CN104390665A - 一种作用力和加速度综合测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种作用力和加速度综合测试方法，该方法基于的测试装置由可拆卸质量块，轻质弹性杆，3组电阻应变片，电缆，动态数据采集与分析系统和固定底座组成，测试方法是采用3组电阻应变片，在测试过程中，动态数据采集与分析系统通过对比每一时刻采集的3组应变数据，取其中值较大的两个数据进行分析，实现作用力、惯性力、加速度的实时精确监测，并通过利用两个装置垂直交错布置的方法，可以实现运动物体三维惯性力和加速度的测试。本发明的测试方法减小了信号干扰对测试精度的影响，测试精度高。

Description

一种作用力和加速度综合测试方法

技术领域

本发明属于工程测试领域，涉及一种作用力测试方法，更具体地说，是涉及一种作用力和加速度综合测试方法。

背景技术

目前，基于应变技术的作用力测试方法及装置有很多，无论是二维的还是三维的，大多都是通过多个单向加速度传感器正交结合在一起的，也就是说所测各方向上都需要布置一个质量块，结构比较复杂。另外，也有只使用一个质量块的一体式加速度传感器，其方法是通过一个质量块即可实现三个正交方向的加速度的测试，但其一个平面的加速度测试构件会对正交方向的加速度产生较大的干扰。现有的基于应变技术的加速度传感器要么是在所测各方向上布置专门的质量块，要么就是在所测方向上布置应变片，测试输出的也只是固定的几个方向上的响应值，方法比较死板和单一。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有测试方法比较死板和单一的缺陷，提出一种作用力和加速度综合测试方法。本发明的测试方法精度高，可以实现作用力、惯性力、加速度等的实时精确监测，并通过利用两个装置垂直交错布置的方法，可以实现运动物体三维惯性力和加速度的测试。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

一种作用力和加速度综合测试方法，该方法使用的测试装置由可拆卸质量块1，轻质弹性杆2，第一组电阻应变片3、4，第二组电阻应变片5、6，第三组电阻应变片7、8，电缆9，动态数据采集与分析系统10和固定底座11组成，其中所述轻质弹性杆2的下端和固定底座11相连接，上端面连接可拆卸质量块1，所述的第一组至第三组3组电阻应变片分别布于轻质弹性杆2的下端根部，并通过电缆9与动态数据采集与分析系统10相连接；所述测试方法是：

一、作用力测试

第一步：按测试要求将第一组至第三组3组电阻应变片3～8在轻质弹性杆2下端周面粘贴好，然后将测试装置以轻质弹性杆2为基准垂直于作用物体作用力所在平面，通过固定底座11将测试装置固定；

第二步：将第一组至第三组3组电阻应变片3～8均以半桥方式接入惠斯通电桥；

第三步：将第一组至第三组3组电阻应变片3～8所测得的电压变化信号转变3组应变信号ε₁，ε₂和ε₃；根据材料力学弯曲正应力公式推导得测点处的弯矩M_θ及产生此弯矩对应作用力的方向角θ，

E·ε₁＝K·rsin(30+θ)   方程(1)

E·ε₂＝K·rcosθ   方程(2)

E·ε₃＝K·rsin(30-θ)   方程(3)

式中，E为轻质弹性杆2的弹性模量≤28.3Gpa；ε₁，ε₂和ε₃为3组应变信号值；系数为轻质弹性杆2的惯性矩，M_θ为测点处的弯矩，θ为产生弯矩M_θ对应作用力的方向角，D为轻质弹性杆2的直径；r为轻质弹性杆2的截面半径；

上述公式中只有弯矩M_θ和角度θ两个未知量，只需两组计算公式组成方程组进行求解；考虑到外部环境对测试精度的影响，电压信号读数越小，外界不稳定因素对监测结果的影响越大，动态数据采集与分析系统10通过对比每一时刻采集的三个应变数据，取其中较大值的两个数据进行分析；

