CN111664992B - 一种可溯源纤维动态张力校准装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种可溯源纤维动态张力校准装置，属于计量测试领域。本发明包括砝码系统、激振系统、被测系统、数据采集分析与控制系统。本发明通过激振器牵引挂载有标准质量块的纤维上下运动产生动态张力，动态张力的频率和幅值可通过调节激振器的电压信号进行控制，产生的动态张力重复性高、稳定性高；通过激光干涉系统测量标准质量块运动的加速度实现动态张力量值可靠溯源到激光波长，标准质量块与气浮套筒配合连接，消除标准质量块运动的摆动，减小测量误差。本发明产生动态张力的方法简单可靠，性能可控性高，基于激光干涉测量的方法能够实现动态张力量值的溯源，适合于张力传感器、张力计等张力测量系统的动态校准与模拟试验。

Description

一种可溯源纤维动态张力校准装置
技术领域
本发明属于计量测试领域，涉及一种基于光学测量方法的可溯源纤维动态张力校准装置。
背景技术
张力参数测量广泛应用于纺织制造、土木建筑、桥梁工程、缠绕成型制造等领域，张力是影响产品性能和质量安全的重要参数。目前，张力传感器、张力计等张力测量系统依据工作测力仪的国家计量检定规程进行静态张力量值的校准，但存在两个主要问题：一是大多数张力测量系统都是在张力波动条件下使用，静态校准并不能有效评价张力测量系统的动态性能；二是缺乏动态张力相关的校准装置和校准手段，现有的校准装置和出入口调制型正弦压力校准装置对带管腔的压力测量系统进行校准，现有的校准准装置存在重复性低、稳定性低、正弦频率分辨率低，并且不能满足等问题。
发明内容
为了解决现有张力参数校准的不足：1、缺乏动态张力参数校准装置和校准方法；2、动态张力参数无法可靠溯源。本发明公开的一种可溯源纤维动态张力准装置要解决的技术问题是：提供一种基于光学测量方法的可溯源纤维动态张力校准装置，满足重复性高、动态张力可控、结构简单便于维护等特点的装置。本发明能够在纤维处于静态张力下，利用激振器牵引纤维产生动态压力，并解决动态张力量值溯源，从而满足越来越多纺织、加工制造等行业对张力传感器、张力计等张力测量系统动态校准的需求。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明的一种可溯源纤维动态张力校准装置，包括激光干涉仪、反射镜、标准质量块、气浮轴承、标准传感器、张力测量系统、激振器、信号发生器、数据采集分析与控制系统，上述模块组成砝码系统、激振系统、被测系统、数据采集分析与控制系统。
光学测量系统包括激光干涉仪和反射镜，主要功能是光学测量，激光干涉仪的激光通过反射镜，反射镜的反射光入射标准质量块，即激光干涉仪、反射镜标准质量块之间形成光学测量光路。当标准质量块运动状态发生改变时引起标准质量块的加速度变化，激光干涉仪测量加速度变化来测量动态张力变化。
砝码系统包括标准质量块和气浮轴承，主要功能是，标准质量块与纤维的一端固定连接，实现静态张力的加载；气浮轴承内部非接触安装标准质量块，防止标准质量块运动时造成的摆动。
气浮轴承与标准质量块安装关系为间隙配合，气浮轴承与标准质量块存在极小的缝隙，通过气浮轴承中的气流对标准质量块的运动进行润滑，实现零摩擦力并限制标准质量块的摆动。
所述气浮轴承与标准质量块存在极小的缝隙中极小的缝隙根据加工精度而定，优选0.01mm～0.03mm。
激振系统包括标准传感器、激振器、信号发生器，主要功能是，激振器与纤维的另一端固定连接，通过信号发生器的控制信号进行上下振动，对纤维产生动态张力，通过标准传感器进行张力测量。
被测系统是校准的对象，是一系列测量张力参数的测量装置，包括张力传感器、张力计，统称为张力测量系统。
数据采集分析与控制系统，主要功能是，控制激振系统产生振动的频率和幅值，并采集与处理光学测量系统的输出信号与张力测量系统的输出信号。
