CN106500942A - 一种竖立状态结构简易模态试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及导弹与运载火箭动特性测量技术领域，尤其涉及一种竖立状态结构简易模态试验系统，包括测量装置、脉冲激振装置和临时测量室，测量装置包括电容加速度传感器、传感器基座和传感器线缆，电容加速度传感器安装于传感器基座上，传感器基座与试验件的表面连接，电容加速度传感器与传感器基座上均包覆防水保护膜，传感器线缆一端与电容加速度传感器连接，且连接处包覆所述防水保护膜并通过热缩管密封，传感器线缆另一端设有信号线接头和电源线接头，信号线接头与临时测量室的测量系统连接，电源线接头与临时测量室的供电装置连接，脉冲激振装置沿试验件的主振方向设置。本发明环境适应性强，适用于在环境温度和湿度变化范围大的场地运作。

Description

一种竖立状态结构简易模态试验系统

技术领域

本发明涉及导弹与运载火箭动特性测量技术领域，尤其涉及一种竖立状态结构简易模态试验系统。

背景技术

目前结构动特性试验是产品研制过程中一项常规且重要的环节，试验的一般目的是考核产品真实状态下结构的动特性参数，对于待发射的运载航天器、导弹武器来说，获取技术区测试状态的产品频率、振型和阻尼参数，供产品总检查控制系统地面网络设计参考，发射区状态的产品频率、振型和阻尼参数，供校核竖立载荷计算，起飞初始Q值计算，以及地面瞄准设计使用。

随着国内相关试验技术的发展，现有技术已经达到了国外相关试验技术先进水平。对于竖立状态结构，特别是对于运载器、导弹武器类大型梁模型结构件，技术经验也在逐渐丰富。

由于产品特性的不同，竖立状态结构动特性差异较大，会根据结构特性进行针对性的设计，满足任务需求。

如果应用常规的产品自由边界试验方案对某型号在发射场技术阵地和发射阵地进行竖立状态结构简易模态试验，存在如下问题：

(1)某型号竖立状态频率较低，特别是竖立加注状态，频率为0.27Hz，传统的压电加速度传感器不能满足测量要求；

(2)试验状态时间跨度长，试验环境湿度大，温度变化范围大，现有的测量系统安装形式不能满足环境适应性要求；

(3)状态试验周期短，不足6个小时，现有的试验系统组成形式复杂，操作工序多，不能满足试验短周期的要求；

(4)竖立加注状态，产品加注真实燃料，现有的测量系统安全性不能满足现场安全管理规定；

(5)试验场地平台楼层展开和合拢频繁，一定程度限制了传感器的正常安装；

(6)试验期间伴随有大量其他工作，测量系统不合理布置将会增加大量拆装工作，降低了系统可靠性；

(7)要求采用脉冲激振法获取横向模态的两个主方向的动特性参数。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是解决因竖立状态结构动特性试验状态时间跨度长，试验环境，湿度大，温度变化范围大，复杂多变，现有的测量系统安装形式不能满足环境适应性要求的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种竖立状态结构简易模态试验系统，包括测量装置、脉冲激振装置和临时测量室，所述测量装置包括电容加速度传感器、传感器基座和传感器线缆，所述电容加速度传感器安装于所述传感器基座上，所述传感器基座与试验件的表面连接，所述电容加速度传感器与所述传感器基座上均包覆防水保护膜，所述传感器线缆一端与所述电容加速度传感器连接，且连接处包覆所述防水保护膜并通过所述热缩管密封，所述传感器线缆另一端设有信号线接头和电源线接头，所述信号线接头与所述临时测量室的测量系统连接，所述电源线接头与所述临时测量室的供电装置连接，所述脉冲激振装置沿所述试验件的主振方向设置。

