CN109990888B - 一种大量程力测量机构 - Google Patents

Abstract

一种大量程力测量机构，包括负载盘、基座、分载机构、高频测量组件；负载盘和基座平行正相对设置，分载机构和高频测量组件并联设置在负载盘和基座之间；高频测量组件的上下表面分别与负载盘和基座的中心连接；分载机构围绕高频测量组件均匀分布，并且分载机构的上下表面分别与负载盘和基座连接；分载机构内还设置低频测量组件。本发明的大量程力测量机构通过高频测量组件及低频测量组件的复合式设计，有效地通过分载提高了测试量程，并提高了负载刚度；另外，采集过程相互独立，可以互补使用也可以分开单独采集信号，从而提高了全频段的测量精度。

Description

一种大量程力测量机构

技术领域

本发明涉及一种空间微振动测量领域，更具体的，涉及一种大量程力测量机构。

背景技术

空间微振动主要由设备工作时产生，典型的振动源包括太阳帆板驱动机构、姿态调整机构、冷却机构、生保系统(空间站)等等。这些振动具有分布频带宽、振动形式多样等特点。微振动对一般精度要求不高的设备不会造成很大影响，但大型空间望远镜的焦距大，分辨率要求高，即使微小的振动也会导致后端焦平面的像点移动超过允许范围，造成图像模糊，成像质量下降。同时随着空间载荷的质量越来越大，测量过程对量程与精度的要求也越来越严格。

现阶段，国内外微振动测量大部分采用压电式传感器，压电式传感器具有刚度高，动态响应好等优点，但没有静态输出，所以对于低频振动，其信号会产生衰减，测试精度是有待提高的；同时对于空间机械臂等大型机器人关节的腕力传感器一般都是采用应变式传感器，应变式传感器具有结构简单，静态输出精度高等特点，但随着负载越来越高，其刚度量程等指标也往往达不到设计要求，在这种极端的测试环境下，如今并没有开展过相关的研究。

发明内容

本发明旨在克服现有技术存在的缺陷，提供一种新型复合式大量程力测量机构，以测试大质量负载下的全频段振动测试，为提高航天器的姿态控制精度和加强航天器的安全设计提供可靠的测试数据。本发明采用以下技术方案：

一种大量程力测量机构，包括负载盘、基座、分载机构、高频测量组件；所述负载盘和基座平行正相对设置，所述分载机构和高频测量组件并联设置在负载盘和基座之间；所述高频测量组件的上下表面分别与负载盘和基座的中心连接；所述分载机构围绕高频测量组件均匀分布，并且分载机构的上下表面分别与负载盘和基座连接；所述分载机构内还设置低频测量组件。

进一步的，所述的所述分载机构包括第一分载部和第二分载部，所述第一分载部均匀的设置在负载盘上，第二分载部均匀的设置在基座上，且第一分载部与第二分载部同轴相对。

进一步的，所述低频测量组件包括支撑装置、应变片，所述的支撑装置设置在第一分载部内，所述应变片设置在支撑装置上。

进一步的，所述高频测量件为压电陶瓷传感器。

进一步的，所述压电陶瓷传感器包括第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片，所述第一压电陶瓷片通过绝缘外壳设置在负载盘中心，所述第二压电陶瓷片通过绝缘外壳设置在基座中心；所述第一压电陶瓷片和第二压电陶瓷片设有同轴的中心通孔，所述中心通孔贯通绝缘外壳，中心通孔内设置预紧螺栓与负载盘和基座连接。

进一步的，所述支撑装置为双层十字梁结构或其它应变式弹性体结构，并在支撑装置的应变敏感区设置应变片。

进一步的，所述第一分载部和/或第二分载部为环形或正方形。

进一步的，所述的第一分载部为4个或6个。

进一步的，所述压电陶瓷传感器通过预紧螺栓连接在负载盘和基座之间。

本发明的有益效果在于：本发明的大量程力测量机构可用于对航天器内部的活动部件的扰动进行测量，也可以作为机器人关节处腕力传感器；通过压电式及应变式采集的复合式设计，有效地通过分载机构提高了测试量程，并提高了传感器的刚度。

另外，压电式及应变式采集系统以并联的方式安装在负载盘和基座之间，在采集的过程中相互独立，可以互补使用也可以分开单独采集信号，可根据测试环境自由调节。从而弥补了压电陶瓷传感器在低频段测量时的精度损失，提高压电陶瓷传感器全频段的测量精度。

附图说明

图1为本发明一个实施例的大量程力测量机构的立体图；

图2为本发明一个实施例的大量程力测量机构的负载盘立体图；

图3为本发明一个实施例的大量程力测量机构的基座立体图；

图4为本发明一个实施例的大量程力测量机构的剖面图。

1、负载盘；2、基座；3、压电陶瓷传感器；4、第一分载部；

5、第二分载部；6、第一压电陶瓷片；7、第二压电陶瓷片；

8、应变片；9、支撑装置。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

实施例：

如图1所示，本发明通过负载盘1及基座2与外界相连，当作为微振动测量平台时，基座2可固定在地面或隔振平台上，负载盘1与振源连接；当作为机械臂或机器人腕力传感器使用时，负载盘1与基座2分别与机械臂或机器人组件连接，与机械臂随动测量关节扰振力。

