CN107356391B - 一种可直线伸缩柔性结构振动测量装置与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可直线伸缩柔性结构振动测量装置与方法，包括直线位移传感器、直线运动驱动器、可伸缩柔性梁、双转动轮、安装支架、加速度传感器、激光位移传感器、电荷放大器、运动控制卡、伺服放大器和计算机，可伸缩柔性梁的两侧通过双转动轮夹持，伸缩柔性梁的伸缩长度随着直线运动驱动器的运动而变化，分析伸缩时柔性梁的振动特性，将激光位移传感器、直线位移传感器及加速度传感器检测的信号，输入到计算机处理，得到运动特性与伸缩位移之间的关系。

Description

一种可直线伸缩柔性结构振动测量装置与方法
技术领域
本发明涉及柔性结构振动特性分析领域，具体涉及一种可直线伸缩柔性结构振动测量装置与方法。
背景技术
随着空间飞行器的发展，对通信天线的精度要求越来越高，天线的尺寸也越来越大，由于发射时运载火箭整流罩的容积有限，许多天线采用大型展开结构和可伸缩的结构形式，目前大型可伸缩杆状结构已应用与天线结构中。
大型可伸缩天线，由于在伸缩过程中的几何尺寸的变化，所以弹性振动特性也是随着伸缩过程变化的，即振动的频率和幅值都是变化的。
发明内容
为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种可直线伸缩柔性结构振动测量装置与方法。
本发明采用如下技术方案：
一种可直线伸缩柔性结构振动测量装置，包括直线位移传感器、直线运动驱动器、可伸缩柔性梁、安装支架、加速度传感器及激光位移传感器；
所述安装支架为L形，且水平放置，所述可伸缩柔性梁的一端安装在安装支架的竖直杆一侧，另一端为自由端，所述激光位移传感器安装在安装支架的水平杆上，且位于可伸缩柔性梁的下方；
所述直线运动驱动器的输出杆固定在安装支架的竖直杆另一侧，用于驱动可伸缩柔性梁直线运动，所述直线位移传感器与安装支架的竖直杆另一侧连接；
所述可伸缩柔性梁的两侧通过一对双转动轮夹持，当可伸缩柔性梁运动时，双转动轮转动，其右侧的长度为可伸缩柔性梁的伸缩长度，所述加速度传感器安装在可伸缩柔性梁的自由端；
还包括电荷放大器、伺服放大器、运动控制卡、电荷放大器及计算机；
所述计算机输出运动控制信号到运动控制卡，输入到伺服放大器驱动直线运动驱动器运动，所述直线位移传感器检测直线运动驱动器的位移信号输入到运动控制卡，经过转换后输入到计算机。
加速度传感器检测可伸缩柔性梁的振动信号经过电荷放大器放大后，经过运动控制卡转换后输入计算机；
激光位移传感器检测的可伸缩柔性梁的振动信号经过运动控制卡转换后输入到计算机。
所述直线位移传感器采用FAGOR光栅尺。
双转动轮在可伸缩柔性梁长度方向上的安装位置大于直线运动驱动器的输出杆的最大行程位移。
一种可直线伸缩柔性结构振动测量装置的方法，包括如下步骤：
第一步计算机产生伸缩运动的信号，输出运动控制信号到运动控制卡，进一步输出到伺服放大器驱动直线运动驱动器，直线位移传感器检测直线运动驱动器的位移；
第二步直线运动驱动器的运动进一步激励可伸缩柔性梁的伸出长度变化，激励柔性梁产生振动，加速度传感器检测可伸缩柔性梁的振动经过电荷放大器放大后，经过运动控制卡转换后输入到计算机，激光位移传感器检测的振动信号经过运动控制卡转换后输入到计算机；
第三步经过计算机运行振动分析处理相关算法，得到柔性可伸缩量伸缩运动时的振动特性，即振动随着伸缩位移的特性。
本发明的有益效果：
