CN106052956B - 一种力锤灵敏度自动校准装置及其校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明为一种力锤灵敏度自动校准装置及其校准方法，其特征在于：所述的自动校准方法采用自动校准装置，步骤为：调节底座的高度，使电控气动旋转平台夹持的待测力锤与底座上的标准力传感器处于临界接触点，电控气动旋转平台旋转带动待测力锤敲击标准力传感器，数据采集卡将标准力传感器测得的标准信号U1和待测力锤内置的待测力传感器测得的测量信号U2传输至数据处理器，分别提取U2和U1的最大值M2和M1，重复若干次后，以M1为X轴，M2为Y轴绘制曲线，线性拟合n次测试获得的M1和M2，得到M2=k*M1+b，通过计算得到待测力锤的灵敏度是标准力传感器灵敏度的k倍。
Description
技术领域
本发明涉及一种力锤灵敏度测量装置，特别是公开一种力锤灵敏度自动校准装置及其校准方法，适用于计量检测行业对力锤灵敏度实施自动校准。
背景技术
力锤在汽车、飞机、核能、电子机械、机床、造船、土建等工程领域中，广泛应用于固有频率、阻尼和振型的动态响应参数分析。在这些行业中，为了设计出品质优良的各种结构，评估和掌握结构的谐振状态，探测缺陷检查质量节约材料减轻重量改善性能，必须测量结构和系统的动态特性以求得其频率、阻尼、质量、刚度和振型等这些反应结构和系统最本质的特性参数。因此采用力锤，通过敲击产生脉冲激振的测量方法，已成为解决振动工程问题的重要工具。与稳态法相比力锤激振法有显著的优点：测量速度快、设备少、造价低、简单易行。而力锤自身的参数确定，对于后续力锤的应用至关重要，特别是力锤的灵敏度会直接影响后续的测量结果。进行力锤灵敏度校准时，对敲击力需求较高,需要保证敲击点位置的重复性和敲击方向正，同时要求敲击力大小适当。而目前市场上对力锤灵敏度的检测普遍采用人工敲击方式，由测试人员手动记录测试结果。人工敲击很难满足校准要求，而且不仅检测效率低下，还极容易产生人为误差。
发明内容
本发明的目的是为了解决上述现有技术存在的问题，设计一种力锤灵敏度自动校准装置及其校准方法，实现校准过程自动化，并满足力锤灵敏度检测要求。
本发明是这样实现的：一种力锤灵敏度自动校准装置及其校准方法，其特征在于：所述的自动校准方法采用的校准装置包括底座、标准力传感器、待测力锤、电控气动旋转平台、气源、数据采集卡和数据处理器；具体实施步骤如下：
（1）在底座上固定标准力传感器，在电控气动旋转平台上夹持待测力锤；
（2）调节底座的高度，使夹持在电控气动旋转平台上的待测力锤锤头正下方为标准力传感器，并处于临界接触点；
（3）通过数据处理器将测试所需的设定数据传送数据采集卡，数据采集卡将收到的设定数据的数字信号转换成模拟信号后控制电控气动旋转平台旋转，使待测力锤与标准力传感器接触并产生相互作用力；
（4）标准力传感器测得的标准信号U1和待测力锤内置的待测力传感器测得的测量信号U2通过数据采集卡进行采集，并传输至数据处理器；
（5）数据处理器分别提取测量信号U2和标准信号U1的最大值M2和M1，完成一次测试，标准信号U1的最大值M1反应了测量信号U2的最大值M2；
（6）调节设定数据，通过数据处理器将设定数据的数字信号传送至数据采集卡并转换成模拟信号再控制电控气动旋转平台旋转，使每次测试时力锤对于标准力传感器产生不同的敲击力，标准信号U1的最大值M1和测量信号U2的最大值M2相应发生变化；重复步骤（4）和（5）若干次，记次数为n，记录n个最大值M1和M2，以标准信号U1的最大值M1为X轴，测量信号U2的最大值M2为Y轴绘制曲线；