当第一组电阻应变片和第二组电阻应变片信号较大时，取方程(1)和方程(2)计算，得出

$\mathrm{\θ}=\arctan \left[\frac{(2{\mathrm{\ϵ}}_1/{\mathrm{\ϵ}}_2-1)}{\sqrt{3}}\right],M_{\mathrm{\θ}}=\frac{E\·{\mathrm{\ϵ}}_2\·\mathrm{\π}\·r^3}{4\·\cos \mathrm{\θ}};$

当第一组电阻应变片和第三组电阻应变片信号较大时，取方程(1)和方程(3)计算，得出

$\mathrm{\θ}=\arctan \left[\frac{({\mathrm{\ϵ}}_1-{\mathrm{\ϵ}}_3)}{\sqrt{3}({\mathrm{\ϵ}}_3+{\mathrm{\ϵ}}_1)}\right],M_{\mathrm{\θ}}=\frac{E\·{\mathrm{\ϵ}}_1\·\mathrm{\π}\·r^3}{4\·\sin (\mathrm{\θ}+30)};$

当第二组电阻应变片和第三组电阻应变片信号较大时，取方程(2)和方程(3)计算，得出

$\mathrm{\θ}=\arctan \left[\frac{(1-2{\mathrm{\ϵ}}_3/{\mathrm{\ϵ}}_2)}{\sqrt{3}}\right],M_{\mathrm{\θ}}=\frac{E\·{\mathrm{\ϵ}}_2\·\mathrm{\π}\·r^3}{4\·\cos \mathrm{\θ}};$

第四步：根据所算得的弯矩M_θ以及第一组至第三组3组电阻应变片3～8与作用力作用位置的垂直距离为L，推算到作用物体的作用力Fm，

二、惯性力和加速度测试

第一步：按测试要求将第一组至第三组3组电阻应变片3～8在轻质弹性杆2下端周面贴好，然后将测试装置以轻质弹性杆2为基准垂直于作用物体作用力所在平面，通过固定底座11将测试装置固定；

第二步：将第一组至第三组3组电阻应变片3～8均以半桥方式接入惠斯通电桥；

第三步：将第一组至第三组3组电阻应变片3～8所测得的电压变化信号转变3组应变信号ε₁，ε₂和ε₃；根据材料力学弯曲正应力公式推导得测点处的弯矩M_θ及产生此弯矩对应合外力的方向角θ，

E·ε₁＝K·rsin(30+θ)   方程(1)

E·ε₂＝K·rcosθ   方程(2)

E·ε₃＝K·rsin(30-θ)   方程(3)

式中，E为轻质弹性杆2的弹性模量≤28.3Gpa；ε₁，ε₂和ε₃为3组应变信号值；系数为轻质弹性杆2的惯性矩，M_θ为测点处的弯矩，θ为产生弯矩M_θ对应合外力的方向角，D为轻质弹性杆2的直径；r为轻质弹性杆2的半径。

上述公式中只有弯矩M_θ和角度θ两个未知量，只需两组计算公式组成方程组进行求解。考虑到外部环境对测试精度的影响，电压信号读数越小，外界不稳定因素对监测结果的影响越大，动态数据采集与分析系统10通过对比每一时刻采集的三个应变数据，取其中较大值的两个数据进行分析。

当第一组电阻应变片和第二组电阻应变片信号较大时，取方程(1)和方程(2)计算时，得出

$\mathrm{\θ}=\arctan \left[\frac{(2{\mathrm{\ϵ}}_1/{\mathrm{\ϵ}}_2-1)}{\sqrt{3}}\right],M_{\mathrm{\θ}}=\frac{E\·{\mathrm{\ϵ}}_2\·\mathrm{\π}\·r^3}{4\·\cos \mathrm{\θ}};$