作为优选，已知标准质量块的质量M，通过激光干涉仪测量标准质量块的运动加速度a，即得到动态张力参数，动态张力测算公式如下：
T-Mg＝Ma
T为纤维的张力，g为当地重力加速度。
作为优选，标准质量块的运动通过气浮轴承进行非接触式的约束，消除摩擦力与摆动。
作为优选，标准质量块根据张力量值大小更换，通过改变标准质量块的质量M，实现静态张力量值的改变，有利于静态张力量程的拓宽。
作为优选，通过信号发生器产生不同频率和幅值的信号控制激振器的运动，实现动态张力量值的控制。
作为优选，所述的纤维不仅限于纤维复合材料，还包括纱线、绳索、钢索等线状材料，均适用于本发明的一种可溯源纤维动态张力校准装置使用。
本发明的一种可溯源纤维动态张力校准装置的工作方法为：信号发生器输出信号给激振器，激振器牵引纤维一端开始运动，纤维另一端连接标准质量块同步上下运动，已知标准质量块的质量M和当地重力加速度g，通过激光干涉仪测量标准质量块的此时运动的加速度a，计算依据公式得到纤维动态张力T，通过与张力测量系统得到的信号进行比对，对张力测量系统进行校准。
有益效果：
1、本发明公开的一种可溯源纤维动态张力校准装置，利用激振器牵引纤维，能够产生频率、幅值可调的动态张力，操作可控性强，测量结果重复性高。
2、本发明公开的一种可溯源纤维动态张力校准装置，通过激光干涉测量系统测量标准质量块的运动加速度实现动态张力量值溯源到激光波长，进一步实现张力测量系统动态张力量值的校准。
3、本发明公开的一种可溯源纤维动态张力校准装置，标准质量块与气浮轴承配合，能够消除标准质量块运动引起的摆动引入的测量误差，提高测量精度，使校准结果更为准确。
4、本发明公开的一种可溯源纤维动态张力校准装置，标准质量块根据张力量值大小更换，有利于静态张力量程的拓宽。
5、本发明公开的一种可溯源纤维动态张力校准装置，产生动态张力的方法简单可靠，性能可控性高，基于激光干涉测量的方法可实现动态张力量值的溯源，适合于张力传感器、张力计等张力测量系统的动态校准与模拟试验。
附图说明
图1为本发明具体实施方式中装置主要结构及功能示意图；
图2为本发明具体实施方式中装置结构示意图；
其中，1—激光干涉仪、2—反射镜、3—标准质量块、4—气浮轴承、5—标准传感器、6—张力测量系统、7—激振器、8—信号发生器，9—数据采集分析与控制系统。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点，下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
实施例1：
如图1、图2所示，本实施例公开的一种可溯源纤维动态张力校准装置，包括激光干涉仪1、反射镜2、标准质量块3、气浮轴承4、标准传感器5、张力测量系统6、激振器7、信号发生器8，数据采集分析与控制系统9，组成本实施例装置中的砝码系统、激振系统、被测系统、数据采集分析与控制系统。
光学测量系统包括激光干涉仪1和反射镜2，主要功能是光学测量，激光干涉仪1的激光通过反射镜2，反射镜2的反射光入射标准质量块3，即激光干涉仪1、反射镜2标准质量块3之间形成光学测量光路。当标准质量块3运动状态发生改变时引起标准质量块3的加速度变化，激光干涉仪1测量加速度变化来测量动态张力变化。
砝码系统包括标准质量块3和气浮轴承4，标准质量块3与纤维的一端固定连接，可以实现静态张力的加载；气浮轴承4与标准质量块3安装关系为间隙配合，气浮轴承4与标准质量块3存在极小的缝隙，通过气浮轴承4中的气流对标准质量块3的运动进行润滑，实现零摩擦力并限制标准质量块3的摆动。
激振系统包括标准传感器5、激振器7、信号发生器8，激振器7与纤维的另一端固定连接，通过信号发生器8的控制信号进行上下振动，对纤维产生动态张力，所述动态张力通过标准传感器5进行测量。
被测系统包括张力传感器、力值传感器、张力计等一系列测量张力参数的张力测量装置，可统称为张力测量系统6，是校准的对象。