（7）线性拟合n次测试获得的标准信号U1的最大值M1和测量信号U2的最大值M2，得到 M2=k*M1+b，通过公式计算得到了待测力锤的灵敏度是标准力传感器的灵敏度的k倍。
所述力锤灵敏度自动校准方法使用的校准装置，包括底座、标准力传感器、待测力锤、电控气动旋转平台、气源、数据采集卡和数据处理器；所述的底座上平面的一侧固定有标准力传感器，所述的气源用于电控气动旋转平台的气动控制，所述的电控气动旋转平台夹持待测力锤，所述的数据处理器连接数据采集卡，所述的数据采集卡还分别与电控气动旋转平台、待测力锤和标准力传感器连接，所述的待测力锤随着电控气动旋转平台旋转，当待测力锤的锤头正下方为标准力传感器并处于临界接触点时，待测力锤与标准力传感器接触并产生相互作用力，通过标准力传感器测得的标准信号、通过待测力锤内置的待测力传感器测得测量信号，所述的标准信号和测量信号输出至数据采集卡后再输出给数据处理器。所述的待测力锤的锤头与标准力传感器处于临界接触点时，待测力锤内置的待测力传感器的轴线方向和标准力传感器的轴线方向一致。
本发明的有益效果是：本发明装置解决了传统力锤校准中由于采用人工敲击方式，并手动记录测量结果造成的效率低下、人为误差等问题，实现了力锤灵敏度校准过程的自动化。通过本发明方法，力锤灵敏度校准结果准确，精度高，为后续力锤的使用保障了测量精度要求。
附图说明
图1是本发明力锤灵敏度自动校准装置的结构简图。
图2是本发明校准过程中一次测试获得的标准传感器输出的标准信号U1曲线图。
图3是本发明校准过程中一次测试获得的待测力锤内置的待测力传感器输出的测量信号U2曲线图。
图4是本发明校准过程中多次测试获得的标准信号最大值与测量信号最大值线性拟合曲线图。
图中：1、底座； 2、标准力传感器； 3、待测力锤； 4、电控气动旋转平台； 5、气源；6、数据采集卡； 7、数据处理器。
具体实施方式
根据附图1，本发明力锤自动校准装置的构成包括底座1、标准力传感器2、待测力锤3、电控气动旋转平台4、气源5、数据采集卡6、数据处理器7。底座1上平面的一侧固定标准力传感器2，电控气动旋转平台4夹持待测力锤3。数据处理器7通过数据采集卡6将设定数据输给电控气动旋转平台4，使电控气动旋转平台4匀速旋转，待测力锤3随着电控气动旋转平台4旋转，当待测力锤3的锤头正下方为标准力传感器2并处于临界接触点时，待测力锤3内置的待测力传感器的轴线方向和标准力传感器2的轴线方向一致，待测力锤3与标准力传感器2接触并产生相互作用力，标准力传感器2测得的标准信号和待测力锤内置的待测力传感器测得的测量信号输出至数据采集卡6，数据采集卡6将数据输出给数据处理器7进行数据处理。
根据附图1～附图4，本发明校准方法的具体实施步骤如下：
1、在底座1上固定标准力传感器2，在电控气动旋转平台4上夹持待测力锤3。
2、调节固定了标准力传感器2的底座1的高度，使夹持在电控气动旋转平台4上的待测力锤3的锤头正下方为标准力传感器2，并处于临界接触点。
3、通过数据处理器7将测试所需的设定数据传送数据采集卡6，数据采集卡6将收到的设定数据的数字信号转换成模拟信号后控制电控气动旋转平台4旋转，使待测力锤3与标准力传感器2接触并产生相互作用力。
4、标准力传感器2测得的标准信号U1和待测力锤3内置的待测力传感器测得的测量信号U2通过数据采集卡6进行采集，并传输至数据处理器7。