本发明实施例提供了一种大量程力测量机构，包括负载盘1、基座2、分载机构、高频测量组件；负载盘1和基座2平行正相对设置，分载机构和高频测量组件并联设置在负载盘1和基座2之间；高频测量组件的上下表面分别与负载盘1和基座2的中心连接；分载机构围绕高频测量组件均匀分布，并且分载机构的上下表面分别与负载盘1和基座2连接；分载机构内还设置低频测量组件。

分载机构包括第一分载部和第二分载部，第一分载部均匀的设置在负载盘上，第二分载部均匀的设置在基座上，且第一分载部与第二分载部同轴相对。

本实施例的第一分载部4和第二分载部5均为环形结构，如图2-3所示，第一分载部4和第二分载部均为4个。

在一些实施例中，第一分载部4和第二分载部也可以为方形等其他结构，并不局限于环形；第一分载部4和第二分载部也可以为6个。

高频测量组件为压电陶瓷传感器3，压电陶瓷传感器3包括第一压电陶瓷片6和第二压电陶瓷片7，第一压电陶瓷片6通过绝缘外壳设置在负载盘1中心，第二压电陶瓷片7通过绝缘外壳设置在基座2中心；第一压电陶瓷片6和第二压电陶瓷片7设有同轴的中心通孔，中心通孔贯通绝缘外壳。

预紧螺栓穿过中心通孔将压电陶瓷传感器3连接在负载盘1和基座2之间。当压电陶瓷传感器3通过预紧螺栓连接在负载盘1及基座2之间时，第一分载部4和第二分载部5通过预紧力也紧紧的压在一起。

本实施例只有一个预紧螺栓将压电陶瓷传感器3压紧在负载盘1及基座2之间，根据实际需求，可增加预紧螺栓，并不局限于本实施例所示的位置。

压电陶瓷传感器的采集通路与压电陶瓷传感器绝缘。

低频测量组件包括支撑装置9、应变片8，支撑装置9设置在第一分载部4内，应变片8设置在支撑装置9上。应变片8附在分载机构上，在负载盘1承受力时，可以产生应变。应变片8的采集通路与压电陶瓷传感器绝缘。

本申请的大量程力测量机构设置第一分载部4和第二分载部5可以有效的提高压电式陶瓷传奇的承载能力，同时在第一分载部4上设置应变片8，可以弥补压电陶瓷传感器在低频段测量时的精度损失，提高压电陶瓷传感器全频段的测量精度；这个过程是线性的，针对高频测量时，直接采用压电陶瓷传感器的压电信号作为最终输出结果，同理，针对低频时，可以直接采用应变片的应变信号作为最终输出结果。本发明的大量力程测量机构通过压电陶瓷传感器采集振源输出轴向力及剪切力，通过解耦得到被测振源的六维力分量。

本实施例中所述的支撑装置为双层十字梁结构或其它弹性体结构，并在支撑装置的应变敏感区设置应变片。本发明的支撑装置并不局限于本实施例的结构，也可以为其他形式，例如，可以为设置在第一分载部上的单孔结构，也可以是分别设置在第一分载部和第二分载部上的哑铃孔结构等常用应变式弹性体结构。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”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发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所作出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种大量程力测量机构，其特征在于，包括负载盘(1)、基座(2)、分载机构、高频测量组件；

所述负载盘(1)和基座(2)平行正相对设置，

所述分载机构和高频测量组件并联设置在负载盘(1)和基座(2)之间；

所述高频测量组件的上下表面分别与负载盘(1)和基座(2)的中心连接；

所述分载机构围绕高频测量组件均匀分布，并且分载机构的上下表面分别与负载盘(1)和基座(2)连接；

所述分载机构内还设置低频测量组件；

所述分载机构包括第一分载部(4)和第二分载部(5)，所述第一分载部均匀的设置在负载盘(1)上，第二分载部均匀的设置在基座(2)上，且第一分载部(4)与第二分载部(5)同轴相对。

2.如权利要求1所述的大量程力测量机构，其特征在于，所述低频测量组件包括支撑装置(9)、应变片(8)，所述的支撑装置(9)设置在第一分载部(4)内，所述应变片设置在支撑装置(9)上。

3.如权利要求1所述的大量程力测量机构，其特征在于，所述高频测量组件为压电陶瓷传感器。

4.如权利要求3所述的大量程力测量机构，其特征在于，所述压电陶瓷传感器包括第一压电陶瓷片(6)和第二压电陶瓷片(7)，所述第一压电陶瓷片(6)通过绝缘外壳设置在负载盘(1)中心，所述第二压电陶瓷片(7)通过绝缘外壳设置在基座(2)中心；所述第一压电陶瓷片(6)和第二压电陶瓷片(7)设有同轴的中心通孔，所述中心通孔贯通绝缘外壳，中心通孔内设置预紧螺栓与负载盘(1)和基座(2)连接。

5.如权利要求2所述的大量程力测量机构，其特征在于，所述支撑装置(9)为双层十字梁弹性体结构，并在支撑装置(9)的应变敏感区设置应变片(8)。

6.如权利要求1所述的大量程力测量机构，其特征在于，所述第一分载部(4)和/或第二分载部(5)为环形或正方形。

7.如权利要求1所述的大量程力测量机构，其特征在于，所述的第一分载部(4)为4个或6个。

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