CN111928988B - 一种阵列式扰振测量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种阵列式扰振测量装置，力传感器呈阵列间隔分布在下平台和上平台之间，力传感器至少设置九个呈阵列式分布；被测振源在测试过程中会产生扰振力；相比于传统的四点测量结构，下平台与上平台的尺寸更大，可支撑更大的被测振源，能够针对大尺寸大质量的光学载荷扰振力检测；并且可以通过选用不同位置的力传感器进行测量，应用于中小尺寸的扰振源测量。为此本发明相应地提供了一种阵列式扰振测量控制方法，通过预振选择对被测振源输出扰振力更为敏感的力传感器作为选定传感器，制定针对于不同振源的测量方案，建立对应的标定矩阵，采集控制系统接收选定传感器的输出信号处理分析，能够得到更为精准的测量结果。

Description

一种阵列式扰振测量控制方法

技术领域

本发明涉及力学测量技术领域，更进一步涉及一种阵列式扰振测量控制方法。

背景技术

空间光学载荷技术不断发展，使得对指向稳定度的要求越来越高，空间微振动是影响空间光学载荷指向稳定度的关键因素。为了预测该扰动产生的影响，开展微振动一体化集成仿真并采取相应的振动抑制措施，需要真实的振源微振动数据作为研究的基础。

国内外卫星及载荷内部最主要的振源是动量轮，最大的动量轮质量在90kg以上，以六个为一组，由于质量较大，且安装在结构相对柔性的卫星基板上，各飞轮之间的耦合比较明显，单独测量一个飞轮的扰振数据并不足以支撑微振动仿真精度需求，无法满足相关的振动抑制设计，为此针对该振源的测试应将六个动量轮作为一组并结合相应的工装作为扰振力测试的试验对象，为此需要测量系统具备足够的台面尺寸以及较高的承载能力、刚度和精度。

目前市面上最常用的振源多维扰振力测量设备多采用四点式布局，更适用于较小的空间结构的六维力测量，传统四点式布局结构的刚度和测量范围不适用于大型振动源的扰振力测量。

对于本领域的技术人员来说，如何测量大负载扰振力，同时可应用于中小型振源的扰振测量，是目前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的核心在于提供一种阵列式扰振测量装置,能够应用大尺寸大质量以及中小尺寸扰振的测量，具体方案如下：

一种阵列式扰振测量装置，包括下平台、力传感器、上平台、被测振源、采集控制系统，所述力传感器呈阵列间隔分布在所述下平台和所述上平台之间，所述力传感器至少设置九个；

所述被测振源设置在所述上平台上，所述被测振源在工作时产生扰振力；所述采集控制系统信号连接所述力传感器，用于采集分析各个所述力传感器的检测数据。

可选地，所述力传感器为三维力传感器或一维力传感器。

可选地，所述上平台上设置至少两个不同的固定位，用于固定不同形状尺寸和不同位置的所述被测振源。

可选地，所述力传感器呈横纵交错直线排布。

本发明还提供一种阵列式扰振测量控制方法，应用于上述任一项所述的阵列式扰振测量装置，包括：

对所述被测振源施加力特性已知的预振作用力；

所述采集控制系统接收所述力传感器的输出信号；

基于优化算法，该算法基于预振信号质量、传感器位置及各传感器对该振源的敏感程度进行计算，并通过所述力传感器的力响应信号与预振作用力的输入信号建立测量方案，选择选定传感器构建标定矩阵；

由所述被测振源产生不同测试工况下的扰振力；

所述采集控制系统接收所述选定传感器的输出信号处理分析，得到所述被测振源的扰振力数据。

可选地，所述力传感器为三维力传感器或一维力传感器，进行大于六路的冗余测量，或进行等于六路的常规测量。

可选地，将所述力传感器划分为至少两个区域，每个区域内至少选定一个所述力传感器作为所述选定传感器。

可选地，对所述力传感器施加预振作用力时，综合考虑响应幅值、相位、信噪比，采用多次预振取平均值的方式确定所述选定传感器。

可选地，确定所述选定传感器时，建立传感器对所述被测振源敏感度的参与系数，所述参与系数包括对所述被测振源扰振力的放大倍数，以及所述力传感器与所述被测振源的名义中心距离。

本发明提供一种阵列式扰振测量装置，包括下平台、力传感器、上平台、被测振源、采集控制系统，力传感器呈阵列间隔分布在下平台和上平台之间，力传感器至少设置九个，通过力传感器检测扰振信号；被测振源设置在上平台上，被测振源能够产生扰振力，每个力传感器检测各自所在位置的扰振力；采集控制系统信号连接力传感器，用于采集分析各个力传感器的检测数据；本发明的阵列式扰振测量装置设置呈阵列设置力传感器，至少有九个，相比于传统的四点测量结构，下平台与上平台的尺寸更大，可支撑更大的被测振源，能够针对大尺寸大质量的光学载荷扰振力检测；并且采用了阵列式设计，也可仅利用其中几个力传感器应用于中小尺寸的扰振测量。

