CN105758510A - 异步电动振动试验系统现场校准装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种异步电动振动试验系统现场校准装置，本发明通过研制工装夹具实现了试验系统的非接触测量，采用的差分式多普勒激光测振系统实现了振动速度和位移的直接测量，并且由于是非接触测量，台面的振动不会对校准装置的输出信号产生影响，提高了试验系统振动速度和位移的测量准确度，将激光入射方向调整到所需的测量方向即可获得该方向的振动幅值，不受台面在振动过程中倾斜的影响，即本发明可获得确定方向的振动幅值，设计的工装夹具可以进行激光探头测量位置的粗调和微调，从而可以使激光能够精确地入射到所需测量的位置，从而实现异步电动振动试验系统的量值准确溯源。

Description

异步电动振动试验系统现场校准装置

技术领域

本发明涉及力学环境试验设备校准领域，具体涉及一种异步电动振动试验系统现场校准装置。

背景技术

异步电动振动试验系统为双振动台及双控制系统，并且具有特制的液压铰链形式角度补偿装置和直线导轨形式的位移补偿装置，保证仿真试验系统公共台面横向中心线实现旋转振动，并限制另外一个方向发生旋转振动；通过公共台面和各振动台台面安装螺孔的精确定位，保证公共台面的横向中心线与两振动台台面的中心连线重合，使得仿真试验系统能够模拟导弹产生的弯曲振动，即正弦振动与旋转振动耦合的试验条件。在进行试验时，导弹自动驾驶仪安装于台面的中心处，通过对两振动台进行同频差相位控制，可实现振动台面横向的旋转振动（俯仰振动）。当对两振动台进行同频差相位和振动位移不同控制时，实现试验系统台面的正弦振动（浮沉振动）和旋转振动（俯仰振动）耦合振动环境。异步电动振动试验系统是双振动台结构，其控制方式和台面的振动形式均不同于常规普通单台振动试验系统。

目前，国家尚没有针对双振动台结构振动试验系统的校准规范，对异步电动振动试验系统校准当前只能参照《JJG948-1999数字式振动试验系统检定规程》进行校准，校准方法为将加速度传感器安装在试验系统的台面上，当试验系统进行振动时，加速度传感器随台面一起振动，由数据采集系统采集加速度传感器输出的电压信号通过分析得到振动试验系统台面的振动加速度幅值，通过积分运算得到试验系统台面的振动速度和位移。

采用加速度计进行校准时，需将加速度传感器安装于被测台面上，当台面振动时由加速度传感器测量振动台面的振动幅值，在测量过程中加速度传感器是随着振动台面一起振动的。当试验系统进行正弦振动和旋转振动耦合振动时，台面即做正弦振动也做旋转振动，台面会出现倾斜状态，此时加速度传感器的敏感轴方向将随着振动台面的倾斜而发生变化。因此，采用现有的加速度传感器校准方法存在以下缺点：

1）台面进行耦合条件下振动时，试验系统台面会出现倾斜，加速度传感器也会随之倾斜，因此加速度传感器测得的加速度幅值方向是变化的，无法准确得到确定方向的加速度幅值；

2）加速度传感器进行测量时，需通过低噪声电缆将传感器输出的信号传输给信号采集系统，当台面倾斜振动时，易造成电缆的剧烈晃动，从而影响加速度传感器的测量准确度；

3）加速度传感器可以直接测量试验系统的加速度幅值，无法直接得到振动速度和位移，当进行积分得到振动速度和位移，因此会引入积分误差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种异步电动振动试验系统现场校准装置，能够提高试验系统台面振动幅值的测量准确度，采用非接触振动测量方法实现异步电动振动试验系统的校准。

为解决上述问题，本发明提供一种异步电动振动试验系统现场校准装置，包括：

差分式多普勒激光测振系统，用于进行振动幅值测量；

具有水平位移微调功能、水平位移测量功能、减振功能和锁紧功能的工装夹具，用于对差分式多普勒激光测振系统的激光探头进行安装、调整、减振和定位，及进行异步电动振动试验系统100的正弦振动和旋转振动的测量。

