CN108896398B - 一种产生负阶跃载荷的动态标定设备 - Google Patents

一种产生负阶跃载荷的动态标定设备 Download PDF

Info

Publication number
CN108896398B
CN108896398B CN201811014094.2A CN201811014094A CN108896398B CN 108896398 B CN108896398 B CN 108896398B CN 201811014094 A CN201811014094 A CN 201811014094A CN 108896398 B CN108896398 B CN 108896398B
Authority
CN
China
Prior art keywords
dynamic calibration
sensor
block
negative step
cushion block
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201811014094.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108896398A (zh
Inventor
孙竣利
熊琳
刘春风
刘家骅
袁明伦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
China Academy of Aerospace Aerodynamics CAAA
Original Assignee
China Academy of Aerospace Aerodynamics CAAA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by China Academy of Aerospace Aerodynamics CAAA filed Critical China Academy of Aerospace Aerodynamics CAAA
Priority to CN201811014094.2A priority Critical patent/CN108896398B/zh
Publication of CN108896398A publication Critical patent/CN108896398A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108896398B publication Critical patent/CN108896398B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N3/00—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress
    • G01N3/08—Investigating strength properties of solid materials by application of mechanical stress by applying steady tensile or compressive forces

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本发明公开了一种产生负阶跃载荷的动态标定设备，包括设备外壳、压杆、上承载盘、上垫块、玻璃块、下垫块、下承载盘、支撑块、凸轮、转轴、底座、手柄。本发明采用串联式组合结构：按照一定顺序对各部件进行固定，并与待测传感器进行配合安装，通过手柄转动转轴及凸轮实现载荷的施加。玻璃块的瞬间破裂会完全释放上垫块和下垫块之间的空间，产生负阶跃载荷。本发明结构合理紧凑，制造简便，适用于中等量程传感器的动态标定，满足小型动态标定实验室的需求，在传感器测试领域有重大的应用价值，是多轴力传感器动态校准中的关键设备。