当第一组电阻应变片和第三组电阻应变片信号较大时，取方程(1)和方程(3)计算时，得出

$\mathrm{\θ}=\arctan \left[\frac{({\mathrm{\ϵ}}_1-{\mathrm{\ϵ}}_3)}{\sqrt{3}({\mathrm{\ϵ}}_3+{\mathrm{\ϵ}}_1)}\right],M_{\mathrm{\θ}}=\frac{E\·{\mathrm{\ϵ}}_1\·\mathrm{\π}\·r^3}{4\·\sin (\mathrm{\θ}+30)};$

当第二组电阻应变片和第三组电阻应变片信号较大时，取方程(2)和方程(3)计算时，得出

$\mathrm{\θ}=\arctan \left[\frac{(1-2{\mathrm{\ϵ}}_3/{\mathrm{\ϵ}}_2)}{\sqrt{3}}\right],M_{\mathrm{\θ}}=\frac{E\·{\mathrm{\ϵ}}_2\·\mathrm{\π}\·r^3}{4\·\cos \mathrm{\θ}};$

第四步：根据所算得的弯矩M_θ以及第一组至第三组3组电阻应变片3～8与可拆卸质量块1形心的垂直距离为L，推算到质量块的水平惯性力F_m，

第五步：根据第四步所述可拆卸质量块1的水平惯性力F_m和可拆卸质量块1的质量m，算得可拆卸质量块1的加速度a，

第六步：根据第五步所求可拆卸质量块1的加速度a和被测运动物体质量M，算出被测物体所受惯性力F_m＝M·a。

上述所述的可拆卸质量块1的质量为250g。

上述所述的轻质弹性杆2为其质量小于可拆卸质量块1，弹性模量≤28.3Gpa，长度为20cm，直径为30mm的圆柱形。

上述所述的第一组至第三组3组电阻应变片3～8在所述轻质弹性杆2下端周面以60°夹角成圆周均匀布置。

本发明的特点和有益效果：

1、本发明的一种作用力和加速度综合测试方法及其使用的测试装置没有大幅度运动部件，并且只需要一个质量块即可进行二维平面各个方向作用力、惯性力、加速度等的实时精确监测，通过两个装置垂直交错布置，还可以实现运动物体三维惯性力和加速度的测试，具有测试方便、响应速度快和环境适应性强等优点，是一种发展前景非常好的作用力多功能测试方法；

2、本发明中的应变片通过半桥接入电路，在实现应变自补偿的同时，对测试结果进行双倍放大，从而可以减小信号干扰对测试结果的影响；

3、本发明考虑到外部环境对测试精度的影响，采用第一组至第三组3组电阻应变片3～8，在测试过程中，动态数据采集与分析系统10通过对比每一时刻采集的三个应变数据，取其中值较大的两个数据进行分析，进一步减小了信号干扰对测试结果的影响。

4、本发明只需对所使用的测试装置进行简单的改装，便可同时满足作用力、惯性力和加速的精确测试，是一种多功能测试方法。

附图说明

图1是本发明方法所使用的测试装置的主视图；

图2是图1的俯视图；

图3是图1的侧视图；

图4是本发明方法所使用的惠斯顿半桥电路图；

图5是本发明方法的具体实施方式计算示意图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解，下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细叙述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。

如附图1—3所示，为本发明的一种作用力和加速度综合测试方法所使用的测试装置，由可拆卸质量块1，轻质弹性杆2，第一组电阻应变片3、4，第二组电阻应变片5、6，第三组电阻应变片7、8，电缆9，动态数据采集与分析系统10和固定底座11组成，其中所述轻质弹性杆2的下端和固定底座11相连接，上端面连接可拆卸质量块1，所述的第一组至第三组3组电阻应变片分别布于轻质弹性杆2的下端根部，并通过电缆9与动态数据采集与分析系统10相连接。

其中，所述的可拆卸质量块1的质量为250g。所述的轻质弹性杆2的长度为20cm，直径为30mm。所述的第一组至第三组3组电阻应变片3～8的型号为：日本共和KFG-3-120-C1-11L1M3R，电阻：119.6±0.4Ω，灵敏系数：2.09±1.0％，敏感栅长度：3mm。