进一步的，在上述异步电动振动试验系统现场校准装置中，所述差分式多普勒激光测振系统，用于输出两路激光，由两路激光测量两点之间的相对振动位移、速度和加速度。

进一步的，在上述异步电动振动试验系统现场校准装置中，所述工装夹具包括激光探头工装夹具和定位板，其中，所述激光探头工装夹具包括支架、导轨、滑块、位移微调机构、激光探头固定夹具、位移传感器、减振垫，所述定位板，用于确定差分式多普勒激光测振系统基准激光探头和测量激光探头之间距离。

进一步的，在上述异步电动振动试验系统现场校准装置中，所述支架和导轨通过减振垫进行刚性连接，导轨采用定制导轨，装配有可以移动的滑块，滑块用于激光探头移动位移粗调，在滑块上安装位移微调机构，激光探头固定夹具安装在所述位移微调机构上，用于激光探头固定夹具移动位移的微调，在导轨的另外一侧安装有位移传感器，用于实现水平位移测量功能，进行激光探头的移动位移测量，激光探头固定夹具是万向节，用于激光探头任意方向的调节，在激光探头工装夹具的各主要连接处设计有减振垫，激光探头工装夹具的各活动部分都设计有锁紧机构。

进一步的，在上述异步电动振动试验系统现场校准装置中，所述定制导轨采用燕尾槽形式。

进一步的，在上述异步电动振动试验系统现场校准装置中，所述定位板上具有定位孔，定位孔之间的间距离通过测量得到。

进一步的，在上述异步电动振动试验系统现场校准装置中，所述定位板的上下两个平面平行，在定位板中心线上加工有若干激光源定位孔，所述定位孔采用锥形孔，以一个定位孔为基准孔，采用坐标测量机测量准确获取各个定位孔与基准孔之间的距离，所述定位板上刻有十字中心线。

进一步的，在上述异步电动振动试验系统现场校准装置中，所述差分式多普勒激光测振系统由控制器、速度解码器、差分光纤激光干涉仪和位移输出模块组成。

与现有技术相比，本发明通过研制工装夹具实现了试验系统的非接触测量，采用的差分式多普勒激光测振系统实现了振动速度和位移的直接测量，并且由于是非接触测量，台面的振动不会对校准装置的输出信号产生影响，提高了试验系统振动速度和位移的测量准确度，将激光入射方向调整到所需的测量方向即可获得该方向的振动幅值，不受台面在振动过程中倾斜的影响，即本发明可获得确定方向的振动幅值，设计的工装夹具可以进行激光探头测量位置的粗调和微调，从而可以使激光能够精确地入射到所需测量的位置，从而实现异步电动振动试验系统的量值准确溯源。

本发明以多普勒激光测振原理为基础，采用非接触测量方法实现异步电动振动试验系统振动速度和振动位移直接测量，并实现确定方向的振动幅值的测量，解决了采用加速度传感器测量时无法测量确定方向的振动幅值以及无法实现振动速度和位移直接测量的问题，同时因为采用非接触测量方式避免了台面振动时因电缆剧烈晃动而引入的测量不确定度，因而提高了台面振动幅值的测量准确度。

附图说明

图1是本发明一实施例的异步电动振动试验系统现场校准装置的硬件设备组成框图；

图2是本发明一实施例的异步电动振动试验系统现场校准装置的专用定位板示意图；

图3是本发明一实施例的异步电动振动试验系统现场校准装置的激光探头工装夹具连接原理框图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

如图1至3所示，本发明提供一种异步电动振动试验系统100现场校准装置，包括：

差分式多普勒激光测振系统，用于进行振动幅值测量，优选的，所述差分式多普勒激光测振系统，用于输出两路激光，由两路激光测量两点之间的相对振动位移、速度和加速度，在此，采用激光多普勒原理，激光多普勒测振是通过测量激光光波与被测物体间光程变化引起的频移得到被测物体的振动速度和位移，光程变化是由被测物体相对激光光源产生位移变化引起的，并且激光多普勒测量的位移是激光照射方向的位移，因此激光测振系统是非接触式的振动测量，台面的振动不会影响测振系统的测量准确度；并且差分式多普勒激光测振系统测量的振动幅值为激光照射方向的振动幅值，解决了采用加速度传感器进行测量时无法准确得到确定方向的加速度幅值的问题；差分式多普勒激光测振系统可以直接得到振动的速度和位移，提高了振动速度和位移的测量准确度；

具有水平位移微调功能、水平位移测量功能、减振功能和锁紧功能的工装夹具，用于对差分式多普勒激光测振系统的激光探头200进行安装、调整、减振和定位，及进行异步电动振动试验系统100的正弦振动和旋转振动的测量。

