的工况下，可单独实现待测力传感器1受激振力Fz加载。

通过T型台架水平板方向定位孔8A2，在调整T型台架8A沿待测力传感器1的X轴移动某一距离的工况下，可以实现待测力传感器1受激振力Fz和激振力矩My加载。

通过T型台架水平板方向定位孔8A1，在调整T型台架8A沿待测力传感器1的Y轴移动某一距离的工况下，可以实现待测力传感器1受激振力Fz和激振力矩Mx加载。

图9为本发明为实现激振力Fx，或激振力Fy，或激振力矩Mz组合加载的装置结构示意图。

待测力传感器1固定在基座11竖直板端面上用L型台架8B加载时，L型台架8B作为待测力传感器1与T型台架8A的转接件，待测力传感器1的Z轴与基座11的竖直板端面垂直放置，通过固支端13由螺栓或压板固定在基座11的竖直板端面上，通过竖直板端面上加工有呈圆形分布的六个方向定位孔11A，待测力传感器1绕Z轴实现90度、180度、270度的旋转定位；

通过基座11的竖直板端面上的方向定位孔11A调整待测力传感器1的X轴或Y轴与基座11的水平板端面垂直，L型台架8B竖直板端面由螺钉固定在待测力传感器1的适配端12上，L型台架8B的竖直板端面上加工有与待测力传感器1的适配端12相配合的L型台架竖直板方向定位孔8B1，通过调整L型台架竖直板方向定位孔8B1和适配端12的安装方位，保证L型台架8B水平板端面与基座11水平板端面平行。

旋转电动机10的法兰盘和T型台架8A的竖直板由螺栓紧固连接，并一同固定在L型台架8B水平板端面上。

偏心激振块的回转中心孔5A套合在旋转电动机输出轴6上，调整偏心激振块的回转中心孔5A位于待测力传感器1的正上方，通过键块或锁紧螺钉7与旋转电动机输出轴6紧固在一起。

L型台架8B的水平板端面上加工有L型台架水平板方向定位孔8B2，T型台架8A的水平板通过螺栓固定在L型台架8B的水平板端面上，调整L型台架8B水平板方向定位孔8B2和T型台架水平板方向定位孔8A2，使旋转电动机输出轴6的轴线位于待测力传感器1的Z-X面或Z-Y面内，并与基座11水平板端面平行。

旋转电动机输出轴6带动偏心激振块5旋转，产生的离心力在Z轴方向上的分力为周期变化的正弦激振力，通过T型台架水平板方向定位孔8A2和L型台架8B水平板方向定位孔8B2，调整T型台架8A的水平板与L型台架8B的水平板的安装方位，进而调节偏心激振块5的质心位于待测力传感器1的方位，可实现激振力Fx，或激振力Fy，或力矩Mz组合加载：

调整偏心激振块5的质心位于待测力传感器1的X-Y面内、偏心激振块的回转中心孔5A位于X轴之上的工况下，可单独实现待测力传感器1受激振力Fx加载。

调整基座11竖直板端面上的方向定位孔11A与待测力传感器1的安装方位，使待测力传感器1绕Z轴转动90度，待测力传感器1的Y轴与基座11的水平板端面垂直向下，其它安装情况不变，调整偏心激振块1的质心位于待测力传感器1的X-Y面内、在偏心激振块的回转中心孔5A位于Y轴之上的工况下，可实现待测力传感器1单独受激振力Fy加载。

即通过L型台架水平板方向定位孔8B2和T型台架水平板方向定位孔8A2，调整T型台架8A的水平板与L型台架8B的水平板的方位，使旋转电动机输出轴6的轴线位于待测力传感器1的Z-X面或Z-Y面内，并与基座11水平面平行，调整偏心激振块5的质心位于待测力传感器1的X-Y面内，调整偏心激振块的回转中心孔5A位于X轴或Y轴的工况下，实现待测力传感器1受激振力Fx或激振力Fy的独立加载；

通过L型台架水平板方向定位孔8B2和T型台架水平板方向定位孔8A2，调整T型台架8A沿待测力传感器1在Y轴或X轴移动某一距离的工况下，实现待测力传感器1受激振力Fx和激振力矩Mz，或激振力Fy和激振力矩Mz的组合加载。

