CN110715717B - 一种航天员质量测量方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种航天员质量测量方法及装置，方法包括：步骤1，设置悬臂梁，在悬臂梁的上表面设座椅；在自由端底面连激振器；在悬臂梁的下方设位移传感器，位移传感器与悬臂梁之间具有间隙；步骤2，启动激振器，驱动悬臂梁和座椅产生频率为激振器的激振频率的正弦振动，悬臂梁与位移传感器的相对位移发生频率为激振器的激振频率的正弦变化；步骤3，将航天员的质量预设成大小不同的数值，测量不同质量与其对应的振幅的数值，拟合获得表征质量和振幅之间关系的质量测量标准曲线；步骤4，根据质量测量标准曲线和位移传感器实际的悬臂梁振幅，获得航天员的实际质量。本发明可以通过悬臂梁振幅测量物体质量，振动频率和幅值可控，结构简单。

Description

一种航天员质量测量方法及装置

技术领域

本发明涉及物体质量测量技术领域，特别涉及一种航天员质量测量方法及装置。

背景技术

目前，太空最简单的测量质量的方法是利用牛顿第二定律，物体质量与加速度成反比，用一个大小和方向固定的力拉一个物体，然后测量物体的加速度，便可以计算出物体的质量。但这种方法其实也有很大的局限性，比如：首先，如果量程太短，加速度的测量就会很不准确，误差会很大。其次，对于体积太大的物体，很难被实施一个固定大小的力。还有，运动需要确定参照物，参照物的选取也会极大的影响测量的准确度。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。

发明内容

本发明的目的在于提供一种航天员质量测量方法及装置来克服或至少减轻现有技术的上述缺陷中的至少一个。

为实现上述目的，本发明提供一种航天员质量测量方法，所述航天员质量测量方法包括：

步骤1，设置具有固定端和自由端的悬臂梁，在所述悬臂梁的上表面固定设置座椅，质量测量时航天员被固定在所述座椅上；在所述自由端的底面连接激振器，所述激振器的激振频率小于所述悬臂梁的一阶固有频率；在所述悬臂梁的正下方设置位移传感器，且所述位移传感器与所述悬臂梁的底面之间具有间隙；

步骤2，通过启动所述激振器，驱动所述悬臂梁和座椅产生频率为所述激振器的激振频率的正弦振动，所述悬臂梁与所述位移传感器之间的相对位移发生频率为所述激振器的激振频率的正弦变化，所述位移传感器测量所述悬臂梁的振幅；

步骤3，将所述座椅上承载的所述航天员的质量预先设置成多组大小不同的数值，利用步骤2提供的方法，测量不同所述质量与其对应的所述振幅的数值，并拟合获得表征所述质量和振幅之间对应关系的质量测量标准曲线；

步骤4，利用步骤2的方法，根据所述质量测量标准曲线和所述位移传感器实际测到的所述悬臂梁的振幅，获得所述航天员的实际质量。

进一步地，所述位移传感器和座椅均设置在沿所述悬臂梁的长度方向的中点位置，所述位移传感器测量所述悬臂梁中心的振幅。

进一步地，所述步骤1中，所述位移传感器采用激光位移传感器，所述间隙为100mm。

进一步地，所述步骤2中，所述激振器采用推力100kg公斤、行程为10mm的电动缸，与所述自由端垂直铰接，以1Hz频率作正弦往复运动，使得所述悬臂梁带动所述座椅及其上面承载的人或物作等频率振动。

本发明还提供一种航天员质量测量装置，所述航天员质量测量装置包括悬臂梁，其具有固定端和自由端，在所述悬臂梁的上表面固定设置有承载航天员的座椅，质量测量时航天员被固定在所述座椅上；所述自由端的底面连有激振器，所述激振器的激振频率小于所述悬臂梁的一阶固有频率；所述悬臂梁的正下方设置位移传感器，且所述位移传感器与所述悬臂梁的底面之间具有间隙；所述激振器能够驱动所述悬臂梁和座椅产生频率为所述激振器的激振频率的正弦振动，所述悬臂梁与所述位移传感器之间的相对位移发生频率为所述激振器的激振频率的正弦变化，所述位移传感器测量所述悬臂梁的振幅。

进一步地，所述位移传感器和座椅均设置在沿所述悬臂梁的长度方向的中点位置，所述位移传感器测量所述悬臂梁中心的振幅。

进一步地，所述位移传感器为激光位移传感器，所述间隙为100mm。

进一步地，所述激振器为推力100kg公斤、行程为10mm的电动缸，与所述自由端垂直铰接，以1Hz频率作正弦往复运动，使得所述悬臂梁带动所述座椅及其上面承载的人或物作等频率振动。