其中，所述电源线接头安装电源转接线，且安装处包覆绝缘层和所述防水保护膜，所述电源转接线的正负极均与总电源线连接，所述总电源线与所述临时测量室的供电装置连接。

其中，所述信号接线头安装信号转接延长线，且安装处包覆所述防水保护膜，所述信号转接延长线与所述临时测量室的测量系统连接。

其中，所述传感器线缆、所述信号线接头、所述信号转接延长线、所述电源线接头和所述总电源线均固定在所述试验件表面。

其中，还包括工作平台，所述工作平台配合所述试验件竖直设置，所述脉冲激振装置通过吊带悬挂于所述工作平台上，所述脉冲激振装置的轴线垂直于所述试验件的对称面。

其中，所述临时测量室内还设有可燃气体浓度监测仪和助燃气体浓度监测仪。

其中，所述临时测量室的供电装置为直流稳压电源。

其中，还包括数据分析装置，用于将所述测量装置检测获得的数据进行分析。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明竖立状态结构简易模态试验系统采用电容加速度传感器，满足竖立加注状态频率较低的试验要求，其工作温度由-20℃到80℃，为防止低温环境影响电容加速度传感器的正常使用，电容加速度传感器与传感器安装基座连接，传感器安装基座粘贴在试件表面，达到隔温绝缘的作用。状态测量时，安装脉冲激振装置，在试验件主振方向的位置上定向脉冲激振，获取横向模态的两个主方向的动特性参数。电容加速度传感器、传感器安装基座以及传感器线缆与电容加速度传感器连接处均包覆至少4层防水保护膜，可防水和信号隔离，且传感器线缆与电容加速度传感器连接处还使用热缩管密封，以此实现对测量装置的密封防护，使本发明的环境适应性强，适用于在环境温度和湿度变化范围大的场地运作，试验场地和试验对象均不限制，即使在不适宜的环境中也能够使试验状态更加符合试验技术要求，达到预期的实验目的，提高了试验的可靠性和安全性。同时，本发明还简化优化整体系统组成，减少了系统建立时间及所需的人力监测点，使其在试验时启动快效率高，也降低了检修的难度。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。

附图说明

图1是本发明实施例竖立状态结构简易模态试验系统的测量装置的结构示意图；

图2是本发明实施例竖立状态结构简易模态试验系统的传感器线缆的结构示意图；

图3是本发明实施例竖立状态结构简易模态试验系统的电源转接线的结构示意图；

图4是本发明实施例竖立状态结构简易模态试验系统的脉冲激振装置在工作平台上设置的结构示意图；

图5是本发明实施例竖立状态结构简易模态试验系统的结构示意图。

图中：1：电容加速度传感器；2：传感器基座；3：传感器线缆；4：脉冲激振装置；5：试验件；6：工作平台；7：热缩管；8：临时测量室；9：吊带；31：信号线接头；32：电源线接头；81：供电装置；82：可燃气体浓度监测仪；83：助燃气体浓度监测仪；310：信号转接延长线；320：电源转接线；321：总电源线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

如图1、图2、图4和图5所示，本发明实施例提供的竖立状态结构简易模态试验系统，包括测量装置、脉冲激振装置4和临时测量室8，测量装置包括电容加速度传感器1、传感器基座2和传感器线缆3，电容加速度传感器1安装于传感器基座2上，传感器基座2与试验件5的表面连接，电容加速度传感器1与传感器基座2上均包覆防水保护膜，传感器线缆3一端与电容加速度传感器1连接，且连接处包覆防水保护膜并通过热缩管7密封，传感器线缆3另一端设有信号线接头31和电源线接头32，信号线接头31与临时测量室8的测量系统连接，电源线接头32与临时测量室8的供电装置81连接，脉冲激振装置4沿试验件5的主振方向设置。