(1)该装置简单，容易搭建，物理上实现容易，采用滚动夹持双转动轮装置，对柔性梁的伸缩阻力小，实验方便；
(2)采用加速度传感器和激光位移传感器检测柔性梁伸缩时的振动，测量精度高；
(3)通过计算机测量柔性梁的伸缩位移和检测的振动关系，可以有效分析一种可伸缩柔性梁的振动特性。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的可直线伸缩柔性梁结构的局部侧视图。
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及图2所示，一种可直线伸缩柔性结构振动测量装置，包括直线位移传感器1、直线运动驱动器2、可伸缩柔性梁4、安装支架7、加速度传感器5及激光位移传感器6；
所述安装支架为L形，且水平放置，即竖直杆在水平杆的左侧。所述可伸缩柔性梁的一端安装在竖直杆的一侧，另一端为自由端，所述激光位移传感器安装在安装支架的水平杆上，且位于可伸缩柔性梁的正下方，用于检测可伸缩柔性梁的振动。
所述直线运动驱动器的输出杆固定在竖直杆的另一侧，用于驱动可伸缩柔性梁和激光位移传感器的同步运动。
所述可伸缩柔性梁的上、下侧通过一对双转动轮夹持3，双转动轮的回转轴固定，其在可伸缩柔性梁长度方向上的安装位置略大于直线运动驱动器的输出杆的最大行程位移，当可伸缩柔性梁运动时，双转动轮转动，其右侧的长度即为可伸缩柔性梁的伸缩长度，分析可伸缩柔性梁的振动特性。
所述加速度传感器安装在可伸缩柔性梁的自由端。
本装置还包括伺服放大器10、运动控制卡9、电荷放大器8及计算机11。
计算机输出运动控制信号到运动控制卡，然后输出到伺服放大器10驱动直线运动驱动器运动，所述直线位移传感器检测直线运动驱动器的运动位移x，直线运动驱动器的运动驱动可伸缩柔性梁的运动，使得经过双转动轮的可伸缩柔性梁的长度变化，激励可伸缩柔性梁产生振动，加速度传感器5检测的振动经过电荷放大器8放大后，经过运动控制卡9转换后输入到计算机11，激光位移传感器6检测的振动信号经过运动控制卡9转换后输入到计算机11，进行振动分析处理，得到柔性可伸缩量伸缩运动时的振动特性。
所述直线位移传感器检测的驱动器位移信号输入到运动控制卡中，经过转换后输入到计算机中。
一种可直线伸缩柔性结构振动测量装置的测量方法，包括如下步骤：
第一步计算机产生伸缩运动的信号，输出运动控制信号到运动控制卡，进一步输出到伺服放大器驱动直线运动驱动器，直线位移传感器检测直线运动驱动器的位移；
第二步直线运动驱动器的运动进一步激励可伸缩柔性梁的伸出长度变化，激励柔性梁产生振动，加速度传感器检测可伸缩柔性梁的振动经过电荷放大器放大后，经过运动控制卡转换后输入到计算机，激光位移传感器检测的振动信号经过运动控制卡转换后输入到计算机；
第三步经过计算机运行振动分析处理相关算法，得到柔性可伸缩量伸缩运动时的振动特性，即振动随着伸缩位移的特性，具体为运动特性与伸缩位移之间的关系。
直线位移传感器1可选用FAGOR光栅尺，型号为MKT-82线性光栅尺，由北京发格自动化设备有限公司供应。直线运动驱动器2可选用三菱LM-U2系列属于无铁芯类型同样适用于大推力场合的电机，与之兼容的高性能伺服放大器MR-J3-B可作为本发明的伺服放大器10。