具体实施方式一：测试物体的作用力。拆除可拆卸质量块1后，用手在轻质弹性杆2的上端施加任意水平力后，便可检测到该任意水平力的大小和方向。

测试过程中某时刻第一组、第二组、第三组3组电阻应变片采集到的电压信号分别为V1＝31mv、V2＝7.3mv和V3＝-29.5mv。动态数据采集与分析系统通过对比，剔除最小的第二组电阻应变信号，取第一组和第三组进行分析，通过计算得到

${\mathrm{\ϵ}}_1=\frac{V1\×4\×{10}^6\×\mathrm{CC}}{\mathrm{SS}\×\mathrm{SC}\×\mathrm{IV}}=30.1$

${\mathrm{\ϵ}}_3=\frac{V3\×4\×{10}^6\×\mathrm{CC}}{\mathrm{SS}\×\mathrm{SC}\×\mathrm{IV}}=-28.7$

当第一组电阻应变片和第三组电阻应变片信号较大时，取方程(1)和方程(3)计算得到

$M_{\mathrm{\θ}}=\frac{E\·{\mathrm{\ϵ}}_1\·\mathrm{\π}\·r^3}{4\·\sin (\mathrm{\θ}+30)}=0.1593N\·m;$

$F_m=\frac{M_{\mathrm{\θ}}}{L}=\frac{0.1593}{0.2}=0.8065N$

综上所述，在轻质弹性杆端施加的任意水平力大小为0.8065N，方向约为86°。

具体实施方式二：车辆刹车性能和安全性能的测试。将测试装置布置在乘员位置上，监测紧急刹车时车辆加速度以及乘员所受惯性力的历时变化情况；

测试过程中，将测试装置的y轴与车辆纵轴平行，输入电压IV＝2000mv，应变仪增益SS＝1000，应变片灵敏系数SC＝2.09，应变修正系数CC＝1.0151。

测试过程中某时刻第一组、第二组、第三组3组电阻应变片采集到的电压信号分别为V1＝21.5mv、V2＝46mv和V3＝19mv。动态数据采集与分析系统通过对比，剔除最小的第三组电阻应变信号，取第一组和第二组进行分析，通过计算可得

${\mathrm{\ϵ}}_1=\frac{V1\×4\×{10}^6\×\mathrm{CC}}{\mathrm{SS}\×\mathrm{SC}\×\mathrm{IV}}=20.9$

${\mathrm{\ϵ}}_3=\frac{V2\×4\×{10}^6\×\mathrm{CC}}{\mathrm{SS}\×\mathrm{SC}\×\mathrm{IV}}=44.7$

当第一组电阻应变片和第二组电阻应变片信号较大时，取方程(1)和方程(2)计算得出

$M_{\mathrm{\θ}}=\frac{E\·{\mathrm{\ϵ}}_2\·\mathrm{\π}\·r^3}{4\·\cos \mathrm{\θ}}=0.2063N\·m$

质量块的水品惯性力F_m， $F_m=\frac{M_{\mathrm{\θ}}}{L}=\frac{0.2063}{0.2}=1.0315N$

质量的加速度a， $a=\frac{F_m}{m}=\frac{1.0315}{0.25}=4.126m\·s^{-2}$

综上所述，车辆上布置该装置的位置上人员此刻的加速度为4.126m·s^-2，加速度方向为-2.145°，即偏向汽车正方向左侧-2.145°。

具体实施方式三：车辆自身惯性力的实时监控。将该测试装置布置在车辆内，在车辆转弯时监测车辆的惯性力，并在车速超限时进行报警提示；

车辆通过匝道，测试过程中，测试装置输入电压IV＝2000mv，应变仪增益SS＝1000，应变片灵敏系数SC＝2.09，应变修正系数CC＝1.0151。

测试过程中某时刻第一组、第二组、第三组3组电阻应变片采集到的电压信号分别为V1＝31mv、V2＝7.3mv和V3＝-29.5mv。动态数据采集与分析系统通过对比，剔除最小的第二组电阻应变信号，取第一组和第三组进行分析，通过计算可得

