CN108519499A - 高温条件下激光振动系统的加速度幅值在线校准系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供高温条件下激光振动系统的加速度幅值在线校准系统，包括：标准振动装置，用于产生并输出标准正弦振动信号，并计算所述标准正弦振动信号的加速度；石英灯阵，用于放置标准试件并对所述标准试件进行加热；陶瓷杆，一端连标准振动装置，另一端连接所述石英灯阵，所述陶瓷杆用于将所述标准正弦振动信号传递至标准试件，将所述标准振动装置和所述石英灯阵进行隔离,激光偏振系统，用于测试所述标准试件的加速度信号。本发明解决了如何将振动标准装置输出的加速度幅值，没有损失的传递到高温环境中，同时保证标准加速度计的工作环境为处于常温或可控状态，满足了超声速防空导弹平板式热模态试验系统热模态试验的计量保障要求。

Description

高温条件下激光振动系统的加速度幅值在线校准系统
技术领域
本发明涉及计量校准技术领域，尤其涉及特殊环境现场校准技术，具体为高超声速防空导弹平板式热模态试验系统高温环境加速度幅值在线校准方法。
背景技术
在航天器、运载火箭等许多工程领域中，大量的结构部件在高温下工作。例如导弹、航天器在高速穿越大气层飞行时，由于气流与飞行器表面摩擦产生大量热量,使飞行器表面温度可达600-2000℃。过高的温度及温度的变化将导致结构部件内产生不均匀的热应力和热变形等现象，继而导致飞行器外形,结构强度及结构刚度的改变，直接影响着结构的动态强度。
在高速飞行情况下由于气动加热引起的高温，针对防空导弹这类系统的弹体典型结构，需要进行气动热弹性分析(包括热刚度、热模态、热振动、热颤振等问题)。
为能够更准确的获取高超声速防空导弹在飞行过程中热环境条件下的模态参数，在地面建立了高超声速防空导弹平板式热模态试验系统，对导弹及部件在地面沿弹道仿真飞行过程，进行气动加热环境下的结构热模态、热振动试验，对提高气动热弹性分析精度和可靠性、提高飞行试验的成功率具有十分重要的意义。
高超声速防空导弹平板式热模态试验系统技术指标的准确与否，关系着高超声速导弹热模态试验数据的是否准确，非常有必要对高超声速飞行器热模态试验系统进行校准，确保其技术指标满足试验要求，从而保证热模态试验的准确可靠。
在现有技术的高超声速防空导弹平板式热模态试验系统中，采用激光测振系统在高温环境下对试件进行振动信号的采集和分析，目前热模态试验系统中的激光测振系统校准一般是在实验室环境下进行的，并且校准的环境条件为常温环境，从未在高温环境条件下进行过校准。
目前国内外对高温环境下激光测振系统的振动加速度幅值在线校准方法，尚未有技术资料和文献可参考。因此，需要设计一套能够针对高超声速防空导弹平板式热模态试验系统高温环境下振动加速度幅值的在线测量方法，以满足超声速防空导弹平板式热模态试验系统热模态试验的计量保障要求。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供了一种高温环境下激光测振系统的振动加速度幅值在线校准系统，解决了如何将振动标准装置输出的加速度幅值，没有损失的传递到高温环境中，同时保证标准加速度计的工作环境为处于常温或可控状态，满足了超声速防空导弹平板式热模态试验系统热模态试验的计量保障要求。
为此，本发明提供一种高温条件下激光振动系统的加速度幅值在线校准系统，包括：
标准振动装置，用于产生并输出标准正弦振动信号，并计算所述标准正弦振动信号的加速度；
石英灯阵，用于放置标准试件并对所述标准试件进行加热；
陶瓷杆，一端连标准振动装置，另一端连接所述石英灯阵，所述陶瓷杆用于将所述标准正弦振动信号传递至标准试件，并且将所述标准振动装置和所述石英灯阵进行隔离；
激光偏振系统，用于测试所述标准试件的加速度信号。
可选地，所述标准振动装置包括：
正弦信号发生器，用于产生标准正弦信号；
功率放大器，用于对来自正弦信号发生器的标准正弦信号进行放大；
标准振动台，用于基于来自功率放大器的标准正弦信号进行振动；
标准加速度计，安装于陶瓷杆的靠近标准振动装置的一端，所述标准加速度计用于基于所述标准振动台的振动获得对应的加速度电学信号，
电荷放大器，用于对加速度电学信号进行放大处理；
数字电压表，用于基于电荷放大器放大处理后的加速度电学信号获得所述标准正弦振动信号的加速度幅值信号。