Description

一种产生负阶跃载荷的动态标定设备
技术领域
本发明涉及一种产生负阶跃载荷的动态标定设备，属于传感器测试技术领域。
背景技术
随着航空航天技术发展，机器人工业生产的改革，对于力传感器的使用需求也逐渐扩大。目前使用的力传感器大多仅进行了静态标定，但实际工业生产或科学研究中力传感器受到动态载荷的情况要远多于静态和准静态过程，所以对力传感器的动态性能需要进行评估，例如重复性、幅频特性、动态线性度等动态性能指标。因此对力传感器进行动态标定是力传感器技术发展后的必经阶段。而阶跃响应试验是力传感器动态性能研究的常用手段，其关键技术就是阶跃载荷的产生。
当前成熟技术中，产生正阶跃载荷或负阶跃载荷的技术有大致有以下几种途径：一、采用激波管形成0.05MPa～10MPa的阶跃压力，具体产生的阶跃载荷还需要考虑力传感器的参考面积，适用于小型力传感器的动态标定；二、采用剪钢丝绳的方法形成负阶跃载荷，目前通过手动剪断很难保证瞬时效果以及稳定性，例如采用电气开关进行切断，提高剪切速度；或将标准质量块电磁化，通过电磁来替代常规的钢丝绳，从而提高响应速度，增加稳定性。三、采用基于帕斯卡原理的气动冲击法，通过气缸瞬时压力将推杆作用在待测传感器上，来形成正阶跃载荷。四、利用脆性材料传递静态载荷，采用脆性材料瞬时断裂的模式来进行卸载，形成负阶跃载荷。
小型实验室若要进行中等载荷范围的传感器动态标定，通常采用常规手工剪断的形式以及脆性材料断裂的形式来实现阶跃载荷的产生。但是对于采用电磁的形式以及气缸的气动冲击来实现则比较困难，对试验场地和试验成本的要求就大幅度提升，因此很难用于实际的试验场所。
发明内容
本发明的技术解决问题是：为克服现有技术的不足，提出一种产生负阶跃载荷的动态标定设备，实现成本低，占用体积较小，操作简便可靠，并且满足小型实验室的动态标定需求。
本发明的技术解决方案是：
一种产生负阶跃载荷的动态标定设备，包括设备外壳、压杆、上承载盘、上垫块、玻璃块、下垫块、下承载盘、支撑块、凸轮、转轴、底座、手柄。
待测传感器安装于上承载盘和上垫块之间，采用螺钉进行固定，利用定位销确保待测传感器安装于动态标定设备中心轴线上。
压杆的长度可以进行调节，满足不同尺寸形式的待测传感器的动态标定。
上承载盘和下承载盘的最大接触面积不要求相等，但不低于2倍待测传感器的接触表面面积。
上垫块和下垫块的表面均要求加工圆弧形凹槽，可以夹持住玻璃块。
玻璃块的形状与材料不固定，允许结合实际需求改用空心玻璃管、细长体铸铁、陶瓷等脆性材料。
玻璃块在动态标定设备高度方向上的尺寸不低于20mm。
下承载盘和支撑块可以采用螺钉紧固或焊接固定，直接放置在底座的中心圆孔中，避免倾倒，并由凸轮提供支持。
凸轮抬升至顶部后，上垫块和下垫块之间保留间隔至少为5mm。
通过手柄缓慢控制凸轮抬升支撑块的过程，应当保持为准静态过程。
待测传感器应当已经完成静态标定工作，动态标定过程中使用待测传感器进行数据采集工作。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
(1)本发明提出了一种产生负阶跃载荷的动态标定设备，基于脆性材料断裂的基本原理，可以在断裂前将载荷传递至待测传感器，断裂后瞬间卸载形成负阶跃载荷，完成待测传感器的动态测试；
(2)本发明技术方案中，待测传感器布置在玻璃块上方，可以避免因玻璃块破碎引发的附加质量问题，传感器及其上方部件在整个过程中均为固定状态；
(3)本发明技术方案中，玻璃块的尺寸和材料可以根据实际待检测载荷进行评估确定，以满足大部分中等载荷传感器的动态标定工作；
(4)本发明中凸轮作为主要传力结构，能够更好的人为控制准静态加载过程，在玻璃块上下区域预留足够的空间，要求凸轮在最大行程处也不会产生空间不足的问题，确保玻璃块断裂后不会继续传递载荷至待测传感器；
(5)本发明中支撑块仅靠底座中心圆孔来约束两侧的空间，防止空载下倾覆，实际加载过程中有一定载荷施加后，根据玻璃块上垫块和下垫块的定位，可以确保整套设备处于中心轴线上，不会发生倾斜等问题。
(6)本发明采用手动转动凸轮结构作为力源，设备操作简单，结构紧凑，占地面积小，适用范围广，可以满足小型实验室的动态标定需求，具有良好的实用性和推广价值。