激光位移传感器6可选日本基恩士(KEYENCE)公司生产，每套激光位移传感器分别由一个激光探头、一个激光位移传感器控制器和一根延长电缆组成，其型号分别为LK-500、LK-2500和LK-C2。激光位移传感器采用24V直流电源供电，重复精度为10um，激光探头和被测表面的基准距离为350mm，测量量程为-100mm～+100mm，对应的模拟输出电压为-10V～+10V，线性度为±0.1％，采样周期为1024us，当被测表面与激光探头之间的距离超过测量范围时，其模拟输出电压都将保持为12V。滚动夹持双转动轮在可伸缩柔性梁通过机械设计和加工得到。
本实施例运动控制卡9选用深圳固高公司生产的型号为GTS-400-PGV的运动控制卡，其可控轴数为4轴，支持脉冲量输出或者模拟量输出。该运动控制卡通过PCI接口和计算机实现的数据传输。配合端子板能实现4路16位的D/A转换以及8路16位的A/D转换，以及增量式编码盘的解算。端子板由+24V直流电源供电。
计算机11选用的CPU型号为core76650U2.2GHz，内存4G，主板中有PCI-e插槽，可以安装运动控制卡9。加速度传感器5可选丹麦Bruel&Kjaer公司生产的振动传感器中型号为4384的压电式电荷加速计，其标称灵敏度为1.0pc/ms-2，测量频率范围为0.1～12.6kHz，具有高灵敏度、频带宽等特点。电荷放大器8可选丹麦Bruel&Kjaer公司生产的型号为2692-A-0S4型四通道电荷型适调放大器。
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 (2)

1.一种可直线伸缩柔性结构振动测量装置，其特征在于，包括直线位移传感器、直线运动驱动器、可伸缩柔性梁、安装支架、加速度传感器及激光位移传感器；
所述安装支架为L形，且水平放置，所述可伸缩柔性梁的一端安装在安装支架的竖直杆一侧，另一端为自由端，所述激光位移传感器安装在安装支架的水平杆上，且位于可伸缩柔性梁的下方；
所述直线运动驱动器的输出杆固定在安装支架的竖直杆另一侧，用于驱动可伸缩柔性梁直线运动，所述直线位移传感器与安装支架的竖直杆另一侧连接；
所述可伸缩柔性梁的两侧通过一对双转动轮夹持，当可伸缩柔性梁运动时，双转动轮转动，其右侧的长度为可伸缩柔性梁的伸缩长度，所述加速度传感器安装在可伸缩柔性梁的自由端；
还包括电荷放大器、伺服放大器、运动控制卡、电荷放大器及计算机；
所述计算机输出运动控制信号到运动控制卡，输入到伺服放大器驱动直线运动驱动器运动，所述直线位移传感器检测直线运动驱动器的位移信号输入到运动控制卡，经过转换后输入到计算机；
加速度传感器检测可伸缩柔性梁的振动信号经过电荷放大器放大后，经过运动控制卡转换后输入计算机；
激光位移传感器检测的可伸缩柔性梁的振动信号经过运动控制卡转换后输入到计算机；
所述直线位移传感器采用FAGOR光栅尺；
双转动轮在可伸缩柔性梁长度方向上的安装位置大于直线运动驱动器的输出杆的最大行程位移。
2.一种基于权利要求1所述的一种可直线伸缩柔性结构振动测量装置的方法，其特征在于，包括如下步骤：
第一步计算机产生伸缩运动的信号，输出运动控制信号到运动控制卡，进一步输出到伺服放大器驱动直线运动驱动器，直线位移传感器检测直线运动驱动器的位移；
第二步直线运动驱动器的运动进一步激励可伸缩柔性梁的伸出长度变化，激励柔性梁产生振动，加速度传感器检测可伸缩柔性梁的振动经过电荷放大器放大后，经过运动控制卡转换后输入到计算机，激光位移传感器检测的振动信号经过运动控制卡转换后输入到计算机；
第三步经过计算机运行振动分析处理相关算法，得到柔性可伸缩量伸缩运动时的振动特性，即振动随着伸缩位移的特性。
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