CN102980719B - 直接加载式力传感器动态标定装置 - Google Patents

Abstract

一种直接加载式力传感器动态标定装置，包括力传感器、连接杆、直线导轨组件和机架，其中直线导轨组件包括动导轨和静导轨，所述标定装置还包括正弦力发生装置，所述力传感器与机架紧固连接，所述正弦力发生装置的机壳通过连接杆与力传感器紧固连接，所述正弦力发生装置的机壳还通过动导轨与静导轨滑动连接，静导轨又与机架紧固连接，动导轨的运动方向与力传感器标定要求的受力方向一致。本发明标定精度高、量程较大，标定结果可靠。

Description

直接加载式力传感器动态标定装置

技术领域

本发明涉及标定装置，尤其是一种力传感器标定装置。

背景技术

力传感器的动态标定技术是航空航天、高端装备等领域在精确测控方面的关键技术。从公开发表的研究成果看，国内一些航空航天研究单位的标定装置主要参照德国联邦物理技术研究院上世纪90年代初提出的技术方案（包括后续的改进方案）建立。这类方案可称为基于振动响应的力传感器动态标定技术，属于非直接加载方式，其主要缺点在于力传感器与动态力发生质量块同时被置于振动环境中，不符合力传感器的使用条件，并且存在较大的影响标定精度的因素，因此其动态标定结果的可靠性较差、精度较低。

发明内容

为了克服已有力传感器动态标定装置的可靠性较差、精度较低、量程较小等不足，本发明提供一种可靠性较好、标定精度较高、量程较大的直接加载式力传感器动态标定装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种直接加载式力传感器动态标定装置，包括力传感器、连接杆、直线导轨组件和机架，其中直线导轨组件包括动导轨和静导轨，所述标定装置还包括正弦力发生装置，所述力传感器与机架紧固连接，所述正弦力发生装置的机壳通过连接杆与力传感器紧固连接，所述正弦力发生装置的机壳还通过动导轨与静导轨滑动连接，静导轨又与机架紧固连接，动导轨的运动方向与力传感器标定要求的受力方向一致。

进一步，所述的正弦力发生装置包括质量偏心盘、主轴、轴承、电机转子、电机定子和机壳，所述电机转子紧固连接在主轴中部，主轴通过位于电机转子两侧的轴承支承在机壳中，质量偏心盘分别紧固连接在主轴的两端，电机定子套装在机壳中并与机壳紧固连接，电机转子位于电机定子的中空圆柱空腔中；所述机壳与动导轨固定连接。当然，所述正弦力发生装置也可以选用其他形式，比如双轴四盘式的质量偏心回转装置和无动力驱动的质量偏心回转装置等。

进一步，所述的质量偏心盘的几何中心开有圆孔及键槽，质量偏心盘的非几何中心位置开有另外的圆孔。

优选的，位于主轴两端的两个质量偏心盘的结构、尺寸和质量相同。从理论上来说，两者完全相同时，对实现本发明最理想，从实际制造来说，该处的相同是指从制造技术来说尽量相同，即尽可能制造出结构、尺寸和质量相同的两个质量偏心盘。

更进一步，所述的机壳下部设置有弹簧，弹簧支承在高度调节装置上，所述高度调节装置支承在机架。

所述的正弦力发生装置还包括感应齿轮和转速传感器，感应齿轮紧固连接在主轴上，转速传感器通过支架紧固连接在机壳上。

所述的正弦力发生装置还包加速度传感器，加速度传感器紧固连接在机壳上。

所述的正弦力发生装置还包括非接触式位移传感器，非接触式位移传感器的探头对准机壳的表面，非接触式位移传感器通过支架紧固连接在机架上。

本发明的技术构思为：将待标定力传感器紧固连接在机架上；动态力采用正弦力发生装置产生，该装置是在一电主轴的两端紧固连接两个结构、尺寸和质量相同的质量偏心盘，电主轴的机壳通过直线导轨约束，仅留与主轴轴线垂直的一个移动自由度，质量偏心盘旋转产生的离心力在该移动自由度方向上的分力便是一个正弦力；将该正弦力施加到力传感器上，即可对力传感器进行动态标定。

本发明的有益效果主要表现在：采用正弦力发生装置能产生精确的正弦力，并直接对固定不动的力传感器进行加载，借助于信号处理技术可获得可靠性高、精度高和量程大的动态标定结果。

附图说明

图1是力传感器动态标定装置实施例的结构示意图。

图2是正弦力发生装置实施例的结构示意图。

图3是质量偏心盘实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1～图3，一种直接加载式力传感器动态标定装置，包括力传感器1、连接杆2、正弦力发生装置3、直线导轨组件和机架，其中直线导轨组件包括动导轨5和静导轨6，力传感器1与机架4紧固连接，正弦力发生装置的机壳16通过连接杆2与力传感器1紧固连接，正弦力发生装置的机壳16还通过动导轨5与静导轨6滑动连接，静导轨6又与机架7紧固连接，动导轨的运动方向与力传感器标定要求的受力方向一致，即参照图1，正弦力发生装置受直线导轨组件约束，其在六自由度空间中仅保留与力传感器受力方向K一致的移动自由度。