图10是本发明的T型台架示意图，T型台架8A的竖直板加工有T型台架竖直板方向定位孔8A1，T型台架8A的水平板上加工有与待测力传感器1的适配端12相配合的T型台架水平板方向定位孔8A2。

图11是本发明的L型台架示意图，L型台架8B的竖直板端面上加工有与待测力传感器1的适配端12相配合的L型台架竖直板方向定位孔8B1，L型台架8B的水平板端面上加工有L型台架水平板方向定位孔8B2。

本多维力传感器动态特性实验装置的基本功能是：由偏心激振块5替代多维力传感器静态实验台中的砝码或其它静载加力装置。利用偏心激振块5旋转产生离心力，调整旋转电动机10的转速和偏心激振块5的质心位置，实现频率和幅值连续可调的正弦激振力，调节旋转电动机10与待测力传感器1的安装方位，可以实现多种激振力和激振力矩组合加载，进而实现多维力传感器动态实验或动态标定。可以测试多维力传感器动态传输特性(幅频特性和相频特性)、标定力传感器动态特性参数(固有频率、阻尼比、动态刚度)等。

实施例：

待测力传感器1安装之前，应利用水平仪等设备对基座11的水平板端面进行水平校准后，将基座11通过地脚螺栓或压板等与地面刚性固定。

旋转电动机10经由法兰盘和T型台架8A的竖直板由螺栓紧固连接，旋转电动机输出轴6与偏心激振块的回转中心孔5A配合，调整偏心激振块的回转中心孔5A位于待测力传感器1的正上方后，通过键块或锁紧螺钉7将旋转电动机输出轴6与偏心激振块5紧固在一起。

实施激振力Fz，激振力矩My或激振力矩Mx加载情况下，待测力传感器1应水平放置在基座11的水平板端面上，由螺栓或压板等方式将待测力传感器1的固支端13与基座11固定。然后将旋转电动机10和T型台架8A作为一个整体与待测力传感器1的适配端12上端面由螺栓紧固连接。通过调整偏心激振块5的质心位于待测力传感器1的Z-Y面内、偏心激振块的中心孔5A位于Z轴之上的工况下，可实现待测力传感器1单独受激振力Fz加载。

通过T型台架8A水平板方向定位孔8A2调整T型台架8A沿待测力传感器1的X轴移动某一距离的工况下，可以实现待测力传感器1受激振力Fz和激振力矩My组合加载。

通过T型台架8A水平板方向定位孔8A2调整T型台架8A沿待测力传感器1的Y轴移动某一距离的工况下，可以实现待测力传感器1受激振力Fz和激振力矩Mx组合加载。

实施激振力矩Mz、激振力Fx或激振力Fy加载情况下，将待测力传感器1的X-Y平面调整至与基座11的竖直板端面平行，通过基座11的竖直板端面上的方向定位孔11A调整待测力传感器1的X轴或Y轴与基座11的水平板端面垂直，通过螺栓或压板等方式固定在基座11竖直板端面上。

L型台架8B的竖直板端面与待测力传感器1固定，L型台架8B的竖直板端面上加工有与待测力传感器1的适配端12相配合的L型台架竖直板方向定位孔8B1，通过调整L型台架竖直板方向定位孔8B1与适配端12的安装方位，保证L型台架8B水平板端面与基座11水平板端面平行，将L型台架8的竖直板和适配端12固定。

T型台架8A的水平板通过螺栓固定在L型台架8B的水平板端面上，调整L型台架8B水平板方向定位孔8B2和T型台架水平板方向定位孔8A2，使旋转电动机输出轴6的轴线位于待测力传感器1的Z-X面或Z-Y面内并与基座11水平板端面平行。调整偏心激振块5的质心位于待测力传感器1的X-Y面内，和调整偏心激振块回转中心孔5A位于X轴或Y轴之上的工况下，可实现待测力传感器1单独受激振力Fx或单独受激振力Fy加载。

通过T型台架水平板方向定位孔8A2调整T型台架8A沿待测力传感器1的Y轴或X轴移动某一距离的工况下，可以实现待测力传感器1受激振力Fx和激振力矩Mz，或激振力Fy和激振力矩Mz的组合加载。