进一步地，所述悬臂梁为不锈钢板。

本发明可以使航天员坐在悬臂梁中心的座椅上，在悬臂梁的自由端施加特定频率和幅度的振动，通过测量悬臂梁座椅下方振动挠度大小，测量物体质量，结构简单，易于操作。

附图说明

图1为本发明航天员质量测量装置结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

如图1所示，本发明实施例所提供的航天员质量测量方法包括：

步骤1，设置质量测量装置：质量测量装置包括悬臂梁1，悬臂梁1具有固定端11和自由端12，即悬臂梁1水平布置，固定端11固定到基座(图中未示出)上。悬臂梁1采用不锈钢板，长度为1000mm，宽度为150mm，厚度为10mm，则其一阶固有频率计算如下：

在悬臂梁1的上表面固定设置座椅4，待测质量的航天员5被固定在座椅4上，航天员5与座椅4保持同步运动。为了方便测量，座椅4最好固定于悬臂梁1中点位置。

在悬臂梁1的自由端12的底面连接激振器2，悬臂梁1的一阶固有频率f1，激振器2的激振频率f2，激振频率f2小于悬臂梁1的一阶固有频率f1。本实施例中，激振器2采用推力为100kg公斤的电动缸，与悬臂梁1的自由端12垂直铰接，电动缸行程10mm，以1Hz频率作正弦往复运动，使得悬臂梁1可以带动座椅4和航天员作等频率振动。

在悬臂梁1的正下方设置位移传感器3，且位移传感器3与悬臂梁1的底面在重力方向上具有间隙。在一个实施例中，位移传感器3和座椅4均设置在沿悬臂梁1的长度方向的中点位置，位移传感器3测量悬臂梁1中心的振幅。位移传感器3为激光位移传感器，位移测量中心距离100mm，位移测量范围+/-35mm，悬臂梁1的自由端12与激振器2相连，位移传感器3位于悬臂梁1中点正下方100mm，即所述间隙为100mm。

步骤2，通过启动激振器2，驱动悬臂梁1和座椅4产生频率为激振器2的激振频率的正弦振动，悬臂梁1与位移传感器3之间的相对位移发生频率为激振器2的激振频率的正弦变化，位移传感器3测量悬臂梁1的振幅A。待测航天员5坐在座椅4上，通过激振器2对悬臂梁1进行激振，位移传感器3测量悬臂梁1的中心振幅，座椅4上航天员5的质量为m时，位移传感器3的振幅为A，随着航天员5的质量增加，位移传感器3的振幅减小。

步骤3，将座椅4上承载的航天员5的质量m预先设置成多组大小不同的数值，利用步骤2提供的方法，测量不同航天员的质量m与其对应的振幅A的数值，并拟合获得表征航天员的质量m和振幅A之间对应关系的质量测量标准曲线。通过测量不同航天员5的质量m和对应位移传感器3的振幅A，得到航天员5的质量m和位移传感器3的振幅A拟合质量测量标准曲线。比如：将总质量从50kg到100kg每隔5kg的航天员5坐在座椅4上，激振器2以1Hz频率使得悬臂梁振动，分别测量不同质量航天员时位移传感器3的振幅A，随着航天员5的质量增加，位移传感器3的振幅减小，记录不同航天员的质量m和对应位移传感器3的振幅A，得到航天员质量m和位移传感器3的振幅A，拟合质量测量标准曲线。

步骤4，利用步骤2的方法，根据所述质量测量标准曲线，将位移传感器3实际测到的悬臂梁1的振幅在所述质量测量标准曲线找到对应的质量，便是所述航天员的实际质量。

本实施例可以使航天员坐在悬臂梁中心的座椅上，在悬臂梁的自由端施加特定频率和幅度的振动，通过测量悬臂梁座椅下方振动挠度大小，测量物体质量，结构简单，易于操作。

本发明还提供一种航天员质量测量装置，所述航天员质量测量装置包括悬臂梁1，悬臂梁1具有固定端11和自由端12，即悬臂梁1水平布置，固定端11固定到基座(图中未示出)上。悬臂梁1采用不锈钢板，长度为1000mm，宽度为150mm，厚度为10mm，则其一阶固有频率计算如下：

在悬臂梁1的上表面固定设置座椅4，待测质量的航天员5被固定在座椅4上，航天员5与座椅4保持同步运动。为了方便测量，座椅4最好固定于悬臂梁1中点位置。

悬臂梁1的自由端12的底面连有激振器2，悬臂梁1的正下方设置位移传感器3，且位移传感器3与悬臂梁1的底面在重力方向上具有间隙。悬臂梁1的一阶固有频率f1，激振器2的激振频率f2，激振频率f2小于悬臂梁1的一阶固有频率f1。激振器2能够驱动悬臂梁1和座椅4产生频率为激振器2的激振频率的正弦振动，悬臂梁1与位移传感器3之间的相对位移发生频率为激振器2的激振频率的正弦变化，位移传感器3测量悬臂梁1的振幅A。

本实施例可以使航天员坐在悬臂梁中心的座椅上，在悬臂梁的自由端施加特定频率和幅度的振动，通过测量悬臂梁座椅下方振动挠度大小，测量物体质量，结构简单，易于操作。

在一个实施例中，位移传感器3和座椅4均设置在沿悬臂梁1的长度方向的中点位置，位移传感器3测量悬臂梁1中心的振幅。

在一个实施例中，位移传感器3为激光位移传感器，位移测量中心距离为100mm，位移测量范围+/-35mm，所述间隙为100mm。

在一个实施例中，激振器2为推力100kg公斤、行程为10mm的电动缸，与悬臂梁1的自由端12垂直铰接，以1Hz频率作正弦往复运动，使得悬臂梁1带动座椅4及其上面承载的航天员5作等频率振动。