其中，所述的正弦力发生装置3主要包括质量偏心盘11a和b、主轴12、轴承13a和b、电机转子14、电机定子15和机壳16，电机转子14紧固连接在主轴12的中部，主轴12通过位于电机转子14两侧的轴承13a和b支承在机壳16中，质量偏心盘11a和b紧固连接在主轴12的两端，电机定子15套装在机壳16中并与机壳16紧固连接，电机转子14位于电机定子15的中空圆柱空间中。

所述的正弦力发生装置中的质量偏心盘11a和b的几何中心开有圆孔及键槽，质量偏心盘11a和b的非几何中心位置开有另外的圆孔。

所述的正弦力发生装置中紧固连接于主轴12两端的质量偏心盘11a和b的结构、尺寸和质量完全相同。从理论上来说，两者完全相同时，对实现本发明最理想，从实际制造来说，该处的相同是指从制造技术来说尽量相同，即尽可能制造出结构、尺寸和质量相同的两个质量偏心盘。

所述的正弦力发生装置的机壳16下部设置有弹簧8，弹簧8支承在高度调节装置9上，高度调节装置9支承在机架10上，弹簧8受压产生的向上推力其大小约等于正弦力发生装置的重量，其方向与力传感器受力方向K一致。

所述的正弦力发生装置还包括感应齿轮17和转速传感器18，感应齿轮17紧固连接在主轴12上，转速传感器18通过支架19紧固连接在机壳16上。

所述的正弦力发生装置还包加速度传感器20，加速度传感器20紧固连接在机壳16上。

所述的正弦力发生装置还包括非接触式位移传感器21，非接触式位移传感器21的探头对准机壳16的表面，非接触式位移传感器21通过支架22紧固连接在机架4上。

本实施例的基本工作过程为：

1）给正弦力发生装置中的电机定子通电，电机转子受电磁力驱动作旋转运动，并带动主轴及质量偏心盘转动；

2）质量偏心盘转动产生离心力，该离心力可分解为与力传感器受力方向一致的第一分力F1和与力传感器受力方向垂直的第二分力F2，其中第一分力F1的表达式为

F1=Asin(ωt)（1）

式中A为质量偏心盘的质量偏心距，ω为质量偏心盘的旋转运动角速度（通过转速传感器检测获得），t为时间；

3）第一分力F1通过正弦力发生装置的机壳和连接杆传递给力传感器，第二分力F2通过正弦力发生装置的机壳和直线导轨组件传递给机架；

4）力传感器在第一分力F1作用下输出连续的电信号E，该电信号E的表达式为

E=(B+dB)sin(ω(t+dt))                  （2）

式中B为与A成比例关系的数值，dB为动力干扰（通过加速度传感器和非接触式位移传感器检测获得），ω和t与式（1）中的ω和t完全相同，dt为时间滞后（通过加速度传感器检测获得）。

5）比较电信号E与第一分力F1，即可对力传感器进行校准。

Claims (1)

1.一种直接加载式力传感器动态标定装置，包括力传感器、连接杆、直线导轨组件和机架，其中直线导轨组件包括动导轨和静导轨，其特征在于：所述标定装置还包括正弦力发生装置，所述力传感器与机架紧固连接，所述正弦力发生装置的机壳通过连接杆与力传感器紧固连接，所述正弦力发生装置的机壳还通过动导轨与静导轨滑动连接，静导轨又与机架紧固连接，在机架中动导轨的运动方向与力传感器标定要求的受力方向一致；所述的机壳下部设置有弹簧，弹簧支承在高度调节装置上，所述高度调节装置支承在机架；

所述的正弦力发生装置包括质量偏心盘、主轴、轴承、电机转子、电机定子和机壳，所述电机转子紧固连接在主轴中部，主轴通过位于电机转子两侧的轴承支承在机壳中，质量偏心盘分别紧固连接在主轴的两端，电机定子套装在机壳中并与机壳紧固连接，电机转子位于电机定子的中空圆柱空腔中；所述机壳与动导轨固定连接；

所述的质量偏心盘的几何中心开有圆孔及键槽，质量偏心盘的非几何中心位置开有另外的孔；

位于主轴两端的两个质量偏心盘的结构、尺寸和质量相同；

所述的正弦力发生装置还包括感应轮和转速传感器，感应轮紧固连接在主轴上，转速传感器通过支架紧固连接在机壳上；

所述的正弦力发生装置还包加速度传感器，加速度传感器紧固连接在机壳上；

所述的正弦力发生装置还包括非接触式位移传感器，非接触式位移传感器的探头对准机壳的表面，非接触式位移传感器通过支架紧固连接在机架上。