5、数据处理器7分别提取测量信号U2和标准信号U1的最大值M2和M1，完成一次测试，标准信号U1的最大值M1就反应了测量信号U2的最大值M2。
6、调节设定数据，通过数据处理器7将设定数据的数字信号传送至数据采集卡6并转换成模拟信号再控制电控气动旋转平台4旋转，使每次测试时力锤3对于标准力传感器2产生不同的敲击力，标准信号U1的最大值M1和测量信号U2的最大值M2相应发生变化；重复步骤4和5若干次（记次数为n），记录n个最大值M1和M2，以标准信号U1的最大值M1为X轴，测量信号U2的最大值M2为Y轴绘制曲线。
7、线性拟合n次测试获得的标准信号U1的最大值M1和测量信号U2的最大值M2，得到 M2=k*M1+b，通过公式计算得到了待测力锤的灵敏度为标准力传感器的灵敏度的k倍。
Claims (3)
1.一种力锤灵敏度自动校准方法，其特征在于：所述的自动校准方法采用的校准装置包括底座、标准力传感器、待测力锤、电控气动旋转平台、气源、数据采集卡和数据处理器；具体实施步骤如下：
（1）在底座上固定标准力传感器，在电控气动旋转平台上夹持待测力锤；
（2）调节底座的高度，使夹持在电控气动旋转平台上的待测力锤锤头正下方为标准力传感器，并处于临界接触点；
（3）通过数据处理器将测试所需的设定数据传送数据采集卡，数据采集卡将收到的设定数据的数字信号转换成模拟信号后控制电控气动旋转平台旋转，使待测力锤与标准力传感器接触并产生相互作用力；
（4）标准力传感器测得的标准信号U1和待测力锤内置的待测力传感器测得的测量信号U2通过数据采集卡进行采集，并传输至数据处理器；
（5）数据处理器分别提取测量信号U2和标准信号U1的最大值M2和M1，完成一次测试，标准信号U1的最大值M1反应了测量信号U2的最大值M2；
（6）调节设定数据，通过数据处理器将设定数据的数字信号传送至数据采集卡并转换成模拟信号再控制电控气动旋转平台旋转，使每次测试时力锤对于标准力传感器产生不同的敲击力，标准信号U1的最大值M1和测量信号U2的最大值M2相应发生变化；重复步骤（4）和（5）若干次，记次数为n，记录n个最大值M1和M2，以标准信号U1的最大值M1为X轴，测量信号U2的最大值M2为Y轴绘制曲线；
（7）线性拟合n次测试获得的标准信号U1的最大值M1和测量信号U2的最大值M2，得到M2=k*M1+b，通过公式计算得到了待测力锤的灵敏度是标准力传感器的灵敏度的k倍。
2.一种权利要求1所述力锤灵敏度自动校准方法使用的校准装置，其特征在于：所述的校准装置包括底座、标准力传感器、待测力锤、电控气动旋转平台、气源、数据采集卡和数据处理器；所述的底座上平面的一侧固定有标准力传感器，所述的气源用于电控气动旋转平台的气动控制，所述的电控气动旋转平台夹持待测力锤，所述的数据处理器连接数据采集卡，所述的数据采集卡还分别与电控气动旋转平台、待测力锤和标准力传感器连接，所述的待测力锤随着电控气动旋转平台旋转，当待测力锤的锤头正下方为标准力传感器并处于临界接触点时，待测力锤与标准力传感器接触并产生相互作用力，通过标准力传感器测得的标准信号、通过待测力锤内置的待测力传感器测得测量信号，所述的标准信号和测量信号输出至数据采集卡后再输出给数据处理器。
3.根据权利要求2所述力锤灵敏度自动校准方法使用的校准装置，其特征在于：所述的待测力锤的锤头与标准力传感器处于临界接触点时，待测力锤内置的待测力传感器的轴线方向和标准力传感器的轴线方向一致。
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