${\mathrm{\ϵ}}_1=\frac{V1\×4\×{10}^6\×\mathrm{CC}}{\mathrm{SS}\×\mathrm{SC}\×\mathrm{IV}}=30.1$

${\mathrm{\ϵ}}_3=\frac{V3\×4\×{10}^6\×\mathrm{CC}}{\mathrm{SS}\×\mathrm{SC}\×\mathrm{IV}}=-28.7$

当第一组电阻应变片和第三组电阻应变片信号较大时，取方程(1)和方程(3)计算得出

$M_{\mathrm{\θ}}=\frac{E\·{\mathrm{\ϵ}}_1\·\mathrm{\π}\·r^3}{4\·\sin (\mathrm{\θ}+30)}=0.1593N\·m;$

质量块的水品惯性力F_m， $F_m=\frac{M_{\mathrm{\θ}}}{L}=\frac{0.1593}{0.2}=0.8065N$

质量的加速度a， $a=\frac{F_m}{m}=\frac{0.8065}{0.25}=3.226m\·s^{-2}$

综上所述，车辆上此刻的加速度约为3.226m·s^-2，加速度方向为86.1824°，即偏向汽车正方向右侧86.1824°。若该车转弯离心加速度安全值为6m·s^-2，则此时刻不会报警提示。

具体实施方式四：浮体结构三维加速度的测试。通过正交布置一组(两个)测试装置，实现浮体摇摆过程中加速度变化情况的测试，以鉴定浮体舒适度是否满足要求。

一个浮体在设计风浪条件下摇晃，测试过程中，测试装置输入电压IV＝2000mv，应变仪增益SS＝1000，应变片灵敏系数SC＝2.09，应变修正系数CC＝1.0151。

测试过程中，情况一：第二组电阻应变片采集的最大电压为V2＝1.3mv，此时，V1＝0.63mv，V3＝0.54mv；情况二：第一组电阻应变片采集到的最大电压为V1＝0.9mv，此时V2＝0mv，V3＝-0.85mv。情况三：第五组电阻应变片采集的最大电压为V5＝19mv，此时，V4＝9.5mv，V6＝9mv；

(1)通过情况一，可以计算出该浮体的最大纵摇加速度，动态数据采集与分析系统通过对比，剔除最小的第三组电阻应变信号，取第一组和第二组进行分析，通过计算可得

${\mathrm{\ϵ}}_1=\frac{V1\×4\×{10}^6\×\mathrm{CC}}{\mathrm{SS}\×\mathrm{SC}\×\mathrm{IV}}=0.622$

${\mathrm{\ϵ}}_2=\frac{V2\×4\×{10}^6\×\mathrm{CC}}{\mathrm{SS}\×\mathrm{SC}\×\mathrm{IV}}=1.263$

当第一组电阻应变片和第二组电阻应变片信号较大时，取方程(1)和方程(2)计算得出

$M_{\mathrm{\θ}}=\frac{E\·{\mathrm{\ϵ}}_2\·\mathrm{\π}\·r^3}{4\·\cos \mathrm{\θ}}=0.0058N\·m$

质量块的水品惯性力F_m， $F_m=\frac{M_{\mathrm{\θ}}}{L}=\frac{0.0058}{0.2}=0.029N$

质量的加速度a， $a=\frac{F_m}{m}=\frac{0.0299}{0.25}=1.116m\·s^{-2}$

所以，该浮体最大纵摇加速度约为0.116m·s^-2。

(2)通过情况二，可以计算出该浮体的最大横摇加速度，动态数据采集与分析系统通过对比，剔除最小的第二组电阻应变片信号，取第一组和第三组进行分析，通过计算可得

${\mathrm{\ϵ}}_1=\frac{V1\×4\×{10}^6\×\mathrm{CC}}{\mathrm{SS}\×\mathrm{SC}\×\mathrm{IV}}=0.87$