可选地，所述标准振动装置与所述石英灯阵之间设置有隔热装置，以减少石英灯阵的热量对所述标注加速度计的灵敏性的影响。
可选地，所述隔热装置设置所述振动标准装置一侧。
可选地，所述隔热装置至少将标准振动台和加速度计与所述石英灯阵进行隔离。
可选地，还包括：
热电偶传感器，用于测试标准试件和/或标准加速度计的温度，产生与所述温度对应的温度电信号；
数据采集模块，用于对所述温度电信号进行数据采集；
计算单元，用于基于数据采集模块的数据进行计算，获得标准试件温度场和/或标准加速度计的温度。
可选地，所述计算单元还用于基于标准加速度计的温度对标准加速度计的灵敏度进行修正，以确保所述标准加速度计获得的加速度电学信号的准确性。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明在标准振动装置和石英灯阵之间设置陶瓷杆，具有一定长度的陶瓷杆能够将所述标准正弦振动信号传递至标准试件，并且将所述标准振动装置和所述石英灯阵进行隔离，防止石英灯阵的热量对标准振动装置的加速度信号的测试产生影响，提高了标准振动装置获取的加速度信号的测试结果的
进一步优化地，所述标准振动装置与所述石英灯阵之间设置有隔热装置，以减少石英灯阵的热量对所述标注加速度计的灵敏性的影响。
进一步优化地，通过设置热电偶、数据采集模块和计算单元获得标准加速度计的温度，基于标准加速度计的温度对标准加速度计的灵敏度进行修正，以确保所述标准加速度计获得的加速度电学信号的准确性。
附图说明
图1是本发明一个实施例的高温环境下激光测振系统的振动加速度幅值在线校准系统。
具体实施方式
本发明解决的技术问题是提供了高温环境下激光测振系统的振动加速度幅值在线校准系统，解决了如何将振动标准装置输出的加速度幅值，没有损失的传递到高温环境中，同时保证标准加速度计的工作环境为处于常温或可控状态，满足了超声速防空导弹平板式热模态试验系统热模态试验的计量保障要求。
在高温条件下激光振动系统的加速度幅值在线校准的过程中，如何将振动标准装置输出的加速度幅值，没有损失的传递到高温环境中，同时保证标准加速度计的工作环境为处于常温或可控状态是本项目所要研究的关键技术，同时也是本项目的技术难点。
为此，本发明提供一种高温条件下激光振动系统的加速度幅值在线校准系统，包括：
标准振动装置，用于产生并输出标准正弦振动信号，并计算所述标准正弦振动信号的加速度；
石英灯阵，用于放置标准试件并对所述标准试件进行加热；
陶瓷杆，一端连标准振动装置，另一端连接所述石英灯阵，所述陶瓷杆用于将所述标准正弦振动信号传递至标准试件，并且将所述标准振动装置和所述石英灯阵进行隔离；
激光偏振系统，用于测试所述标准试件的加速度信号。
请参考图1，图1是本发明一个实施例的高温环境下激光测振系统的振动加速度幅值在线校准系统。所述标准振动装置包括：
正弦信号发生器1，用于产生标准正弦信号；
功率放大器2，用于对来自正弦信号发生器1的标准正弦信号进行放大；
标准振动台4，用于基于来自功率放大器1的标准正弦信号进行振动；
标准加速度计5，安装于陶瓷杆9的靠近标准振动装置4的一端，所述标准加速度计5用于基于所述标准振动台4的振动获得对应的加速度电学信号，
电荷放大器6，用于对加速度电学信号进行放大处理；
数字电压表7，用于基于电荷放大器6放大处理后的加速度电学信号获得所述标准正弦振动信号的加速度幅值信号。
石英灯阵用于放置标准试件8并对所述标准试件8进行加热；
陶瓷杆9的一端连标准振动装置的标准振动台4，另一端连接所述石英灯阵的标准试件8，所述陶瓷杆9用于将所述标准正弦振动信号传递至标准试件8，并且将所述标准振动装置的标准加速度计5和所述石英灯阵进行隔离。
较为优选地，在所述标准振动装置与石英灯阵之间设置有隔热装置，以减少石英灯阵的热量对所述标注加速度计的灵敏性的影响。
在本发明的一个实施例中，所述隔热装置3设置所述振动标准装置一侧。优选地，所述隔热装置3至少将标准振动台4和加速度计5与所述石英灯阵进行隔离。
本发明通过对两个环境(振动标准装置和石英灯阵)下的加速度参数数据的比较，完成对高温条件下激光振动系统的加速度幅值的测量误差的校准。
