CN109211505A - 一种超薄超轻结构的振动特性测试装置及方法 - Google Patents

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张雪飞
王鑫
何乾强
李炳秀
李双书
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    • G—PHYSICS
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Abstract

本申请涉及振动特性测试领域，特别涉及一种超薄超轻结构的振动特性测试装置及方法。该超薄超轻结构的振动特性测试装置，包括试验夹具(1)、试验件(2)、激光测振仪(3)、以及激振设备。试验件(2)的一端安装在试验夹具(1)上，激光测振仪(3)设置在试验件(2)的相应位置，用于测量试验件(2)的振动响应数据，激振设备用于为试验件(2)加载激励，激振设备采用压缩空气作为激励源。本申请提供的超薄超轻结构的振动特性测试装置，通过非接触式的激光测振仪来测量试验件的振动响应，并采用压缩空气作为激励源，避免了现有技术中的测量仪器和激励装置对试验件带来的附加影响，使实验结果更加准确，该装置结构简单，适用性强。

Description

一种超薄超轻结构的振动特性测试装置及方法
技术领域
本申请属于振动特性测试领域，特别涉及一种超薄超轻结构的振动特性测试装置及方法。
背景技术
各类机械及结构在设计和使用过程中，都要进行相关系统的振动特性测试，如汽车和飞行器的模态特性测试，旋转机械在运行过程中的振动特性测试，桥梁建筑使用过程中的振动特性测试等。了解和掌握结构的振动特性，对于结构的设计和使用具有十分重要的意义，而这些结构的形式、大小、重量又千差万别，针对不同的结构特点，为了得到准确的试验数据，都需要最合适的测试方法。
目前的振动测试方法，主要是在试验件上安装加速度传感器，使用激振器或力锤进行激振，引起试验件的振动，测量出输入激励的大小和试验件振动响应产生的加速度大小，从而计算出试验件的频率，振型，阻尼等相关振动特性参数，这种方法的测试技术已经十分成熟，但是激振器、力锤和加速度传感器对试验件产生的附加质量与附加刚度，会对测试结果带来一定影响，对于汽车梁架、大桥、飞机机翼等重量大，刚度大的结构，这种影响很小，几乎可以忽略不计，所以测试结果十分准确，但是对于卫星电池帆板，微型无人机机翼，计算机芯片等超薄或者超轻柔结构，质量和刚度都非常小，这种影响就会变得非常巨大，如果不加以考虑，会对测试结果带来颠覆性的影响，同时，对于超薄或者超轻结构，激振器和力锤在施加激励和测量激励方面也存在一定的困难。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本申请的目的是提供一种超薄超轻结构的振动特性测试装置及方法，以解决现有技术存在的至少一个问题。
本申请的技术方案是：
一种超薄超轻结构的振动特性测试装置，包括：
试验夹具；
试验件，所述试验件安装在所述试验夹具上；
激光测振仪，所述激光测振仪用于测量所述试验件的振动响应数据；
激振设备，所述激振设备用于为所述试验件加载激励。
可选地，还包括计算机数据采集系统，所述计算机数据采集系统与所述激光测振仪连接。
可选地，所述激振设备包括气流喷嘴、控制阀以及空压机，所述气流喷嘴的入口端通过气管与所述空压机连接，所述气流喷嘴的出口端用于从所述试验件上预定位置处为所述试验件加载激励，所述控制阀设置在所述气管上。
可选地，所述控制阀为电磁伺服控制阀。
可选地，还包括计算机控制系统，所述计算机控制系统用于控制所述电磁伺服控制阀。
可选地，还包括力传感器，所述力传感器安装在所述试验件上，所述力传感器与所述计算机数据采集系统连接。
可选地，还包括计算机数据分析系统，所述计算机数据分析系统用于根据所述计算机数据采集系统采集的数据计算所述试验件的振动特性参数。
一种超薄超轻结构的振动特性测试方法，基于如上所述的超薄超轻结构的振动特性测试装置，包括：
步骤一：将试验件安装到试验夹具上，在试验件上设置激励点；