${\mathrm{\ϵ}}_3=\frac{V3\×4\×{10}^6\×\mathrm{CC}}{\mathrm{SS}\×\mathrm{SC}\×\mathrm{IV}}=-0.83$

当第一组电阻应变片和第三组电阻应变片信号较大时，取方程(1)和方程(3)计算得出

$M_{\mathrm{\θ}}=\frac{E\·{\mathrm{\ϵ}}_1\·\mathrm{\π}\·r^3}{4\·\sin (\mathrm{\θ}+30)}=0.0045N\·m;$

质量块的水品惯性力F_m， $F_m=\frac{M_{\mathrm{\θ}}}{L}=\frac{0.0045}{0.2}=0.0225N$

质量的加速度a， $a=\frac{F_m}{m}=\frac{0.0225}{0.25}=0.09m\·s^{-2}$

所以，该浮体最大横摇加速度约为0.09m·s^-2。

(3)通过情况三，可以计算出该浮体的最大垂向加速度，动态数据采集与分析系统通过对比，剔除最小的第六组电阻应变信号，取第四组和第五组进行分析，通过计算可得

${\mathrm{\ϵ}}_4=\frac{V_4\×4\×{10}^6\×\mathrm{CC}}{\mathrm{SS}\×\mathrm{SC}\×\mathrm{IV}}=9.228$

${\mathrm{\ϵ}}_5=\frac{V_5\×4\×{10}^6\×\mathrm{CC}}{\mathrm{SS}\×\mathrm{SC}\×\mathrm{IV}}=18.456$

当第四组电阻应变片和第五组电阻应变片信号较大时，取方程(1)和方程(2)计算得出

$M_{\mathrm{\θ}}=\frac{E\·{\mathrm{\ϵ}}_2\·\mathrm{\π}\·r^3}{4\·\cos \mathrm{\θ}}=0.0851N\·m$

质量块的垂向惯性力F_m， $F_m=\frac{M_{\mathrm{\θ}}}{L}=\frac{0.0851}{0.2}=0.4255N$

质量块的加速度a， $a=\frac{F_m}{m}=\frac{0.4255}{0.25}=1.702m\·s^{-2}$

所以，该浮体最大垂向加速度约为1.702m·s^-2。

综上所述，通过具体实施方式三，得出浮体在风浪情况下，最大纵摇加速度约为0.116m·s^-2，方向角为-0.4976°；最大横摇加速度约为0.09m·s^-2，方向角为87.6663°；最大垂向加速度约为1.702m·s^-2，方向角为0°。所测结果方向角与实际方位拟合很好，测试结果较高。

Claims (6)

1.一种作用力和加速度综合测试方法，该方法使用的测试装置由可拆卸质量块(1)，轻质弹性杆(2)，第一组电阻应变片(3、4)，第二组电阻应变片(5、6)，第三组电阻应变片(7、8)，电缆(9)，动态数据采集与分析系统(10)和固定底座(11)组成，其中所述轻质弹性杆(2)的下端和固定底座(11)相连接，上端面连接可拆卸质量块(1)，所述的第一组至第三组3组电阻应变片分别布于轻质弹性杆(2)的下端根部，并通过电缆(9)与动态数据采集与分析系统(10)相连接；其特征在于，所述作用力测试方法，包括如下步骤：

第一步：按测试要求将第一组至第三组3组电阻应变片(3～8)在轻质弹性杆(2)下端周面粘贴好，然后将测试装置以轻质弹性杆(2)为基准垂直于作用物体作用力所在平面，通过固定底座(11)将测试装置固定；