使用时，首先，将总质量从50kg到100kg每隔5kg的航天员5坐在座椅4上，激振器2以1Hz频率使得悬臂梁振动，分别测量不同质量航天员时位移传感器3的振幅A，随着航天员5的质量增加，位移传感器3的振幅减小，记录不同航天员的质量m和对应位移传感器3的振幅A，得到航天员质量m和位移传感器3的振幅A，拟合质量测量标准曲线。在实际测量时，根据所述质量测量标准曲线，将位移传感器3实际测到的悬臂梁1的振幅在所述质量测量标准曲线找到对应的质量，便是所述航天员的实际质量。

最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。本领域的普通技术人员应当理解：可以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；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精神和范围。

Claims (9)

1.一种航天员质量测量方法，其特征在于，其包括：

步骤1，设置具有固定端(11)和自由端(12)的悬臂梁(1)，在所述悬臂梁(1)的上表面固定设置座椅(4)，质量测量时航天员被固定在所述座椅(4)上；在所述自由端(12)的底面连接激振器(2)，所述激振器(2)的激振频率小于所述悬臂梁(1)的一阶固有频率；在所述悬臂梁(1)的正下方设置位移传感器(3)，且所述位移传感器(3)与所述悬臂梁(1)的底面之间具有间隙；

步骤2，通过启动所述激振器(2)，驱动所述悬臂梁(1)和座椅(4)产生频率为所述激振器(2)的激振频率的正弦振动，所述悬臂梁(1)与所述位移传感器(3)之间的相对位移发生频率为所述激振器(2)的激振频率的正弦变化，所述位移传感器(3)测量所述悬臂梁(1)的振幅(A)；

步骤3，将所述座椅(4)上承载的所述航天员的质量(m)预先设置成多组大小不同的数值，利用步骤2提供的方法，测量不同所述质量(m)与其对应的所述振幅(A)的数值，并拟合获得表征所述质量(m)和振幅(A)之间对应关系的质量测量标准曲线；

步骤4，利用步骤2的方法，根据所述质量测量标准曲线和所述位移传感器(3)实际测到的所述悬臂梁(1)的振幅，获得所述航天员的实际质量。

2.如权利要求1所述的航天员质量测量方法，其特征在于，所述位移传感器(3)和座椅(4)均设置在沿所述悬臂梁(1)的长度方向的中点位置，所述位移传感器(3)测量所述悬臂梁(1)中心的振幅。

3.如权利要求1或2所述的航天员质量测量方法，其特征在于，所述步骤1中，所述位移传感器(3)采用激光位移传感器，所述间隙为100mm。

4.如权利要求3所述的航天员质量测量方法，其特征在于，所述步骤2中，所述激振器(2)采用推力100kg公斤、行程为10mm的电动缸，与所述自由端(12)垂直铰接，以1Hz频率作正弦往复运动，使得所述悬臂梁(1)带动所述座椅(4)及其上面承载的人或物作等频率振动。

5.一种航天员质量测量装置，其特征在于，包括悬臂梁(1)，其具有固定端(11)和自由端(12)，在所述悬臂梁(1)的上表面固定设置有承载航天员的座椅(4)，质量测量时航天员被固定在所述座椅(4)上；所述自由端(12)的底面连有激振器(2)，所述激振器(2)的激振频率小于所述悬臂梁(1)的一阶固有频率；所述悬臂梁(1)的正下方设置位移传感器(3)，且所述位移传感器(3)与所述悬臂梁(1)的底面之间具有间隙；所述激振器(2)能够驱动所述悬臂梁(1)和座椅(4)产生频率为所述激振器(2)的激振频率的正弦振动，所述悬臂梁(1)与所述位移传感器(3)之间的相对位移发生频率为所述激振器(2)的激振频率的正弦变化，所述位移传感器(3)测量所述悬臂梁(1)的振幅(A)。

6.如权利要求5所述的航天员质量测量装置，其特征在于，所述位移传感器(3)和座椅(4)均设置在沿所述悬臂梁(1)的长度方向的中点位置，所述位移传感器(3)测量所述悬臂梁(1)中心的振幅。

7.如权利要求5或6所述的航天员质量测量装置，其特征在于，所述位移传感器(3)为激光位移传感器，所述间隙为100mm。

8.如权利要求7所述的航天员质量测量装置，其特征在于，所述激振器(2)为推力100kg公斤、行程为10mm的电动缸，与所述自由端(12)垂直铰接，以1Hz频率作正弦往复运动，使得所述悬臂梁(1)带动所述座椅(4)及其上面承载的人或物作等频率振动。

9.如权利要求7所述的航天员质量测量装置，其特征在于，所述悬臂梁(1)为不锈钢板。

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