本发明还提供一种阵列式扰振测量控制方法，应用于上述的阵列式扰振测量装置，对被测振源施加力特性已知的预振作用力；采集控制系统接收力传感器的输出信号；选择力响应信号与预振作用力的力特性接近的力传感器作为选定传感器，选定传感器为当前状态下更为准确的力传感器，被测振源产生扰振力，采集控制系统接收选定传感器的输出信号处理分析，能够得到更为精准的测量结果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1A和图1B分别为本发明提供的阵列式扰振测量装置的俯视方向示意图和正视方向示意图；

图2为本发明的阵列式扰振测量装置设置不同尺寸和形状的被测振源4的示意图；

图3为力传感器划分为四个不同区域的示意图。

图中包括：

下平台1、力传感器2、上平台3、被测振源4、采集控制系统5。

具体实施方式

本发明的核心在于提供一种阵列式扰振测量装置及阵列式扰振测量控制方法，能够应用大尺寸大质量以及中小尺寸扰振的测量，得到更精准的测量结果。

为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合附图及具体的实施方式，对本发明的阵列式扰振测量装置及阵列式扰振测量控制方法进行详细的介绍说明。

如图1A和图1B所示，分别为本发明提供的阵列式扰振测量装置的俯视方向示意图和正视方向示意图；本发明的阵列式扰振测量装置包括下平台1、力传感器2、上平台3、被测振源4、采集控制系统5等结构，力传感器2呈阵列间隔分布在下平台1和上平台3之间，力传感器2至少设置九个；下平台1和上平台3均为平板结构，下平台1与上平台3之间通过螺栓等结构连接固定为一体，下平台1和上平台3之间夹装力传感器2，力传感器2设置有多个，每个力传感器2独立设置，独立检测振动数据。由于力传感器2设置至少九个，相对于传统的四点测量方式，能够提供更多的测量点，并且下平台1和上平台3可采用更大的尺寸，增大台面尺寸的同时有效地提高平台的承载能力与刚度，避免结构耦合，本发明在上平台3能够承载更大的被测振源4，通过多个力传感器2相互配合实现大尺寸大质量的振源测量。

由于力传感器2为阵列分布，也可应用于中型和小型振源的测量，整个装置能够应用于不同尺寸的振源扰振测量，具有更高的灵活度。

被测振源4设置在上平台3上，被测振源4与上平台3相对固定，被测振源4工作状态下会产生振动，被测振源4的振动传导至力传感器2，使力传感器2产生相应的检测信号；采集控制系统5信号连接力传感器2，用于采集分析各个力传感器2的检测数据，根据力传感器2采集的数据分析扰振情况。

在上述方案的基础上，本发明的力传感器2优选地设置为三维传感器或一维力传感器，每个三维传感器能够分别检测三个不同维度(XYZ向平动)的扰振力；一维力传感器用于检测某一个维度的扰振力。

本发明在上平台3上设置至少两个不同的固定位，用于固定不同形状尺寸和不同位置的被测振源4；如图2所示，为本发明的阵列式扰振测量装置设置不同尺寸和形状的被测振源4的示意图；不同尺寸和规格的被测振源4设置在上平台3上的不同位置，能够灵活地实现多种规格的测量。

如图2所示，本发明中的力传感器2呈横纵交错直线排布，各个力传感器2沿直线排列为行和列，且各力传感器2的间距相等。采用阵列式排布便于计算，当然，力传感器也可采用任意形状的分布排列形式。

本发明还提供一种阵列式扰振测量控制方法，应用于上述的阵列式扰振测量装置，包括以下步骤：

S1、对被测振源4施加力特性已知的预振作用力；通过预振过程克服多个力传感器引入较大的系统误差。预振的施加方式可以使用激振器扫频预振，也可使用锤敲击的方式施加。

S2、采集控制系统5接收力传感器2的输出信号；此时采集控制系统5接收的是上述施加力特性已知的预振作用力的输出信号，采集控制系统5接收每个力传感器2的输出信号。

S3、基于优化算法，通过力传感器2的力响应信号与预振作用力的输入信号建立测量方案，选择选定传感器构建标定矩阵；选择力响应信号与预振作用力的力特性接近的力传感器2作为选定传感器；由于上一步骤中采集控制系统5接收力传感器2的输出信号，对每个力传感器2的信号进行分析处理，根据力响应信号与预振作用力的输入信号建立测量方案，通过对响应幅值、相位、信噪比，以及距离等参数进行优化，选择若干个力传感器2作为选定传感器，构建标定矩阵，建立专属的测量方案，在后续的实际检测过程中仅利用选定传感器的输出信号。