优选的，所述工装夹具包括激光探头工装夹具和定位板，如图3所示，激光探头工装夹具包括支架、导轨、滑块、位移微调机构、激光探头固定夹具、位移传感器、减振垫，其中，所述支架和导轨通过减振垫进行刚性连接，导轨采用定制导轨，装配有可以移动的滑块，滑块实现激光探头移动位移粗调，在滑块上安装位移微调机构，激光探头固定夹具安装在所述位移微调机构上，用于激光探头固定夹具移动位移的微调，在导轨的另外一侧安装有位移传感器，用于实现水平位移测量功能，进行激光探头的移动位移测量，激光探头固定夹具是万向节，用于激光探头任意方向的调节，在激光探头工装夹具的各主要连接处设计有减振垫，实现减振功能，激光探头工装夹具的各活动部分都设计有锁紧机构，保证工装夹具在测量过程中不会发生位置移动，所述定位板，用于确定差分式多普勒激光测振系统基准激光探头和测量激光探头之间距离，如图2所示，所述定位板上具有定位孔，定位孔之间的间距离通过测量得到。具体的，在进行激光探头工装夹具设计时，应根据异步电动振动试验系统的具体尺寸和放置的实验室环境进行设计。并且选用的激光探头固定夹具应具有360°万向调节和锁紧功能，以实现激光入射方向的精确调整，本发明可选用POLYTEC公司配套用的VIB-A-T39带磁性表座支架。如图3所示，本发明研制的激光探头工装夹具主要由支架1、导轨2、滑块3、位移微调机构4、激光探头固定夹具5、位移传感器6和减振垫7组成。支架1和导轨2通过减振垫进行刚性连接，导轨2采用燕尾槽形式，装配有可以移动的滑块，滑块3实现激光探头200移动位移粗调，在滑块3上安装位移微调机构4，激光探头固定夹具安装在位移微调机构上，实现激光探头固定夹具5移动位移的微调；在导轨2的另外一侧安装有位移传感器6，用于实现水平位移测量功能，进行激光探头的移动位移测量；在激光探头工装夹具的各主要连接处设计有减振垫7，实现减振功能；激光探头工装夹具的各活动部分都设计有锁紧机构，保证工装夹具在测量过程中不会发生位置移动。

优选的，所述差分式多普勒激光测振系统由控制器、速度解码器、差分光纤激光干涉仪、位移输出模块组成。差分式多普勒激光测振系统可选用货架产品，本发明可选用POLYTEC公司的OFV-552/5000差分光纤激光振动测量系统。

优选的，所述定位板通过精密加工保证上下两个平面平行，在定位板中心线上加工有若干激光源定位孔，所述定位孔采用锥形孔以提高激光源的定位准确度，以一个定位孔为基准孔，采用坐标测量机测量准确获取各个定位孔与基准孔之间的距离，所述定位板上刻有十字中心线，进行定位时，先将专用定位板放置于振动台面时，使得专用定位板的横向中心线与台面的横向中心轴线重合，以控制专用定位板在仿真试验系统台面上的放置位置，对旋转振动中心定位完成后，将定位板放置于振动台面上，所述基准孔对准台面旋转振动中心点，并使差分式多普勒激光测振系统的基准激光源入射到基准孔内，然后将测量激光源入射到任何一个测量孔中，即完成差分式多普勒激光测振系统两个激光探头之间距离的定位；完成激光源定位后，将专用定位板取下。

采用上述异步电动振动试验系统现场校准装置对异步电动振动试验系统在耦合振动条件下进行校准的具体实施过程如下：

（1）首先将差分式多普勒激光测振系统的激光探头安装在工装夹具上，滑动滑块将激光探头移到台面几何中心附近，然后将滑块锁紧；

（2）将所述定位板放置于振动台面时，使得所述定位板的横向中心线与台面的横向中心轴线重合，基准孔对准台面旋转振动中心点，并使差分式多普勒激光测振系统的基准激光源入射到基准孔内，然后将测量激光源入射到任何一个测量孔中，即完成差分式多普勒激光测振系统两个激光探头之间距离的定位；

