CN107345786A - 一种测量柔性梁横向振动位移和应变关系的装置及方法 - Google Patents

一种测量柔性梁横向振动位移和应变关系的装置及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种测量柔性梁横向振动位移和应变关系的装置及方法，包括柔性悬臂梁，所述柔性悬臂梁的一端通过基座固定，另一端为自由端，所述柔性悬臂梁的正面或反面安装多片电阻应变片，在柔性悬臂梁的另一面的正前方安装多只用于测量电阻应变片几何中心点处振动横向位移的激光位移传感器，还包括计算机、功率放大器、运动控制卡、激振器及动态应变仪，采用本发明装置可以低阶模态振动的应变分布和位移分布关系图。

Description

一种测量柔性梁横向振动位移和应变关系的装置及方法
技术领域
本发明涉及柔性结构振动分析技术领域，具体涉及一种测量柔性梁横向振动位移和应变关系的装置及方法。
背景技术
柔性悬臂梁的振动模态分析和振动控制方法和装置比较成熟。现有技术基本上是基于应变测量柔性悬臂梁的振动，进行分析和反馈控制；或者基于悬臂梁上安装的加速度传感器进行测量振动和反馈控制；或者是基于激光位移传感器测量柔性梁的横向振动位移进行振动分析和反馈控制。
现有技术很少对柔性悬臂梁在低阶模态振动时的横向振动位移和应变关系的分布进行分析和研究。因为柔性梁的横向振动和应变关系，除了小幅值线性振动的分布关系外，还包括激励大幅值非线性振动时的横向位移和应变的分布关系。本发明提出采用分布粘贴多片电阻应变片传感器和分布安装多个激光位移传感器的柔性悬臂梁实验装置，通过模态激励振动分析的方法，研究低频的各阶振动模态在大幅值和小幅值振动时的横向位移和应变分布关系，为柔性梁的振动分析提供装置和方法。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种测量柔性梁横向振动位移和应变关系的装置及方法。
本发明采用如下技术方案：
一种测量柔性梁横向振动位移和应变关系的装置，包括柔性悬臂梁，所述柔性悬臂梁的一端通过基座固定，另一端为自由端，所述柔性悬臂梁的正面或反面安装多片电阻应变片，在柔性悬臂梁的另一面的正前方安装多只用于测量电阻应变片几何中心点处振动横向位移的激光位移传感器；
还包括计算机、功率放大器、运动控制卡、激振器及动态应变仪，计算机输出产生使柔性悬臂梁低阶振动的信号输出到运动控制卡，经过功率放大器后驱动激振器激励柔性悬臂梁，多片电阻应变片检测柔性悬臂梁的振动信息经过动态应变仪输出到运动控制卡后输入到计算机，多只激光位移传感器检测柔性悬臂梁相应点的横向振动位移信息，然后经过运动控制卡输入到计算机中。
所述电阻应变片与激光位移传感器是一一对应，所述激光位移传感器的测量点为粘贴电阻应变片的几何中心点。
所述多片电阻应变片及多只激光位移传感器均按照一字型排列。
一种测量柔性梁横向振动位移和应变关系的方法，包括如下步骤：
第一步辨识得到该柔性悬臂梁的低阶振动模态频率，包括第一阶、第二阶及第三阶；
第二步计算机输出产生相应柔性悬臂梁的低阶激励振动信号输出运动控制卡，经过D/A转换后输出到功率放大器后驱动激振器激励柔性悬臂梁低阶模态的振动；
第三步电阻应变片检测的振动应变的信息经过动态应变仪后输出到运动控制卡进行A/D转换后进入计算机，同时将多激光位移传感器检测柔性悬臂梁相应点的横向振动位移信息经过运动控制卡进行A/D转换后进入计算机；
第四步根据测量的数据分析应变和横向位移的分布关系，包括小幅值的线性振动和大幅值非线性振动的分布关系，给出柔性悬臂梁系统的低阶模态振动的应变分布和位移分布关系图。
本发明的有益效果：
(1)分布粘贴的多片电阻应变片，体积小，质量轻，用胶水少，基本上不会影响柔性梁的振动特性；激光位移传感器测量横向位移属于非接触式测量，不会对柔性梁的振动特性产生影响；
(2)该装置通过调节激振器驱动信号幅值的大小和设定的频率，可以激励柔性悬臂梁不同幅值的模态振动，包括小幅值线性振动和大幅值非线性振动，通过测量应变和横向位移，可以得到线性振动和非线性振动的横向位移和应变的分布关系；
(3)通过设定激振器的激励信号频率，与柔性悬臂的振动模态频率一致，就可以激励相应模态的振动，所以利用该装置可以分析柔性悬臂梁的低频多模态振动的横向振动位移和应变关系。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，一种测量柔性梁横向振动位移和应变关系的装置，包括柔性悬臂梁1，所述柔性悬臂梁的一端与基座固定，另一端自由振动为自由端，所述柔性悬臂梁的的正面或反面安装多片电阻应变片2，在粘贴电阻应变片的另一面安装多只用于测量电阻应变片几何中心点处振动横向位移的激光位移传感器3，根据测量的应变信号和横向位移信号，用于柔性梁横向振动位移与应变分布关系分析。