第二步：将第一组至第三组3组电阻应变片(3～8)均以半桥方式接入惠斯通电桥；

第三步：将第一组至第三组3组电阻应变片(3～8)所测得的电压变化信号转变3组应变信号ε₁，ε₂和ε₃；根据材料力学弯曲正应力公式推导得测点处的弯矩M_θ及产生此弯矩对应作用力的方向角θ，

E·ε₁＝K·rsin(30+θ)  方程(1)

E·ε₂＝K·rcosθ  方程(2)

E·ε₃＝K·rsin(30-θ)  方程(3)

式中，E为轻质弹性杆(2)的弹性模量；ε₁，ε₂和ε₃为3组应变信号值；系数 为轻质弹性杆(2)的惯性矩，M_θ为测点处的弯矩，θ为产生弯矩M_θ对应作用力的方向角，D为轻质弹性杆(2)的直径；r为轻质弹性杆(2)的截面半径；

上述公式中只有弯矩M_θ和角度θ两个未知量，只需两组计算公式组成方程组进行求解；考虑到外部环境对测试精度的影响，电压信号读数越小，外界不稳定因素对监测结果的影响越大，动态数据采集与分析系统(10)通过对比每一时刻采集的三个应变数据，取其中较大值的两个数据进行分析；

当第一组电阻应变片(3、4)和第二组电阻应变片(5、6)信号较大时，取方程(1)和方程(2)计算，得出

$\mathrm{\θ}=\arctan \left[\frac{({2\mathrm{\ϵ}}_1/{\mathrm{\ϵ}}_2-1)}{\sqrt{3}}\right],M_{\mathrm{\θ}}=\frac{E\·{\mathrm{\ϵ}}_2\·\mathrm{\π}\·r^3}{4\·\cos \mathrm{\θ}};$

当第一组电阻应变片(3、4)和第三组电阻应变片(7、8)信号较大时，取方程(1)和方程(3)计算，得出

$\mathrm{\θ}=\arctan \left[\frac{({\mathrm{\ϵ}}_1-{\mathrm{\ϵ}}_3)}{\sqrt{3}({\mathrm{\ϵ}}_3+{\mathrm{\ϵ}}_1)}\right],M_{\mathrm{\θ}}=\frac{E\·{\mathrm{\ϵ}}_1\·\mathrm{\π}\·r^3}{4\·\sin (\mathrm{\θ}+30)};$

当第二组电阻应变片(5、6)和第三组电阻应变片(7、8)信号较大时，取方程(2)和方程(3)计算，得出

$\mathrm{\θ}=\arctan \left[\frac{(1-{2\mathrm{\ϵ}}_3/{\mathrm{\ϵ}}_2)}{\sqrt{3}}\right],M_{\mathrm{\θ}}=\frac{E\·{\mathrm{\ϵ}}_2\·\mathrm{\π}\·r^3}{4\·\cos \mathrm{\θ}};$

第四步：根据所算得的弯矩M_θ以及第一组至第三组3组电阻应变片(3～8)与作用力作用位置的垂直距离为L，推算到作用物体的作用力F_m，

2.根据权利要求1所述的一种作用力和加速度综合测试方法，其特征在于，所述测试方法还包括惯性力和加速度测试，具体步骤是：

第一步：按测试要求将第一组至第三组3组电阻应变片(3～8)在轻质弹性杆(2)下端周面贴好，然后将测试装置以轻质弹性杆(2)为基准垂直于作用物体作用力所在平面，通过固定底座(11)将测试装置固定；

第二步：将第一组至第三组3组电阻应变片(3～8)均以半桥方式接入惠斯通电桥；

第三步：将第一组至第三组3组电阻应变片(3～8)所测得的电压变化信号转变3组应变信号ε₁，ε₂和ε₃；根据材料力学弯曲正应力公式推导得测点处的弯矩M_θ及产生此弯矩对应合外力的方向角θ，

E·ε₁＝K·rsin(30+θ)  方程(1)

E·ε₂＝K·rcosθ  方程(2)