本发明竖立状态结构简易模态试验系统采用电容加速度传感器，满足竖立加注状态频率较低的试验要求，其工作温度由-20℃到80℃，为防止低温环境影响电容加速度传感器的正常使用，电容加速度传感器与传感器安装基座连接，传感器安装基座粘贴在试件表面，达到隔温绝缘的作用。状态测量时，安装脉冲激振装置，在试验件主振方向的位置上定向脉冲激振，获取横向模态的两个主方向的动特性参数。电容加速度传感器、传感器安装基座以及传感器线缆与电容加速度传感器连接处均包覆至少4层防水保护膜，可防水和信号隔离，且传感器线缆与电容加速度传感器连接处还使用热缩管密封，以此实现对测量装置的密封防护，使本发明的环境适应性强，适用于在环境温度和湿度变化范围大的场地运作，试验场地和试验对象均不限制，即使在不适宜的环境中也能够使试验状态更加符合试验技术要求，达到预期的实验目的，提高了试验的可靠性和安全性。同时，本发明还简化优化整体系统组成，减少了系统建立时间及所需的人力监测点，使其在试验时启动快效率高，也降低了检修的难度。

其中，如图3和图5所示，电源线接头32安装电源转接线320，且安装处包覆绝缘层和防水保护膜，电源转接线320的正负极均与总电源线321连接，总电源线321与临时测量室8的供电装置81连接。其中，信号接线头31安装信号转接延长线310，且安装处包覆防水保护膜，信号转接延长线310与临时测量室8的测量系统连接。传感器线缆末端是信号线接头和电源线接头，一般情况下如图2所示，信号线接头采用通用接头，电源线接头采用通用快速插拔接头，但由于本发明中取消了现有的电源箱的使用，连接电源线接头的配套设备不具备安装条件，因此基于电容加速度传感器的供电原理对电源线接头进行了改进，在电源线接头上安装电源转接线，检查正常后，安装处包覆2层绝缘层和4层以上防水保护膜。由于试验件高度远大于电容加速度传感器线缆的长度，所以传感器线缆需安装信号转接延长线，为方便检查，在合适位置，将信号线接头集中与信号转接延长线一端连接，检查正常后，安装处分别包覆4层以上防水保护膜，可防水和信号隔离，在转接处覆盖防水保护膜可方便打开，便于检查。信号线接头集中位置附近，电源线接头集中一组，正负极分别与总电源线连接，检查正常后，包覆2层绝缘层和4层防水保护膜，所有信号转接延长线与临时测量室的试验系统连接，总电源线与临时测量室的供电装置连接，本发明使试验不受试验场地和试验对象的限制，满足试验对象准备过程中，出现试验状态多、状态试验周期短、试验状态时间跨度大的要求，方便操作，有效利用现有资源，降低了试验成本和试验风险。

其中，传感器线缆3、信号线接头31、信号转接延长线310、电源线接头32和总电源线321均固定在试验件5表面。将所有传感器线缆、信号线接头、电源线接头和总电源线固定在试验件表面，防止其晃动。为避免信号转接延长线及总电源线走线位置与工作平台、发射平台和试验件活动范围发生干涉，也基于电容加速度传感器线缆的长度、试验件高度、临时测量室位置及工作平台的位置，确定电容加速度传感器的粘贴位置及传感器线缆的走线方位。

其中，本发明竖立状态结构简易模态试验系统还包括工作平台6，工作平台6配合试验件5竖直设置，脉冲激振装置4通过吊带9悬挂于工作平台6上，脉冲激振装置4的轴线垂直于试验件5的对称面。基于试验件的面对称结构特性，在垂直于试验件对称面的位置调试安装脉冲激振装置，脉冲激振装置利用吊带悬挂于工作平台下面。经过调试脉冲激振装置的峰值可控制在1000N～3000N之间，脉冲时间可达到10ms～20ms，避免了脉冲激振力对结构局部的影响。状态测量时，安装脉冲激振装置，在垂直于试验件对称面的位置定向脉冲激振，试验测量时，通电后5分钟内为测量系统稳定时间，测量系统稳定后施加脉冲激振，每次脉冲激振力施加间隔应超过1分钟。