动态测试过程中，需保证待测力传感器1、旋转电动机10、偏心激振块5、台架8和基座11相互间刚性连接牢靠且无松动。机械加工、安装过程中，保证台架8和基座11竖直板方向定位孔11A的位置精度，易于调整偏心激振块的回转中心孔5A、偏心激振块的质心、永磁钢块3和待测力传感器1至共线，保证动态测试精度。

动态试验包括：测试多维力传感器动态传输特性，即幅频特性和相频特性，测试多维力传感器动态特性参数，如固有频率、阻尼比、动态刚度等。

Claims (7)

1.一种基于稳态正弦激振力的多维力传感器动态实验装置，该装置结构包括待测力传感器（1）、霍尔传感器（2）、永磁钢块（3）、调节块（4）、偏心激振块（5）、电动机输出轴（6）、台架（8）、旋转电动机（10）、基座（11），其特征在于：

所述偏心激振块（5）加工有偏心激振块的回转中心孔（5A），偏心激振块（5）相对于偏心激振块的回转中心孔（5A）与偏心激振块（5）质心的连线呈对称加工而成，所述偏心激振块（5）还加工有贯通的偏心激振块的变径滑槽（5B），偏心激振块的变径滑槽（5B）用于锁紧调节块（4），调节块（4）在偏心激振块的变径滑槽（5B）内能够任意调节位置并由螺钉固定，用于改变偏心激振块（5）的质心位置，在相同转速情况下改变离心力大小，实现幅频特性测试；

所述偏心激振块（5）的下方圆弧形轮廓中心处嵌有永磁钢块（3），所述永磁钢块（3）嵌入到偏心激振块（5）的质心下方圆弧中心边缘处的凹槽内，调整偏心激振块的回转中心孔（5A）、偏心激振块的质心、永磁钢块（3）三者共线，将永磁钢块（3）和偏心激振块（5）采用强力粘接固定；

所述台架（8）包括T型台架（8A）和L型台架（8B），T型台架（8A）上加工有T型台架竖直板方向定位孔（8A1）和T型台架水平板方向定位孔（8A2），L型台架（8B）上加工有L型台架竖直板方向定位孔（8B1）和L型台架水平板方向定位孔（8B2）；

所述待测力传感器（1）固定在基座（11）的水平板端面上用T型台架（8A）加载时，测力传感器（1）通过固支端（13）由螺栓或压板与基座（11）水平板固定，T型台架（8A）上方的旋转电动机（10）通过法兰盘与T型台架（8A）竖直板由螺栓固定，旋转电动机（10）与T型台架（8A）竖直板之间置有隔热衬垫（9），隔热衬垫（9）用于阻隔旋转电动机（10）与待测力传感器（1）之间热量传递，减小温度效应对待测力传感器（1）动态测试精度的影响，T型台架（8A）上方的旋转电动机输出轴（6）与T型台架（8A）的竖直板垂直，并穿过T型台架竖直板方向定位孔8A1，旋转电动机输出轴（6）通过端部加工有平键槽或矩形键槽与偏心激振块的回转中心孔（5A）配合，由锁紧螺钉（7）固定或键块紧固在一起，保证偏心激振块（5）与旋转电动机输出轴（6）同步旋转以输出幅值和频率稳定的激振力，旋转电动机输出轴（6）下面依次固定置有偏心激振块（5）、调节块（4）、永磁钢块（3）和霍尔传感器（2）；

所述霍尔传感器（2）固定在T型台架（8A）的水平板上端面，位于旋转电动机输出轴（6）的轴线且在T型台架水平板上端面的投影线上，调整偏心激振块（5）与旋转电动机输出轴（6）的相对位置，使霍尔传感器（2）、永磁钢块（3）及偏心激振块的回转中心孔（5A）三者共线，且位于同一个基准面内，该基准面过旋转电动机输出轴（6）的轴线且垂直于T型台架（8A）的水平板端面，在此状态下将偏心激振块（5）与旋转电动机输出轴（6）固定，用于使电动机输出轴（6）带动偏心激振块（5）旋转，永磁钢块（3）周期性激发霍尔传感器（2）输出脉冲信号，测量旋转电动机（10）的转速，获得激振力Fz，或激振力矩My，或激振力矩Mx组合加载，实现相频特性测试；