步骤二：在试验件的激励点安装力传感器，将力传感器与计算机数据采集系统连接，将激振设备的气流喷嘴对准试验件的预定位置；
步骤三：给空压机充压，通过计算机控制系统控制电磁伺服控制阀，使气流喷嘴喷出不同流量和压力的压缩空气，通过计算机数据采集系统采集力传感器的信号，得到力信号曲线；
步骤四：拆除力传感器，将激光测振仪安装到相应的位置；
步骤五：选择相应的力信号曲线，计算机控制系统根据该力信号曲线控制电磁伺服控制阀，使气流喷嘴喷出压缩空气，对试验件进行激励，激光测振仪采集试验件的振动响应数据，并传送给计算机数据采集系统；
步骤六：计算机数据分析系统根据力信号曲线数据以及试验件的振动响应数据，计算出试验件的振动特性参数。
可选地，步骤三中，在通过计算机控制系统控制电磁伺服控制阀之前，对气流喷嘴喷出的空气的压力进行标定。
可选地，步骤六中，试验件的振动特性参数包括振动频率、振型、阻尼。
发明至少存在以下有益技术效果：
本申请的超薄超轻结构的振动特性测试装置，采用非接触式的激光测振仪测量试验件的振动响应，并通过压缩空气作为激励源，排除了激励装置和测量仪器给试验件带来的附加影响，试验结果更准确，该装置结构简单，适用性强。
附图说明
图1是本申请一个实施方式提供的超薄超轻结构的振动特性测试装置；
图2是本申请一个实施方式提供的超薄超轻结构的振动特性测试方法原理图；
其中：
1-试验夹具；2-试验件；3-激光测振仪；4-气流喷嘴；5-控制阀；6-空压机；7-计算机数据采集系统；8-力传感器。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
下面结合附图1至图2对本申请做进一步详细说明。
如图1所示，本申请提供一种超薄超轻结构的振动特性测试装置，包括试验夹具1、试验件2、激光测振仪3、以及激振设备。
具体的，在本申请的一个实施方式中，试验件2的一端安装在试验夹具1上，激光测振仪3设置在试验件2的相应位置，用于测量试验件2的振动响应数据，激振设备用于为试验件2加载激励，激振设备采用压缩空气作为激励源。
进一步，本申请的超薄超轻结构的振动特性测试装置，还包括计算机数据采集系统7，计算机数据采集系统7与激光测振仪3连接，用于接收激光测振仪3测得的试验件2的振动响应数据。
激振设备可以包括气流喷嘴4、控制阀5以及空压机6，气流喷嘴4的入口端通过气管与空压机6连接，气流喷嘴4的出口端用于从试验件2上预定位置处为试验件2加载激励，控制阀5设置在气管上，控制阀5用于控制从气流喷嘴4喷出的空气的流量及压力。本实施例中，控制阀5为电磁伺服控制阀。
有利的是，本申请的超薄超轻结构的振动特性测试装置，还包括计算机控制系统，该计算机控制系统用于控制电磁伺服控制阀。
有利的是，本申请的超薄超轻结构的振动特性测试装置，还包括力传感器8，该力传感器8安装在试验件2上，力传感器8与计算机数据采集系统7连接。
有利的是，本申请的超薄超轻结构的振动特性测试装置，还包括计算机数据分析系统，计算机数据分析系统用于根据计算机数据采集系统7采集的数据计算试验件2的振动特性参数。
基于如上所述的超薄超轻结构的振动特性测试装置，本申请还提供了一种超薄超轻结构的振动特性测试方法，该方法包括如下步骤：
步骤一：将试验件安装到试验夹具上，在试验件上设置激励点；
步骤二：在试验件的激励点安装力传感器，将力传感器与计算机数据采集系统连接，将激振设备的气流喷嘴对准试验件的预定位置；
步骤三：给空压机充压，通过计算机控制系统控制电磁伺服控制阀，使气流喷嘴喷出不同流量和压力的压缩空气，通过计算机数据采集系统采集力传感器的信号，得到力信号曲线；
步骤四：拆除力传感器，将激光测振仪安装到相应的位置；
步骤五：选择相应的力信号曲线，计算机控制系统根据该力信号曲线控制电磁伺服控制阀，使气流喷嘴喷出压缩空气，对试验件进行激励，激光测振仪采集试验件的振动响应数据，并传送给计算机数据采集系统；
步骤六：计算机数据分析系统根据力信号曲线数据以及试验件的振动响应数据，计算出试验件的振动特性参数。
其中，上述步骤三中，在通过计算机控制系统控制电磁伺服控制阀之前，首先对气流喷嘴喷出的空气的压力进行标定。
