CN105547216B - 一种用于离心-振动复合装置中振动位移测量的无线装置 - Google Patents

一种用于离心-振动复合装置中振动位移测量的无线装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及振动测量装置领域，具体涉及一种用于离心‑振动复合装置中振动台位移测量的无线装置。该装置包括斜置位移转换器、位移转换器倾角测量传感器、测量微小位移的高精度微位移传感器和无线数据传输器。因此，本发明使得振动台位移可通过测量一个比振动位移小的位移实现，提高了振动台振动位移的测量精度；另外，测得的位移数据将通过无线传输器发送到与计算机相连的无线接收器中，解决了离心‑振动复合装置中振动台位移信号过小，难以通过导电滑环进行传输的问题。本发明结构简单，使用方便，改变了振动台振动位移的测量方向，降低了振动位移测量装置的量程需求，实现了提高离心‑振动复合装置中振动台位移测量精度的目的。

Description

一种用于离心-振动复合装置中振动位移测量的无线装置
技术领域
本发明涉及一种用于离心-振动复合装置中振动位移测量的无线装置，属于振动测量装置领域。
背景技术
振动台在进行使用过程中，需要对振动台的振动位移进行测量。常用的振动台位移测量方法包括绝对法和相对法。绝对法是基于激光干涉的原理，需要构建复杂的精密光路，位移精度可以达到0.1微米，但是成本较高，通常只应用于标准振动台。另外可以使用微小位移传感器(比如电容式接近传感器)来测量较小的振动位移，但是该类型传感器测量范围有限，难以用于振幅较大的振动台。对普通的振动台而言，则是采用相对法进行测量，即使用经过校准的位移传感器来测量振动位移。这种方法的测量精度通常只能达到毫米级。在一些高精度的测试校准工作中，毫米级别的精度是不能满足要求的。而且，很多情况下使用绝对法也存在着一定的限制。
申请号为201410270466.3的专利使用于离心-振动复合校准装置中。该复合装置以转臂式或圆盘式离心机为主体，在离心机转臂或圆盘上安装振动台，以实现多种加速度的复合输出。在这种情况下，振动台位移测量与一般情况下的针对单独振动台位移的测量不同。第一，由于紧凑的安装方式，振动台在振动方向上没有空间安装合适的激光测量装置，实现高精度的测量。第二，由于振动台位移的测量信号比较微弱，如果通过离心机的导电滑环进行传输，会受到其他离心-振动复合装置信号的干扰，信号质量较差。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术存在的缺点，提供一种用于离心-振动复合装置中振动位移测量的无线装置，该装置通过斜置位移转换器成比例缩小所需测量的位移量，使得采用微位移传感器成为可能，提高了测量精度。通过无线传输方式传输位移测量结果，避免了通过离心机导电滑环传输信号引起信号质量下降的问题。
本发明的目的是通过下述技术方案来实现的。
一种用于离心-振动复合装置中振动位移测量的无线装置，包括倾角测量传感器、测距仪、无线传输器、无线接收器和斜置位移转换器。
所述斜置位移转换器是与振动台内壁固定连接；斜置位移转换器与振动台的台面形成一个夹角；夹角的角度值通过附着在斜置位移转换器上的倾角测量传感器进行测量；倾角测量传感器与测距仪采集的数据通过无线传输器传输给无线接收器，无线接收器再转发给计算机，由计算机进行处理。
该装置置于离心-振动复合装置的振动台内部；
斜置位移转换器与振动台台面的角度可以根据需要进行调节。
所述倾角测量传感器为高精度线加速度计。主要完成两个功能。功能1：振动台工作前，测量斜置位移转换器与振动台台面的角度是否与预设角度一致。功能2：振动台工作中，实时监测测量斜置位移转换器与振动台台面的角度的变化量，用于补偿离心-振动复合装置因振动台非理想运动输出的加速度误差。
所述斜置位移转换器是一种特殊的金属斜面装置。该装置的一面经过精密加工，平面度要求达到微米级，用于安装高精度倾角测量传感器，另一面镀有专用反光涂层，可与测距仪配合完成测距功能。
工作过程：
1.根据试验要求，选定振动台位移范围；
2.根据振动台位移范围，选定斜置位移转换器与振动台台面之间的角度；
3.振动台不工作。根据倾角测量传感器的监测结果，反复调整斜置位移转换器与振动台台面之间的角度，直到达到设定要求。
4.保持调整斜置位移转换器与振动台台面之间的角度固定。完成振动台位移测量准备。
5.振动台上电工作。开始测量过程。通过测量斜置位移转换器的运动位移，并进行三角运算，可以得到振动台位移。位移数据通过无线方式进行传输。
三角运算原理：振动台的位移可以通过公式(1)来表示
由于角度θ已知，只需要测量d就可以得到振动台的位移变化。
测量L的方向是沿着振动台振动方向。经过斜置位移转换器5的转换后，可通过在与振动方向垂直的方向测量d实现测量L的目的。
实际测量过程中，设置角度θ为小于45度的某一个固定角度，就使得d远小于L。因此可以通过测量远小于实际振动位移的位移量，完成振动台位移的测量。
测距仪2，可以是使用激光干涉测量方式的激光测距仪，也可以是使用电容接近传感器原理实现的接近式微距传感器。根据实际使用需求不同，可以灵活选择。