所述待测力传感器（1）固定在基座（11）竖直板端面上用L型台架（8B）加载时，L型台架（8B）作为待测力传感器（1）与T型台架（8A）的转接件，用于改变待测力传感器（1）的受力方向，待测力传感器（1）Z轴与基座（11）的竖直板端面垂直放置，通过固支端（13）由螺栓或压板固定在基座（11）的竖直板端面上，通过基座（11）竖直板端面上加工呈圆形分布的六个基座竖直板方向定位孔（11A），待测力传感器（1）绕Z轴实现90度、180度、270度的旋转定位；

通过基座竖直板方向定位孔（11A）调整待测力传感器（1）的X轴或Y轴与基座（11）的水平板端面垂直，L型台架（8B）竖直板端面由螺钉固定在待测力传感器（1）的适配端（12）上，L型台架（8B）的竖直板端面上加工有与待测力传感器（1）的适配端（12）相配合的L型台架竖直板方向定位孔（8B1），用于调整L型台架竖直板方向定位孔（8B1）和适配端（12）的安装方位，保证L型台架（8B）水平板端面与基座（11）水平板端面平行并通过适配端（12）与待测力传感器（1）固定；

通过L型台架水平板方向定位孔（8B2）和T型台架水平板方向定位孔（8A2），调整T型台架（8A）的水平板与L型台架（8B）的水平板的方位，使旋转电动机输出轴（6）的轴线位于待测力传感器（1）的Z-X面或Z-Y面内，并与基座（11）水平面平行，调整偏心激振块（5）的质心位于待测力传感器（1）的X-Y面内，调整偏心激振块的回转中心孔（5A）位于X轴或Y轴的工况下，获得待测力传感器（1）受激振力Fx或激振力Fy的独立加载；

通过L型台架水平板方向定位孔（8B2）和T型台架水平板方向定位孔（8A2），调整T型台架（8A）沿待测力传感器（1）Y轴或X轴移动某一距离的工况下，获得待测力传感器（1）受激振力Fx和激振力矩Mz，或激振力Fy和激振力矩Mz的组合加载。

2.根据权利要求1所述一种基于稳态正弦激振力的多维力传感器动态实验装置，其特征是：所述将永磁钢块（3）和偏心激振块（5）采用强力粘接固定，或采用螺钉锁紧，或采用压板形式固定。

3.根据权利要求1所述一种基于稳态正弦激振力的多维力传感器动态实验装置，其特征是：所述偏心激振块（5）相对于偏心激振块的回转中心孔（5A）与偏心激振块（5）的质心的连线呈对称加工而成，或加工成半椭圆形，或方形，或半圆形。

4.根据权利要求1所述一种基于稳态正弦激振力的多维力传感器动态实验装置，其特征是：所述偏心激振块（5）加工有贯通的偏心激振块的变径滑槽（5B），偏心激振块的变径滑槽（5B）用于锁紧调节块（4），是偏心激振块的变径滑槽（5B）加工成直线型、Y型或U型，用于锁紧一个调节块（4），或同时锁紧多个调节块（4）。

5.根据权利要求1所述一种基于稳态正弦激振力的多维力传感器动态实验装置，其特征是：所述调节块（4）在偏心激振块的变径滑槽（5B）内能够任意调节位置并由螺钉固定，用于改变偏心激振块（5）的质心位置，在相同转速情况下改变离心力大小，实现幅频特性测试，是缩小调节块（4）与偏心激振块的回转中心孔（5A）的距离，激振力的幅值将减小；增加调节块（4）与偏心激振块的回转中心孔（5A）的距离，激振力的幅值将增大。

6.根据权利要求1所述一种基于稳态正弦激振力的多维力传感器动态实验装置，其特征是：所述偏心激振块（5）、调节块（4）由匀质金属材料制成，或由匀质非金属材料加工而成。

7.根据权利要求1所述一种基于稳态正弦激振力的多维力传感器动态实验装置，其特征是：所述旋转电动机（10）是直流旋转电动机，或交流同步旋转电动机，或步进旋转电动机。

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