E·ε₃＝K·rsin(30-θ)  方程(3)

式中，E为轻质弹性杆(2)的弹性模量；ε₁，ε₂和ε₃为3组应变信号值；系数 为轻质弹性杆(2)的惯性矩，M_θ为测点处的弯矩，θ为产生弯矩M_θ对应合外力的方向角，D为轻质弹性杆(2)的直径；r为轻质弹性杆(2)的半径；

上述公式中只有弯矩M_θ和角度θ两个未知量，只需两组计算公式组成方程组进行求解，考虑到外部环境对测试精度的影响，电压信号读数越小，外界不稳定因素对监测结果的影响越大，动态数据采集与分析系统(10)通过对比每一时刻采集的三个应变数据，取其中较大值的两个数据进行分析；

当第一组电阻应变片(3、4)和第二组电阻应变片(5、6)信号较大时，取方程(1)和方程(2)计算时，得出

$\mathrm{\θ}=\arctan \left[\frac{({2\mathrm{\ϵ}}_1/{\mathrm{\ϵ}}_2-1)}{\sqrt{3}}\right],M_{\mathrm{\θ}}=\frac{E\·{\mathrm{\ϵ}}_2\·\mathrm{\π}\·r^3}{4\·\cos \mathrm{\θ}};$

当第一组电阻应变片(3、4)和第三组电阻应变片(7、8)信号较大时，取方程(1)和方程(3)计算时，得出

$\mathrm{\θ}=\arctan \left[\frac{({\mathrm{\ϵ}}_1-{\mathrm{\ϵ}}_3)}{\sqrt{3}({\mathrm{\ϵ}}_3+{\mathrm{\ϵ}}_1)}\right],M_{\mathrm{\θ}}=\frac{E\·{\mathrm{\ϵ}}_1\·\mathrm{\π}\·r^3}{4\·\sin (\mathrm{\θ}+30)};$

当第二组电阻应变片(5、6)和第三组电阻应变片(7、8)信号较大时，取方程(2)和方程(3)计算时，得出

$\mathrm{\θ}=\arctan \left[\frac{(1-{2\mathrm{\ϵ}}_3/{\mathrm{\ϵ}}_2)}{\sqrt{3}}\right],M_{\mathrm{\θ}}=\frac{E\·{\mathrm{\ϵ}}_2\·\mathrm{\π}\·r^3}{4\·\cos \mathrm{\θ}};$

第四步：根据所算得的弯矩M_θ以及第一组至第三组3组电阻应变片(3～8)与可拆卸质量块(1)形心的垂直距离为L，推算到质量块的水平惯性力F_m，

第五步：根据第四步所述可拆卸质量块(1)的水平惯性力F_m和可拆卸质量块(1)的质量m，算得可拆卸质量块(1)的加速度a，

第六步：根据第五步所求可拆卸质量块(1)的加速度a和被测运动物体质量M，算出被测物体所受惯性力F_m＝M·a。

3.根据权利要求1或2任一所述的一种作用力和加速度综合测试方法，其特征在于，所述的可拆卸质量块(1)的质量为250g。

4.根据权利要求1或2任一所述的一种作用力和加速度综合测试方法，其特征在于，所述的轻质弹性杆(2)为其质量小于可拆卸质量块(1)，弹性模量≤28.3Gpa，长度为20cm，直径为30mm的圆柱形。

5.根据权利要求1或2任一所述的一种作用力和加速度综合测试方法，其特征在于，所述的第一组至第三组3组电阻应变片(3～8)在所述轻质弹性杆(2)下端周面以60°夹角成圆周均匀布置。

6.根据权利要求1或2任一所述的一种作用力和加速度综合测试方法，其特征在于，所述的第一组至第三组3组电阻应变片(3～8)的型号为日本共和KFG-3-120-C1-11L1M3R，电阻为119.6±0.4Ω，灵敏系数为2.09±1.0％，敏感栅长度为3mm。