CN109030868A - 落震试验中平面运动物体角加速度测量方法 - Google Patents

落震试验中平面运动物体角加速度测量方法 Download PDF

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彭刚
孙福强
刘群根
黄怀英
刘庆彬
刘征
熊俊涛
朱利媛
林海彬
郑甜
万建平
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    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/16—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by evaluating the time-derivative of a measured speed signal
    • G01P15/165—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by evaluating the time-derivative of a measured speed signal for measuring angular accelerations

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Abstract

本发明公开了落震试验中平面运动物体角加速度测量方法，该方法使用每一个测试点在直角坐标系下的位移分量，速度分量，加速度分量，仅需要测量标记点的时间历程曲线而获得；本发明的有益效果是：避免极坐标变换或者使用反三角函数，避免了大量的数据和图像处理，简化了计算，不需要额外增加设备成本，测量过程中不受冲击影响，对平面运动物体没有附加质量，不受电磁环境干扰，有良好的动态响应性能，数据处理简单，测试安全可靠。

Description

落震试验中平面运动物体角加速度测量方法
技术领域
本发明涉及角加速度测量技术，具体涉及落震试验中平面运动物体角加速度测量方法。
背景技术
起落架落震试验中，某构件随起落架一起落下，猛烈的撞击中，该构件呈现平面运动状态，并且伴有垂直于其平面的强烈震动。测试其平面运动状态的角加速度对其结构设计和优化有着重要意义。中国专利ZL 201720636904.2公开了一种非接触式转速及角加速度测量装置，该装置容易受到现场电磁噪声的干扰，因此应用范围有限。中国专利ZL201610510913.7公开了一种用于角加速度测量的装置，该装置确定角加速度的方向不便，并且如果垂直于测量平面的方向有振动，那么测量的结果会耦合较大噪声。中国专利ZL201710512252.6公开了一种多环液环角加速度计，该角加速度计结构过于复杂，不适合冲击振动环境下角加速度的测量，还有些角加速度传感器基于电磁式，容易在测试过程中受到其他电磁场的干扰。
测试平面运动物体的角加速度，传统的测量方式存在种种障碍。首先附加额外的质量，其次一般的传感器有的会有垂直于其测试方向的横向灵敏度，因此有些传统的传感器会感应到垂直于其测量方向的振动，这导致了测试结果误差较大，再次一些电磁式的角加速度传感器容易受到外界电磁场的干扰，所以都不适合平面运动物体的测量。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于克服传统的角速度传感器测量过程的附加质量问题，克服由垂直于其测试方向的灵敏度导致测试结果中耦合其他方向振动而导致的噪声问题；提供一种实用可靠，无附加质量，不受测试构件的尺寸和结构限制，不受电磁干扰，不受垂直于测试构件平面的振动影响的落震试验中平面运动物体角加速度测量方法。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：落震试验中平面运动物体角加速度测量方法，该测量方法是通过以下步骤实现的：
1)在平面运动物体上不同的部位粘贴标记，分别为A标记和B标记；
2)安装高速摄像机，并对准平面运动物体粘贴标记的表面，捕获A标记和B标记的运动图像；
3)通过图像处理，获得A标记和B标记的x方向和y方向的时间历程曲线；
4)A标记和B标记的时间历程曲线分别对时间t作差分，获得A标记和B标记的速度的时间历程曲线；再差分一次，获得A标记和B标记的加速度的时间历程曲线，将计算结果带入方程式
中，利用该公式计算出粘贴了A标记和B标记的平面运动物体的角加速度αAB，该方程式的2个方程是矢量方程沿x方向和y方向的分量，这两个方程不是独立的。
进一步，所述A标记为机轮中心。
本发明的有益效果是：①该发明避免极坐标变换或者使用反三角函数，避免了大量的数据和图像处理，仅仅使用每一个测试点在直角坐标系下的位移分量，速度分量，加速度分量，也避免了一般的加速度合成法则中要考虑的加速度方向的问题，因而简化了计算；
②不需要额外增加设备成本，仅需要测量标记点的时间历程曲线，测量过程中不受冲击影响，对平面运动物体没有附加质量，不受电磁环境干扰，有良好的动态响应性能，数据处理简单，测试安全可靠。
附图说明
图1为本发明所作的平面运动物体表面粘贴标记的示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释本发明，并不用于限制本发明。
如图1所示，本发明提供一种落震试验中平面运动物体角加速度测量方法，该测量方法是通过以下步骤实现的：
1)在平面运动物体上不同的部位粘贴标记为：A标记和B标记；
2)安装高速摄像机，并对准平面运动物体粘贴标记的表面，捕获A标记和B标记的运动图像；
3)通过图像处理获得A标记和B标记的x方向和y方向的时间历程曲线，分别为：xA＝xA(t)、yA＝yA(t)、xB＝xB(t)、yB＝yB(t)，其中，xA＝xA(t)表示A标记的x坐标的时间历程曲线，yA＝yA(t)表示A标记的y坐标的时间历程曲线，xB＝xB(t)表示B标记的x坐标的时间历程曲线，yB＝yB(t)表示B标记的y坐标的时间历程曲线；
4)A标记和B标记的时间历程曲线分别对时间作差分，可以获得A标记和B标记的运动速度，分别为： 其中，vAx表示A标记的x方向的速度，vAy表示A标记的y方向的速度，vBx表示B标记的x方向的速度，vBy表示B标记的y方向的速度，ΔxA表示A标记的x坐标的增量，ΔyA表示A标记的y坐标的增量，ΔxB表示B标记的x坐标的增量，ΔyB表示B标记的y坐标的增量，Δt表示时间增量；再差分一次，可以获得A标记和B标记的运动加速度，分别为： 其中，aAx表示A标记的x方向的加速度，a Ay表示A标记的y方向的加速度，aBx表示B标记的x方向的加速度，aBy表示B标记的y方向的加速度，ΔvAx表示A标记的x方向速度的增量，ΔvAy表示A标记的y方向速度的增量，ΔvBx表示B标记的x方向速度的增量，ΔvBy表示B标记的y方向速度的增量，Δt表示时间增量；
对于刚体(刚体为在理论中，指该物体不变形；在实际当中，指可以忽略该物体的变形。)的平面运动，有以下公式:
式中：表示直角坐标系的基矢量，v表示速度，ωAB表示平面运动物体的角速度，rAB表示A点和B点之间的距离；
进一步，可以得到公式：
式中：x，y表示平面运动的位移分量。将式(2)的两边分别对时间t求导，可得到：
式中：a表示加速度，αAB表示平面运动物体的角加速度；利用公式(3)计算粘贴了A标记和B标记的平面运动物体的角加速度αAB。
优选的，所述A标记为机轮中心。
优选的，所述式(3)一共有两个方程可供选择，这两个方程不是独立的，如果A，B两点基本处于水平位置那么很明显式(3)的第一式的分母将趋近于0，这个是不利于计算机处理的问题，因此在实际使用中的一般原则是：如果使用式(3)中的第一式；如果使用式(3)中的第二式；从计算中可以看到，不需要再去额外考虑角加速度的方向，因而简化了分析和计算，也不需要对图像和数据做极坐标变换或者使用反三角函数，避免了大量的图像和处数据理。
最后应说明的是：以上实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其进行限制，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范围。