附图说明
图1为本发明产生负阶跃载荷的动态标定设备的结构示意图；
图2为图1的剖视图；
图3为图1的内部零件结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行进一步的详细描述。
常规阶跃载荷产生方法是采用剪断悬挂有标准质量的钢丝绳，该方法稳定性低，有一定延迟。随着传感器技术和精度要求的提升，多种阶跃载荷产生方法也在逐步改进，通过电气控制、电磁开关等形式来提高阶跃载荷产生的稳定性和上升沿时间。但是对于小型实验室而言，通过电气控制、电磁开关、气体冲击等形式的阶跃载荷产生设备具有高成本高能耗以及高占地面积等弊端，很难普及使用。本发明基于脆性材料断裂的方法提出了一种产生负阶跃载荷的动态标定设备，结构紧凑，操作方便，可靠性高，安全性好，适用于中等量程的力传感器动态标定，可以满足小型实验室的动态标定需求。
如图1、图2、图3所示，本发明提出了一种产生负阶跃载荷的动态标定设备，包括设备外壳1、压杆2、上承载盘3、上垫块4、玻璃块7、下垫块6、下承载盘8、支撑块9、凸轮10、转轴11、底座12、手柄13。
待测传感器5安装于上承载盘3和上垫块4之间，采用螺钉进行固定，利用定位销确保待测传感器5安装于动态标定设备中心轴线上。
压杆2的长度可以进行调节，满足不同尺寸形式的待测传感器的动态标定。
上承载盘3和下承载盘8的最大接触面积不要求相等，但不低于2倍待测传感器5的接触表面面积。
上垫块4和下垫块6的表面均要求加工圆弧形凹槽，可以夹持住玻璃块7。
玻璃块7的形状与材料不固定，允许结合实际需求改用空心玻璃管、细长体铸铁、陶瓷等脆性材料。
玻璃块7在动态标定设备高度方向上的尺寸不低于20mm。
下承载盘8和支撑块9可以采用螺钉紧固或焊接固定，直接放置在底座12的中心圆孔中，避免倾倒，并由凸轮10提供支持。
凸轮10抬升至顶部后，上垫块4和下垫块6之间保留间隔至少为5mm。
通过手柄13缓慢控制凸轮10抬升支撑块9的过程，应当保持为准静态过程。
待测传感器5应当已经完成静态标定工作，动态标定过程中使用待测传感器进行数据采集工作。
本发明工作原理为：
按照待测传感器5的量程来选择玻璃块7的结构和材料，调整好压杆2的长度，用螺钉和定位销将待测传感器5固定在上承载盘3和上垫块4之间，固定完成后待测传感器5及其他连接件保持不变，再按照结构装配示意图完成串联式设备的连接和安装。
将玻璃块7卡入上垫块4和下垫块6之间，利用两个垫块上的凹槽确定玻璃块7的位置。缓慢摇动手柄13转动转轴11，利用转轴11带动凸轮10旋转，同时抬升支撑块9和下承载盘8，利用玻璃块7将载荷传递至待测传感器5上。待测传感器5则接通外部实时采集电路进行信号采集。
当施加载荷达到临界值后，玻璃块7突然破裂，上垫块4和下垫块6之间产生足够的空间，载荷瞬间降低为零，即待测传感器5受到一个负阶跃力。待测传感器5的输出信号实时进行记录，用于后续的动态性能分析工作。
实施例
使用该动态标定设备，要求完成各个零部件的装配后，检查部件之间的连接是否紧固，确保所有零部件受力后，竖直方向的中心轴线位于同一轴线上。
上承载盘3和上垫块4用于固定待测传感器5，可以根据不同待测传感器的接口尺寸，重新改型设计螺钉和定位销位置及尺寸，随时可以进行零部件的替换工作。将压杆2、上承载盘3、待测传感器5和上垫块4安装完成后，这些零件均固定在设备外壳1上，整个试验过程中均保持固定不动。将下垫块6、下承载盘8和支撑块9进行连接固定，支撑块9和下承载盘8可以一体化加工成型或者焊接固定，这三个零件连接固定后直接搭于底座12中心圆孔上。
下方为连接在转轴上的凸轮10，用于顶起支撑块9，使得整个内部结构受力，非特殊要求的动态标定所使用的玻璃块7一般取圆柱形结构，刚好嵌入上垫块4和下垫块6中间的凹槽中，故受力后下方结构和上方结构能够通过该区域的接触形式保持在同一中心轴线上。
凸轮10的转动作为力源的提供，准静态的施加过程可以缓慢达到玻璃块7的临界值，也避免造成支撑块9的加速度过大，发生撞击问题。从施加载荷开始到玻璃块7破裂，待测传感器5实时采集，获得负阶跃载荷作用下的响应结果。