根据高温条件下激光振动系统的加速度幅值在线校准系统，可实现不同热流密度和温度下，高温条件下激光振动系统的加速度幅值测量误差的校准，获得加速度幅值测量误差随热流密度和温度变化的曲线。加速度幅值测量误差的计算公式如公式(1)：
式中：δ—高温条件下激光振动系统的加速度幅值测量误差，％；
a1—高温条件下激光振动系统的加速度幅值测量值，g；
a0—振动标准装置输出加速度幅值，g；
Δ—振动标准装置输出加速度幅值修正量。
本项目需要确定试验系统使用的激光测振系统在不同温度下，加速度幅值测量误差是否能够满足试验要求。因此需要在加速度幅值误差校准过程中，监测激光测振系统测量的标准试件的温度。
本发明在设置两个热电偶，分别对标准试件8和标准加速度计5的温度进行测试，产生与所述温度对应的温度电信号；数据采集模块11对所述温度电信号进行数据采集；计算单元12，用于基于数据采集模块的数据进行计算，获得标准试件温度场和/或标准加速度计的温度。
所述计算单元12还用于基于标准加速度计5的温度对标准加速度计5的温度对标准加速度计的灵敏度进行修正，以确保所述标准加速度计获得的加速度电学信号的准确性。
综上，本发明在标准振动装置和石英灯阵之间设置陶瓷杆，具有一定长度的陶瓷杆能够将所述标准正弦振动信号传递至标准试件，并且将所述标准振动装置和所述石英灯阵进行隔离，防止石英灯阵的热量对标准振动装置的加速度信号的测试产生影响，提高了标准振动装置获取的加速度信号的测试结果的
进一步优化地，所述标准振动装置与所述石英灯阵之间设置有隔热装置，以减少石英灯阵的热量对所述标注加速度计的灵敏性的影响。
进一步优化地，通过设置热电偶、数据采集模块和计算单元获得标准加速度计的温度，基于标准加速度计的温度对标准加速度计的灵敏度进行修正，以确保所述标准加速度计获得的加速度电学信号的准确性。
因此，上述较佳实施例仅为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种高温条件下激光振动系统的加速度幅值在线校准系统，其特征在于，包括：
标准振动装置，用于产生并输出标准正弦振动信号，并计算所述标准正弦振动信号的加速度；
石英灯阵，用于放置标准试件并对所述标准试件进行加热；
陶瓷杆，一端连标准振动装置，另一端连接所述石英灯阵，所述陶瓷杆用于将所述标准正弦振动信号传递至标准试件，并且将所述标准振动装置和所述石英灯阵进行隔离;
激光偏振系统，用于测试所述标准试件的加速度信号。
2.如权利要求1所述的高温条件下激光振动系统的加速度幅值在线校准系统，其特征在于，所述标准振动装置包括：
正弦信号发生器，用于产生标准正弦信号；
功率放大器，用于对来自正弦信号发生器的标准正弦信号进行放大；
标准振动台，用于基于来自功率放大器的标准正弦信号进行振动；
标准加速度计，安装于陶瓷杆的靠近标准振动装置的一端，所述标准加速度计用于基于所述标准振动台的振动获得对应的加速度电学信号，
电荷放大器，用于对加速度电学信号进行放大处理；
数字电压表，用于基于电荷放大器放大处理后的加速度电学信号获得所述标准正弦振动信号的加速度幅值信号。
3.如权利要求2所述的高温条件下激光振动系统的加速度幅值在线校准系统，其特征在于，所述标准振动装置与所述石英灯阵之间设置有隔热装置，以减少石英灯阵的热量对所述标注加速度计的灵敏性的影响。
4.如权利要求3所述的高温条件下激光振动系统的加速度幅值在线校准系统，其特征在于，所述隔热装置设置所述振动标准装置一侧。
5.如权利要求4所述的高温条件下激光振动系统的加速度幅值在线校准系统，其特征在于，所述隔热装置至少将标准振动台和加速度计与所述石英灯阵进行隔离。
6.如权利要求5所述的高温条件下激光振动系统的加速度幅值在线校准系统，其特征在于，还包括：
热电偶传感器，用于测试标准试件和/或标准加速度计的温度，产生与所述温度对应的温度电信号；
数据采集模块，用于对所述温度电信号进行数据采集；
计算单元，用于基于数据采集模块的数据进行计算，获得标准试件温度场和/或标准加速度计的温度。
7.如权利要求6所述的高温条件下激光振动系统的加速度幅值在线校准系统，其特征在于，所述计算单元还用于基于标准加速度计的温度对标准加速度计的灵敏度进行修正，以确保所述标准加速度计获得的加速度电学信号的准确性。
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