Claims (5)

1.落震试验中平面运动物体角加速度测量方法，该测量方法是通过以下步骤实现的：
1)在平面运动物体上不同的部位粘贴标记，分别为A标记和B标记；
2)安装高速摄像机，并对准平面运动物体粘贴标记的表面，捕获A标记和B标记的运动图像；
3)通过图像处理，获得A标记和B标记的x方向和y方向的时间历程曲线，分别为：xA＝xA(t)、yA＝yA(t)、xB＝xB(t)、yB＝yB(t)，其中，xA＝xA(t)表示A标记的x坐标的时间历程曲线，yA＝yA(t)表示A标记的y坐标的时间历程曲线，xB＝xB(t)表示B标记的x坐标的时间历程曲线，yB＝yB(t)表示B标记的y坐标的时间历程曲线；
4)A标记和B标记的时间历程曲线分别对时间作差分，获得A标记和B标记的运动速度，分别为： 其中，vAx表示A标记的x方向的速度，vAy表示A标记的y方向的速度，vBx表示B标记的x方向的速度，vBy表示B标记的y方向的速度，ΔxA表示A标记的x坐标的增量，ΔyA表示A标记的y坐标的增量，ΔxB表示B标记的x坐标的增量，ΔyB表示B标记的y坐标的增量，Δt表示时间增量；再差分一次，可获得A标记和B标记的运动加速度，分别为：其中，aAx表示A标记的x方向的加速度，aAy表示A标记的y方向的加速度，aBx表示B标记的x方向的加速度，aBy表示B标记的y方向的加速度，ΔvAx表示A标记的x方向速度的增量，ΔvAy表示A标记的y方向速度的增量，ΔvBx表示B标记的x方向速度的增量，ΔvBy表示B标记的y方向速度的增量，Δt表示时间增量，将计算结果带入方程式中，利用该公式计算出粘贴了A标记和B标记的平面运动物体的角加速度αAB，该方程式是矢量方程沿x方向和y方向的分量，这两个方程不是独立的。
2.根据权利要求1所述的落震试验中平面运动物体角加速度测量方法，其特征在于：所述A标记为机轮中心。
3.根据权利要求1所述的落震试验中平面运动物体角加速度测量方法，其特征在于：所述平面运动物体为刚体。
4.根据权利要求3所述的落震试验中平面运动物体角加速度测量方法，其特征在于：所述刚体的平面运动通过以下公式计算:
式中：表示直角坐标系的基矢量，v表示速度，ωAB表示平面运动物体的角速度，rAB表示A点和B点之间的距离；
进一步，可以得到公式：
式中：x，y表示平面运动的位移分量，将式(2)的两边分别对时间t求导，可得到：
式中：a表示加速度，αAB表示平面运动物体的角加速度；利用公式(3)计算粘贴了A标记和B标记的平面运动物体的角加速度αAB。
5.根据权利要求4所述的落震试验中平面运动物体角加速度测量方法，其特征在于：所述式(3)在实际使用中的原则为，如果使用式(3)中的第一式；如果使用式(3)中的第二式。
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