其中，上述步骤六中，试验件的振动特性参数包括振动频率、振型、阻尼等。
本申请提供的超薄超轻结构的振动特性测试装置，通过非接触式的激光测振仪来测量试验件的振动响应，并采用压缩空气作为激励源，避免了现有技术中的测量仪器和激励装置对试验件带来的附加影响，使实验结果更加准确，该装置结构简单，适用性强。
本申请提供的超薄超轻结构的振动特性测试方法，首先在试验件上设置力传感器，再通过不同流量和压力的压缩空气对试验件施加力，从而得到不同流量和压力的压缩空气与力的对应关系；再通过激光测振仪测量试验件的振动响应数据；最后通过不同流量和压力的压缩空气对应的力的大小来与激光测振仪得到的振动响应数据来进行拟合，最终得到试验件的振动特性参数。该方法为超薄超轻结构的振动特性测试提供了一种有效解决途径，测量精度好，自动化程度高。
本申请的超薄超轻结构的振动特性测试装置及方法，在超薄超轻结构振动特性的试验研究和验证方面具有重要意义。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种超薄超轻结构的振动特性测试装置，其特征在于，包括：
试验夹具(1)；
试验件(2)，所述试验件(2)安装在所述试验夹具(1)上；
激光测振仪(3)，所述激光测振仪(3)用于测量所述试验件(2)的振动响应数据；
激振设备，所述激振设备用于为所述试验件(2)加载激励。
2.根据权利要求1所述的超薄超轻结构的振动特性测试装置，其特征在于，还包括计算机数据采集系统(7)，所述计算机数据采集系统(7)与所述激光测振仪(3)连接。
3.根据权利要求2所述的超薄超轻结构的振动特性测试装置，其特征在于，所述激振设备包括气流喷嘴(4)、控制阀(5)以及空压机(6)，所述气流喷嘴(4)的入口端通过气管与所述空压机(6)连接，所述气流喷嘴(4)的出口端用于从所述试验件(2)上预定位置处为所述试验件(2)加载激励，所述控制阀(5)设置在所述气管上。
4.根据权利要求3所述的超薄超轻结构的振动特性测试装置，其特征在于，所述控制阀(5)为电磁伺服控制阀。
5.根据权利要求4所述的超薄超轻结构的振动特性测试装置，其特征在于，还包括计算机控制系统，所述计算机控制系统用于控制所述电磁伺服控制阀。
6.根据权利要求5所述的超薄超轻结构的振动特性测试装置，其特征在于，还包括力传感器(8)，所述力传感器(8)安装在所述试验件(2)上，所述力传感器(8)与所述计算机数据采集系统(7)连接。
7.根据权利要求6所述的超薄超轻结构的振动特性测试装置，其特征在于，还包括计算机数据分析系统，所述计算机数据分析系统用于根据所述计算机数据采集系统(7)采集的数据计算所述试验件(2)的振动特性参数。
8.一种超薄超轻结构的振动特性测试方法，基于权利要求7所述的超薄超轻结构的振动特性测试装置，其特征在于，包括：
步骤一：将试验件安装到试验夹具上，在试验件上设置激励点；
步骤二：在试验件的激励点安装力传感器，将力传感器与计算机数据采集系统连接，将激振设备的气流喷嘴对准试验件的预定位置；
步骤三：给空压机充压，通过计算机控制系统控制电磁伺服控制阀，使气流喷嘴喷出不同流量和压力的压缩空气，通过计算机数据采集系统采集力传感器的信号，得到力信号曲线；
步骤四：拆除力传感器，将激光测振仪安装到相应的位置；
步骤五：选择相应的力信号曲线，计算机控制系统根据该力信号曲线控制电磁伺服控制阀，使气流喷嘴喷出压缩空气，对试验件进行激励，激光测振仪采集试验件的振动响应数据，并传送给计算机数据采集系统；
步骤六：计算机数据分析系统根据力信号曲线数据以及试验件的振动响应数据，计算出试验件的振动特性参数。
9.根据权利要求8所述的超薄超轻结构的振动特性测试方法，其特征在于，步骤三中，在通过计算机控制系统控制电磁伺服控制阀之前，对气流喷嘴喷出的空气的压力进行标定。
10.根据权利要求9所述的超薄超轻结构的振动特性测试方法，其特征在于，步骤六中，试验件的振动特性参数包括振动频率、振型、阻尼。
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