其中，临时测量室8内还设有可燃气体浓度监测仪82和助燃气体浓度监测仪83。临时测量室内，为防止带电设备在可燃气体和助燃气体环境发生危险，安装可燃气体浓度监测仪和助燃气体浓度监测仪，使系统在存在可燃气体和助燃气体环境的危险环境也可安全运作试验

其中，临时测量室8的供电装置81为直流稳压电源。试验系统打开，直流稳压电源打开输出15V直流电压，通道信号检查，确认所有通道信号正常。

本发明竖立状态结构简易模态试验系统还包括数据分析装置，用于将测量装置检测获得的数据进行分析。

综上所述，本发明竖立状态结构简易模态试验系统采用电容加速度传感器，满足竖立加注状态频率较低的试验要求，其工作温度由-20℃到80℃，为防止低温环境影响电容加速度传感器的正常使用，电容加速度传感器与传感器安装基座连接，传感器安装基座粘贴在试件表面，达到隔温绝缘的作用。状态测量时，安装脉冲激振装置，在试验件主振方向的位置上定向脉冲激振，获取横向模态的两个主方向的动特性参数。电容加速度传感器、传感器安装基座以及传感器线缆与电容加速度传感器连接处均包覆至少4层防水保护膜，可防水和信号隔离，且传感器线缆与电容加速度传感器连接处还使用热缩管密封，以此实现对测量装置的密封防护，使本发明的环境适应性强，适用于在环境温度和湿度变化范围大的场地运作，试验场地和试验对象均不限制，即使在不适宜的环境中也能够使试验状态更加符合试验技术要求，达到预期的实验目的，提高了试验的可靠性和安全性。同时，本发明还简化优化整体系统组成，减少了系统建立时间及所需的人力监测点，使其在试验时启动快效率高，也降低了检修的难度。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种竖立状态结构简易模态试验系统，其特征在于：包括测量装置、脉冲激振装置和临时测量室，所述测量装置包括电容加速度传感器、传感器基座和传感器线缆，所述电容加速度传感器安装于所述传感器基座上，所述传感器基座与试验件的表面连接，所述电容加速度传感器与所述传感器基座上均包覆防水保护膜，所述传感器线缆一端与所述电容加速度传感器连接，且连接处包覆所述防水保护膜并通过所述热缩管密封，所述传感器线缆另一端设有信号线接头和电源线接头，所述信号线接头与所述临时测量室的测量系统连接，所述电源线接头与所述临时测量室的供电装置连接，所述脉冲激振装置沿所述试验件的主振方向设置。

2.根据权利要求1所述的竖立状态结构简易模态试验系统，其特征在于：所述电源线接头安装电源转接线，且安装处包覆绝缘层和所述防水保护膜，所述电源转接线的正负极均与总电源线连接，所述总电源线与所述临时测量室的供电装置连接。

3.根据权利要求2所述的竖立状态结构简易模态试验系统，其特征在于：所述信号接线头安装信号转接延长线，且安装处包覆所述防水保护膜，所述信号转接延长线与所述临时测量室的测量系统连接。

4.根据权利要求3所述的竖立状态结构简易模态试验系统，其特征在于：所述传感器线缆、所述信号线接头、所述信号转接延长线、所述电源线接头和所述总电源线均固定在所述试验件表面。

5.根据权利要求1-4任意一项所述的竖立状态结构简易模态试验系统，其特征在于：还包括工作平台，所述工作平台配合所述试验件竖直设置，所述脉冲激振装置通过吊带悬挂于所述工作平台上，所述脉冲激振装置的轴线垂直于所述试验件的对称面。

6.根据权利要求5所述的竖立状态结构简易模态试验系统，其特征在于：所述临时测量室内还设有可燃气体浓度监测仪和助燃气体浓度监测仪。

7.根据权利要求5所述的竖立状态结构简易模态试验系统，其特征在于：所述临时测量室的供电装置为直流稳压电源。

8.根据权利要求5所述的竖立状态结构简易模态试验系统，其特征在于：还包括数据分析装置，用于将所述测量装置检测获得的数据进行分析。