数据采集分析与控制系统，控制激振系统产生振动的频率和幅值，并采集与处理光学测量系统的输出信号与张力测量系统6的输出信号。
本实施例公开的一种可溯源纤维动态张力校准装置工作方法为：信号发生器8输出信号给激振器7，激振器7牵引纤维一端开始运动，纤维另一端连接标准质量块3同步上下运动，已知标准质量块3的质量M和当地重力加速度g，通过激光干涉仪1测量标准质量块3的此时运动的加速度a，计算依据公式1得到纤维动态张力T，通过与张力测量系统6得到的信号进行比对，对张力测量系统6进行校准。
以上所述的具体描述，对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种可溯源纤维动态张力校准装置，其特征在于：包括激光干涉仪(1)、反射镜(2)、标准质量块(3)、气浮轴承(4)、标准传感器(5)、张力测量系统(6)、激振器(7)、信号发生器(8)、数据采集分析与控制系统(9)，上述模块组成光学测量系统、砝码系统、激振系统、被测系统、数据采集分析与控制系统；
光学测量系统包括激光干涉仪(1)和反射镜(2)，主要功能是光学测量，激光干涉仪(1)的激光通过反射镜(2)，反射镜(2)的反射光入射标准质量块(3)，即激光干涉仪(1)、反射镜(2)标准质量块(3)之间形成光学测量光路；当标准质量块(3)运动状态发生改变时引起标准质量块(3)的加速度变化，通过激光干涉仪(1)测量加速度变化来测量动态张力变化；
砝码系统包括标准质量块(3)和气浮轴承(4)，主要功能是，标准质量块(3)与纤维的一端固定连接，实现静态张力的加载；气浮轴承(4)内部非接触安装标准质量块(3)，防止标准质量块(3)运动时造成的摆动；
气浮轴承(4)与标准质量块(3)安装关系为间隙配合，气浮轴承(4)与标准质量块(3)存在极小的缝隙，通过气浮轴承(4)中的气流对标准质量块(3)的运动进行润滑，实现零摩擦力并限制标准质量块(3)的摆动；
激振系统包括标准传感器(5)、激振器(7)、信号发生器(8)，主要功能是，激振器(7)与纤维的另一端固定连接，通过信号发生器(8)的控制信号进行上下振动，对纤维产生动态张力；
被测系统是校准的对象，是一系列测量张力参数的测量装置，包括张力传感器、张力计，统称为张力测量系统(6)，张力测量系统安装在纤维上，用于测量纤维的张力；
数据采集分析与控制系统，主要功能是，控制激振系统产生振动的频率和幅值，并采集与处理光学测量系统的输出信号与张力测量系统的输出信号；
已知标准质量块(3)的质量M，通过激光干涉仪(1)测量标准质量块(3)的运动加速度a，即得到动态张力参数，动态张力测算公式如下：
T-Mg＝Ma (1)
T为纤维的张力，g为当地重力加速度；
信号发生器(8)输出信号给激振器(7)，激振器(7)牵引纤维一端开始运动，纤维另一端连接标准质量块(3)同步上下运动，已知标准质量块(3)的质量M和当地重力加速度g，通过激光干涉仪(1)测量标准质量块(3)的此时运动的加速度a，依据公式(1)计算得到纤维动态张力T，通过与张力测量系统(6)得到的信号进行比对，对张力测量系统(6)进行校准。
2.如权利要求1所述的一种可溯源纤维动态张力校准装置，其特征在于：标准质量块(3)的运动通过气浮轴承(4)进行非接触式的约束，消除摩擦力与摆动。
3.如权利要求1所述的一种可溯源纤维动态张力校准装置，其特征在于：标准质量块(3)根据张力量值大小更换，通过改变标准质量块(3)的质量M，实现静态张力量值的改变，有利于静态张力量程的拓宽。
4.如权利要求1所述的一种可溯源纤维动态张力校准装置，其特征在于：通过信号发生器(8)产生不同频率和幅值的信号控制激振器(7)的运动，实现动态张力量值的控制。
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