S4、由被测振源4产生扰振力；振源扰振力测试开始，被测振源4以不同工况的模式进行工作，平台开始采集扰振力数据。

S5、采集控制系统5接收选定传感器的输出信号处理分析，得到被测振源4的扰振力数据；根据选定传感器的输出信号进行相应的处理计算，得到被测振源4的扰振输出扰振力。

本发明所提供的阵列式扰振测量控制方法应用于上述的阵列式扰振测量装置，该方法在实际扰振测量之前先进行预振，挑选出若干力传感器2作为选定传感器，不需要使用全部的力传感器2的输出信号，仅使用检测最为精准的若干个力传感器，滤除不必要的干扰信号，最终的检测结果更为精准。

具体地，本发明中的力传感器2为三维力传感器或一维力传感器，选定传感器的数量不限，每个三维力传感器可输入三路数据，每个一维力传感器可输入一路数据，输入数据大于或等于六路，可进行大于六路的冗余测量或等于六路的常规测量，利用多于六路数据信号进行冗余测量，能够降低随机误差；采用六路数据进行非冗余测量可有效降低系统误差。

优选地，将力传感器2划分为至少两个区域，每个区域内至少选定一个力传感器2作为选定传感器，提高力矩测量的优化效率；如图3所示，为力传感器2划分为四个不同区域的示意图；以两条虚线划分，图中A、B、C、D分别表示一个区域，每个区域中均有多个力传感器2，由于被测振源4的尺寸有所不同，因此可以无法全部覆盖所有的力传感器2，但在测量时从每个区域中选出至少一个力传感器作为选定传感器，确保力矩的测量精度。

具体地，本发明在对力传感器2施加预振作用力时，综合考虑响应幅值、相位、信噪比，采用多次预振取平均值的方式确定选定传感器，最终确定不同被测振源的测试方案。

确定选定传感器时，建立传感器对被测振源4敏感度的参与系数，参与系数包括对被测振源4扰振力的放大倍数，以及力传感器2与被测振源4的名义中心距离，根据参与系数匹配力传感器。

实施时，将被测振源4安装在上平台3上，通过对被测振源4预振，并基于采集控制系统5采集系统得到各个力传感器2的扰振数据，通过采集控制系统5对数据信号进行评价，判断各个力传感器对被测振源4的参与系数，通过优化算法匹配选定传感器，确定扰振力测量方案，拆分并合并标定矩阵后，完成该被测载荷的微振动扰振力测试，该过程通过采集控制系统5实现闭环控制。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (5)

1.一种阵列式扰振测量控制方法，其特征在于，应用于阵列式扰振测量装置，该阵列式扰振测量装置包括下平台(1)、力传感器(2)、上平台(3)、被测振源(4)、采集控制系统(5)，所述力传感器(2)呈阵列间隔分布在所述下平台(1)和所述上平台(3)之间，所述力传感器(2)至少设置九个；

所述被测振源(4)设置在所述上平台(3)上，所述被测振源(4)在工作时产生扰振力；所述采集控制系统(5)信号连接所述力传感器(2)，用于采集分析各个所述力传感器(2)的检测数据；

该阵列式扰振测量控制方法包括：

对所述被测振源(4)施加力特性已知的预振作用力；

所述采集控制系统(5)接收所述力传感器(2)的输出信号；

基于优化算法，该优化算法基于预振信号质量、力传感器位置及各力传感器对该被测振源的敏感程度进行计算，并通过所述力传感器(2)的力响应信号与预振作用力的输入信号建立测量方案，将力响应信号与预振作用力的力特性接近的所述力传感器(2)作为选定传感器，选择所述选定传感器构建标定矩阵；

由所述被测振源(4)产生不同测试工况下的扰振力；

所述采集控制系统(5)接收所述选定传感器的输出信号处理分析，得到所述被测振源(4)的扰振力数据。

2.根据权利要求1所述的阵列式扰振测量控制方法，其特征在于，所述上平台(3)上设置至少两个不同的固定位，用于固定不同形状尺寸和不同位置的所述被测振源(4)；所述力传感器(2)为三维力传感器或一维力传感器，进行大于六路的冗余测量，或进行等于六路的常规测量。

3.根据权利要求1所述的阵列式扰振测量控制方法，其特征在于，所述力传感器(2)呈横纵交错直线排布；将所述力传感器(2)划分为至少两个区域，每个区域内至少选定一个所述力传感器(2)作为所述选定传感器。

4.根据权利要求1所述的阵列式扰振测量控制方法，其特征在于，对所述力传感器(2)施加预振作用力时，综合考虑响应幅值、相位、信噪比，采用多次预振取平均值的方式确定所述选定传感器。

5.根据权利要求4所述的阵列式扰振测量控制方法，其特征在于，确定所述选定传感器时，建立力传感器对所述被测振源(4)敏感度的参与系数，所述参与系数包括对所述被测振源(4)扰振力的放大倍数，以及所述力传感器(2)与所述被测振源(4)的名义中心距离。

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