（3）调整位移微调机构，使得激光探头能够准确的对准台面的几何中心，采用激光探头固定夹具调整激光探头入射角度，使激光能够垂直入射到系统的台面上；

（4）调整好激光探头的位置和入射角度后，将位移微调机构和激光探头固定夹具进行锁紧，完成激光探头的安装和定位；将位移传感器对准激光探头，并设置零位；

（5）通过以上步骤完成差分式多普勒激光测振系统激光探头的安装、调整和定位后，测量仿真试验系统台面几何中心的振动幅值。重复以上步骤，测量台面几何中心附近各点的振动幅值。通过测量找到与试验条件最接近的点，即完成了台面旋转振动中心的定位，通过测量可得到旋转振动中心的正弦振动幅值和该点距台面几何中心的位移。

综上所述，本发明通过研制工装夹具实现了试验系统的非接触测量，采用的差分式多普勒激光测振系统实现了振动速度和位移的直接测量，并且由于是非接触测量，台面的振动不会对校准装置的输出信号产生影响，提高了试验系统振动速度和位移的测量准确度，将激光入射方向调整到所需的测量方向即可获得该方向的振动幅值，不受台面在振动过程中倾斜的影响，即本发明可获得确定方向的振动幅值，设计的工装夹具可以进行激光探头测量位置的粗调和微调，从而可以使激光能够精确地入射到所需测量的位置，从而实现异步电动振动试验系统的量值准确溯源。

本发明以多普勒激光测振原理为基础，采用非接触测量方法实现异步电动振动试验系统振动速度和振动位移直接测量，并实现确定方向的振动幅值的测量，解决了采用加速度传感器测量时无法测量确定方向的振动幅值以及无法实现振动速度和位移直接测量的问题，同时因为采用非接触测量方式避免了台面振动时因电缆剧烈晃动而引入的测量不确定度，因而提高了台面振动幅值的测量准确度。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

显然，本领域的技术人员可以对发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种异步电动振动试验系统现场校准装置，其特征在于，包括：

差分式多普勒激光测振系统，用于进行振动幅值测量；

具有水平位移微调功能、水平位移测量功能、减振功能和锁紧功能的工装夹具，用于对差分式多普勒激光测振系统的激光探头进行安装、调整、减振和定位，及进行异步电动振动试验系统100的正弦振动和旋转振动的测量。

2.如权利要求1所述的异步电动振动试验系统现场校准装置，其特征在于，所述差分式多普勒激光测振系统，用于输出两路激光，由两路激光测量两点之间的相对振动位移、速度和加速度。

3.如权利要求2所述的异步电动振动试验系统现场校准装置，其特征在于，所述工装夹具包括激光探头工装夹具和定位板，其中，所述激光探头工装夹具包括支架、导轨、滑块、位移微调机构、激光探头固定夹具、位移传感器、减振垫，所述定位板，用于确定差分式多普勒激光测振系统基准激光探头和测量激光探头之间距离。

4.如权利要求3所述的异步电动振动试验系统现场校准装置，其特征在于，所述支架和导轨通过减振垫进行刚性连接，导轨采用定制导轨，装配有可以移动的滑块，滑块用于激光探头移动位移粗调，在滑块上安装位移微调机构，激光探头固定夹具安装在所述位移微调机构上，用于激光探头固定夹具移动位移的微调，在导轨的另外一侧安装有位移传感器，用于实现水平位移测量功能，进行激光探头的移动位移测量，激光探头固定夹具是万向节，用于激光探头任意方向的调节，在激光探头工装夹具的各主要连接处设计有减振垫，激光探头工装夹具的各活动部分都设计有锁紧机构。

5.如权利要求4所述的异步电动振动试验系统现场校准装置，其特征在于，所述定制导轨采用燕尾槽形式。

6.如权利要求4所述的异步电动振动试验系统现场校准装置，其特征在于，所述定位板上具有定位孔，定位孔之间的间距离通过测量得到。

7.如权利要求6所述的异步电动振动试验系统现场校准装置，其特征在于，所述定位板的上下两个平面平行，在定位板中心线上加工有若干激光源定位孔，所述定位孔采用锥形孔，以一个定位孔为基准孔，采用坐标测量机测量准确获取各个定位孔与基准孔之间的距离，所述定位板上刻有十字中心线。

8.如权利要求1至7任一项所述的异步电动振动试验系统现场校准装置，其特征在于，所述差分式多普勒激光测振系统由控制器、速度解码器、差分光纤激光干涉仪和位移输出模块组成。