有益效果
1.本发明的一种用于离心-振动复合装置中振动位移测量的无线装置，基于三角运算原理的斜置位移转换器改变了振动台位移测量方向，缩小了长度测量范围，节约了测量装置安装空间，可提高振动台位移测量精度10倍以上。
2.本发明的一种用于离心-振动复合装置中振动位移测量的无线装置，通过无线传输方式传输振动台位移测量信号，避免了原有导电滑环传输方式引起的低信噪比问题，提高了振动台位移测量信号质量。
附图说明
图1为离心-振动复合装置示意图；
图2为本发明的结构图；
图3为改进装置后的测量方式。
其中，1—倾角测量传感器、2—测距仪、3—无线传输器、4—无线接收器、5—斜置位移转换器。
具体实施方式
实施例1
一种用于离心-振动复合装置中振动位移测量的无线装置，如图1、图2所示，包括其中，倾角测量传感器1、测距仪2、无线传输器3、无线接收器4和斜置位移转换器5。
所述斜置位移转换器是与振动台内壁固定连接；斜置位移转换器与振动台的台面形成一个夹角；夹角的角度值通过附着在斜置位移转换器上的倾角测量传感器1进行测量；倾角测量传感器1与测距仪2采集的数据通过无线传输器3传输给无线接收器4，无线接收器4再转发给计算机，由计算机进行处理。
该装置置于离心-振动复合装置的振动台内部；
斜置位移转换器与振动台台面的角度可以根据需要进行调节。
所述倾角测量传感器1为高精度线加速度计。主要完成两个功能。功能1：振动台工作前，测量斜置位移转换器与振动台台面的角度是否与预设角度一致。功能2：振动台工作中，实时监测测量斜置位移转换器与振动台台面的角度的变化量，用于补偿离心-振动复合装置因振动台非理想运动输出的加速度误差。
所述斜置位移转换器5是一种特殊的金属斜面装置。该装置的一面经过精密加工，平面度要求达到微米级，用于安装高精度倾角测量传感器1，另一面镀有专用反光涂层，可与测距仪2配合完成测距功能。
如图3所示，工作过程如下：
1.根据试验要求，选定振动台位移为L＝0.01m；
2.根据振动台位移范围，选定斜置位移转换器5与振动台台面之间的角度为θ＝1°；
3.在振动台不工作情况下，利用倾角测量传感器1的实时监测并调整选定斜置位移转换器5与振动台台面之间的角度，直到达到设定要求1°，误差不超过正负0.01°。
4.保持调整斜置位移转换器5与振动台台面之间的角度固定为1°。完成振动台位移测量准备。
5.振动台上电工作。开始测量过程。通过公式(1)三角运算可知，测距仪2需要测量的运动位移是：
所以，所需测量位移缩小了100倍，可用微小位移测量专用的测距仪2来实现，位移测量精度能够达到10-6m
6.位移数据通过无线方式进行传输。
使用斜置位移转换器装置之后的测量方式相比传统的振动台位移测量方式，具有以下优点：
1.缩小了位移测量范围100倍，使得所需测量范围满足微小位移传感器要求，从而提高测量精度。
2.通过无线传输方式传输振动台位移测量信号，避免了原有导电滑环传输方式引起的低信噪比问题，提高了振动台位移测量信号质量，从信号处理角度而言，也提高了测量精度。
以上仅是本发明的一些具体实例，上述具体结构不能理解为是对本发明的限制。事实上，本发明的具体实施例有很多种，凡是在本发明构思内对其做出的非实质性修改都落入本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种用于离心-振动复合装置中振动位移测量的无线装置，其特征在于：包括倾角测量传感器(1)、测距仪(2)、无线传输器(3)、无线接收器(4)和斜置位移转换器(5)；
所述斜置位移转换器(5)是与振动台内壁固定连接；斜置位移转换器(5)与振动台的台面形成一个夹角；夹角的角度值通过附着在斜置位移转换器(5)上的倾角测量传感器(1)进行测量；倾角测量传感器(1)与测距仪(2)采集的数据通过无线传输器(3)传输给无线接收器(4)，无线接收器(4)再转发给计算机，由计算机进行处理；
该装置置于离心-振动复合装置的振动台内部；
所述斜置位移转换器(5)与振动台台面的角度可以根据需要进行调节；
所述倾角测量传感器(1)为高精度线加速度计；主要完成两个功能；功能一：振动台工作前，测量斜置位移转换器(5)与振动台台面的角度是否与预设角度一致；功能二：振动台工作中，实时监测测量斜置位移转换器(5)与振动台台面的角度的变化量，用于补偿离心-振动复合装置因振动台非理想运动输出的加速度误差；
所述斜置位移转换器(5)的一面经过精密加工，平面度要求达到微米级，用于安装高精度倾角测量传感器(1)，另一面镀有专用反光涂层，可与测距仪(2)配合完成测距功能。
2.如权利要求1所述的一种用于离心-振动复合装置中振动位移测量的无线装置，其特征在于：所述测距仪2是使用激光干涉测量方式的激光测距仪。
3.如权利要求1所述的一种用于离心-振动复合装置中振动位移测量的无线装置，其特征在于：所述测距仪2是使用电容接近传感器原理实现的接近式微距传感器。
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