通过对本实施例动态标定设备的结构分析，其整体结构模态频率较高，具有足够的刚性，动态标定过程中结构稳定，不会产生变形而影响动态标定结果。整体设备占地面积小，结构紧凑，手动操作方便，可靠性高，安全性好，适用于中等量程的力传感器动态标定，满足小型实验室的动态标定需求。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种产生负阶跃载荷的动态标定设备，其特征在于，包括设备外壳（1）、压杆（2）、上承载盘（3）、上垫块（4）、下垫块（6）、玻璃块（7）、下承载盘（8）、支撑块（9）和凸轮（10），
固定在设备外壳（1）上的压杆（2）与上承载盘（3）固定连接，待测传感器（5）固定连接在上承载盘（3）和上垫块（4）之间；
上垫块（4）和下垫块（6）的表面均加工有圆弧形凹槽，玻璃块（7）嵌入上垫块（4）和下垫块（6）表面的圆弧形凹槽中；
下垫块（6）与下承载盘（8）和支撑块（9）上下依次固定连接，通过支撑块（9）搭接于底座（12）的中心圆孔中，并由下方的凸轮（10）支撑；
凸轮（10）准静态转动提供力源，以达到玻璃块（7）的破裂临界值，从施加载荷开始到玻璃块（7）破裂，待测传感器（5）实时采集，获得负阶跃载荷作用下的响应结果；
在断裂前将载荷传递至待测传感器，断裂后瞬间卸载形成负阶跃载荷，完成待测传感器的动态测试；待测传感器布置在玻璃块上方，避免因玻璃块破碎引发附加质量，传感器及其上方部件在整个过程中均为固定状态；
在玻璃块上下区域预留空间，凸轮在最大行程处不会产生空间不足，确保玻璃块断裂后不会继续传递载荷至待测传感器；
支撑块仅靠底座中心圆孔来约束两侧的空间，防止空载下倾覆，实际加载过程中有一定载荷施加后，根据玻璃块上垫块和下垫块的定位，确保整套设备处于中心轴线上，不发生倾斜。
2.根据权利要求1所述的一种产生负阶跃载荷的动态标定设备，其特征在于：上承载盘（3）和下承载盘（8）的最大接触面积不低于2倍待测传感器（5）的接触表面面积。
3.根据权利要求1所述的一种产生负阶跃载荷的动态标定设备，其特征在于：玻璃块（7）改用空心玻璃管或铸铁细长体或陶瓷脆性体。
4.根据权利要求1所述的一种产生负阶跃载荷的动态标定设备，其特征在于：玻璃块（7）在动态标定设备高度方向上的尺寸不低于20mm。
5.根据权利要求1所述的一种产生负阶跃载荷的动态标定设备，其特征在于：凸轮（10）抬升至顶部后，上垫块（4）和下垫块（6）之间保留间隔至少为5mm。
6.根据权利要求1所述的一种产生负阶跃载荷的动态标定设备，其特征在于：通过手柄（13）控制凸轮（10）抬升支撑块（9），整个过程保持准静态状态。
7.根据权利要求1所述的一种产生负阶跃载荷的动态标定设备，其特征在于：待测传感器（5）用于静态标定或动态标定过程中的数据采集。
8.根据权利要求1所述的一种产生负阶跃载荷的动态标定设备，其特征在于：压杆（2）的长度可调。
9.根据权利要求1所述的一种产生负阶跃载荷的动态标定设备，其特征在于：待测传感器（5）处于动态标定设备中心轴线上。
10.根据权利要求1所述的一种产生负阶跃载荷的动态标定设备，其特征在于：玻璃块（7）的下方结构和上方结构处于同一中心轴线上。
CN201811014094.2A 2018-08-31 2018-08-31 一种产生负阶跃载荷的动态标定设备 Active CN108896398B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811014094.2A CN108896398B (zh) 2018-08-31 2018-08-31 一种产生负阶跃载荷的动态标定设备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201811014094.2A CN108896398B (zh) 2018-08-31 2018-08-31 一种产生负阶跃载荷的动态标定设备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108896398A CN108896398A (zh) 2018-11-27
CN108896398B true CN108896398B (zh) 2021-03-26