本实施例中柔性悬臂梁的另一面的前方安装五只激光位移传感器3，间隔相等呈一字排列，柔性悬臂梁1的一面粘贴五个电阻应变片，电阻应变片与激光位移传感器是一一对应关系。调整安装激光位移传感器，保证其测量距离与测量点，用于测量应变片粘贴的几何中心点处的振动横向位移。
还包括计算机8、功率放大器5、运动控制卡7、激振器4及动态应变仪6，计算机输出产生个悬臂梁低阶振动的信号输出到运动控制卡，经过功率放大器后驱动激振器激励柔性悬臂梁，多片电阻应变片检测柔性悬臂梁的振动信息经过动态应变仪输出到运动控制卡后输入到计算机，多只激光位移传感器检测柔性悬臂梁相应点的横向振动位移信息，然后经过运动控制卡输入到计算机中。
计算机8输出产生柔性悬臂梁低阶(如第一阶，第二阶，第三阶等)激励振动的信号输出到运动控制卡7，经过运动控制卡的D/A转换后输出到功率放大器5后驱动激振器4激励柔性悬臂梁1低阶模态的振动，通过多片电阻应变片2检测的振动应变的信息经过动态应变仪6后输出到运动控制卡7进行A/D转换后进入计算机8，同时将多激光位移传感器3检测柔性梁相应点的横向振动位移信息经过运动控制卡7进行A/D转换后进入计算机8；根据测量的数据分析应变和横向位移的分布关系，包括小幅值的线性振动和大幅值非线性振动的分布关系；给出柔性悬臂梁系统的低阶模态振动的应变分布和位移分布关系图，为振动和分析提供参考。
一种测量柔性梁横向振动位移和应变关系的方法，包括如下步骤：
第一步先辨识得到该柔性悬臂梁的低阶振动模态频率，如第一阶，第二阶，第三阶等的振动模态频率；
第二步计算机输出产生相应悬臂梁低阶(如第一阶，第二阶，第三阶等)激励振动频率的信号输出到运动控制卡，经过D/A转换后输出到功率放大器后驱动激振器激励柔性悬臂梁低阶模态的振动；
第三步通过多片电阻应变片检测的振动应变的信息经过动态应变仪后输出到运动控制卡进行A/D转换后进入计算机，同时将多激光位移传感器检测柔性梁相应点的横向振动位移信息经过行A/D转换后进入计算机；
第四步根据测量的数据分析应变和横向位移的分布关系，包括小幅值的线性振动和大幅值非线性振动的分布关系；给出柔性悬臂梁系统的低阶模态振动的应变分布和位移分布关系图。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种测量柔性梁横向振动位移和应变关系的装置，其特征在于，包括柔性悬臂梁，所述柔性悬臂梁的一端通过基座固定，另一端为自由端，所述柔性悬臂梁的正面或反面安装多片电阻应变片，在柔性悬臂梁的另一面的正前方安装多只用于测量电阻应变片几何中心点处振动横向位移的激光位移传感器；
还包括计算机、功率放大器、运动控制卡、激振器及动态应变仪，计算机输出产生柔性悬臂梁低阶振动的信号输出到运动控制卡，经过功率放大器后驱动激振器激励柔性悬臂梁，多片电阻应变片检测柔性悬臂梁的振动信息经过动态应变仪输出到运动控制卡后输入到计算机，多只激光位移传感器检测柔性悬臂梁相应点的横向振动位移信息，然后经过运动控制卡输入到计算机中。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电阻应变片与激光位移传感器是一一对应，所述激光位移传感器的测量点为粘贴电阻应变片的几何中心点。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述多片电阻应变片及多只激光位移传感器均按照一字型排列。
4.根据权利要求1-3任一项所述的装置的测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步辨识得到该柔性悬臂梁的低阶振动模态频率，包括第一阶、第二阶及第三阶；
第二步计算机输出产生相应柔性悬臂梁的低阶激励振动信号输出运动控制卡，经过D/A转换后输出到功率放大器后驱动激振器激励柔性悬臂梁低阶模态的振动；
第三步电阻应变片检测的振动应变的信息经过动态应变仪后输出到运动控制卡进行A/D转换后进入计算机，同时将多激光位移传感器检测柔性悬臂梁相应点的横向振动位移信息经过运动控制卡进行A/D转换后进入计算机；
第四步根据测量的数据分析应变和横向位移的分布关系，包括小幅值的线性振动和大幅值非线性振动的分布关系，给出柔性悬臂梁系统的低阶模态振动的应变分布和位移分布关系图。
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