Family

ID=64358909

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201811014094.2A Active CN108896398B (zh) 2018-08-31 2018-08-31 一种产生负阶跃载荷的动态标定设备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108896398B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110411656B (zh) * 2019-08-27 2024-04-12 济南大学 一种六维力传感器的动态标定设备的加载方法

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4090393A (en) * 1976-12-16 1978-05-23 Ivan Ivanovich Kharitonov Method for the calibration or checking of dynamometers and apparatus embodying same
CN2220638Y (zh) * 1994-12-28 1996-02-21 中国航空工业总公司第三○四研究所 对力传感器做动态标定的装置
CH699670A1 (de) * 2008-10-14 2010-04-15 Kistler Holding Ag Kalibriervorrichtung für Messräder.
KR20100088676A (ko) * 2007-11-21 2010-08-10 볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비 센서를 보정하는 방법
CN102192814A (zh) * 2010-03-19 2011-09-21 周长明 凸轮式独立加卸砝码静重式标准力源装置
CN102980719A (zh) * 2012-11-19 2013-03-20 浙江工业大学 直接加载式力传感器动态标定装置
CN105333993A (zh) * 2015-11-18 2016-02-17 北京理工大学 基于微小负阶跃力的微力传感器动态标定系统及方法
CN107655623A (zh) * 2017-08-15 2018-02-02 杭州电子科技大学 非接触式静动态标定实验台

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10000608C2 (de) * 2000-01-10 2002-05-23 Max Planck Gesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Erfassung der relativen Auftreffpositionen von Mikropartikeln
CN101907639A (zh) * 2010-07-23 2010-12-08 燕山大学 六维加速度传感器标定平台

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4090393A (en) * 1976-12-16 1978-05-23 Ivan Ivanovich Kharitonov Method for the calibration or checking of dynamometers and apparatus embodying same
CN2220638Y (zh) * 1994-12-28 1996-02-21 中国航空工业总公司第三○四研究所 对力传感器做动态标定的装置
KR20100088676A (ko) * 2007-11-21 2010-08-10 볼보 컨스트럭션 이큅먼트 에이비 센서를 보정하는 방법
CH699670A1 (de) * 2008-10-14 2010-04-15 Kistler Holding Ag Kalibriervorrichtung für Messräder.
CN102192814A (zh) * 2010-03-19 2011-09-21 周长明 凸轮式独立加卸砝码静重式标准力源装置
CN102980719A (zh) * 2012-11-19 2013-03-20 浙江工业大学 直接加载式力传感器动态标定装置
CN105333993A (zh) * 2015-11-18 2016-02-17 北京理工大学 基于微小负阶跃力的微力传感器动态标定系统及方法
CN107655623A (zh) * 2017-08-15 2018-02-02 杭州电子科技大学 非接触式静动态标定实验台

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
基于正弦力加载的力传感器动态标定技术研究;尹浩;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 信息科技辑》;20140515(第5期);第12-16页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN108896398A (zh) 2018-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106706207B (zh) 一种用于力传感器动态标定的阶跃力产生装置
CN110530752B (zh) 一种旋转往复摩擦磨损试验机
CN100494968C (zh) 小载荷冲击磨损试验机
CN107860504B (zh) 姿控发动机的准动态推力测量校准一体化装置
CN1282598C (zh) Mems圆片或器件的动态测试加载装置
CN104502202A (zh) 服役温度下材料双轴静动态性能在线测试平台
CN105910919B (zh) 一种高温轴压试验装置和试验方法
CN108896398B (zh) 一种产生负阶跃载荷的动态标定设备
CN201016846Y (zh) 一种冲击磨损试验装置
CN113567042B (zh) 一种轴向力测力环标定装置
KR101684419B1 (ko) 항공기 기체 부품에 장착되는 스페리컬 베어링 시험장치
CN204536132U (zh) 复合应力下微构件高温疲劳性能测试装置
CN106525567B (zh) 持续水环境与可变温度共同作用下的岩石时效变形试验系统
CN209961585U (zh) 橡胶复合密封材料回弹性能测试装置
CN107014701A (zh) 陶瓷基复合料销钉的剪切强度测试方法
CN114486065B (zh) 一种可编程二自由度通用型柔性压力传感器的标定测试装置
CN108036912A (zh) 一种基于逆压电效应的mems微结构三轴式片外激振装置
JP2006010503A (ja) 圧電素子の機械的特性測定装置及び機械的特性測定方法
CN110220788B (zh) 一种适用于x射线ct系统的原位微米力学加载装置
CN211347732U (zh) 一种全自动顶锻试验机
CN108217587A (zh) 用于mems微结构动态特性测试的四轴式底座激励装置
CN109632511B (zh) 一种岩石力学模拟实验装置
CN102478440A (zh) 新型机械式测力机及标定方法
JP2003106922A (ja) 回転体の静的バランス測定装置
CN212904231U (zh) 一种测试载体径向抗压强度的通用装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant