CN114061873B - 一种用于过载环境中的振动和冲击实验装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于过载环境中的振动和冲击实验装置，包括离心机转台、均安装在离心机转台上的冲击产生装置和振动传递装置；所述冲击产生装置用于产生冲击信号，所述振动传递装置上安装有用于检测冲击信号和振动信号的传感器，所述离心机转台转动使得传感器处于过载环境中，所述冲击产生装置产生冲击信号并将冲击信号作用于振动传递装置，所述振动传递装置接收冲击信号并产生振动信号，所述传感器将其接收的冲击信号和振动信号分别转换成电信号后输出。本发明解决了振动及冲击传感器在过载环境下振动与冲击信号的测量问题，同时解决了在离心机内部难以产生冲击信号的难点，便于在过载环境下对振动和冲击传感器进行振动和冲击实验。
Description
技术领域
本发明涉及实验装置的技术领域，具体涉及一种用于过载环境中的振动和冲击实验装置。
背景技术
在航空航天、军事、工业生产等各个领域，振动和冲击都是非常重要的参数，多数航空和航天器中经常出现过载的工况，在这种过载工况下振动与冲击扰动源将会对航天器的状态和性能产生不良的影响，为了检测在有过载时冲击与振动传感器的工作状态，需要模拟过载条件下的振动与冲击信号，目前实验室中可以使用离心机单独模拟过载环境，也可以使用冲击台单独模拟冲击与振动信号，但是目前没有找到相关的设备可以在离心机过载环境下产生振动与冲击信号，所以迫切需要发明一种可以在离心机过载环境下产生振动与冲击信号的装置，用于对振动和冲击传感器在该环境下进行振动和冲击实验。
发明内容
本发明为了解决振动及冲击传感器在过载环境下振动与冲击信号的测量问题，同时为了解决在离心机内部难以产生冲击信号的难点，为此提供了一种便于安装在离心机内部的振动与冲击信号发生装置，用于对振动和冲击传感器在该环境下进行振动和冲击实验。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于过载环境中的振动和冲击实验装置，包括离心机转台、均安装在离心机转台上的冲击产生装置和振动传递装置；
所述冲击产生装置用于产生冲击信号，所述振动传递装置上安装有用于检测冲击信号和振动信号的传感器，所述离心机转台转动使得传感器处于过载环境中，所述冲击产生装置产生冲击信号并将冲击信号作用于振动传递装置，所述振动传递装置接收冲击信号并产生振动信号，所述传感器将其接收的冲击信号和振动信号分别转换成电信号后输出。
作为本发明的进一步改进，所述冲击产生装置和振动传递装置均安装在固定底板上，所述固定底板固定在所述离心机转台的上表面。
作为本发明的进一步改进，所述振动传递装置包括振动立板和传导螺栓，所述振动立板侧立固定在所述固定底板上，所述传感器安装在所述振动立板的内侧面上，且传感器的内部设有用于分别检测冲击信号和振动信号的冲击表头和振动表头，所述传导螺栓通过螺纹连接在所述振动立板上，且传导螺栓的长度方向与所述振动立板的侧面垂直。
作为本发明的进一步改进，所述传导螺栓上通过螺纹连接有锁紧螺母，所述锁紧螺母抵接在所述振动立板的对应侧面。
作为本发明的进一步改进，所述振动立板通过多根第一连接螺栓固定在所述固定底板上，且所述第一连接螺栓的外部同轴套装有支撑在振动立板和固定底板之间的第一套管。
作为本发明的进一步改进，所述冲击产生装置包括调位板和固定在调位板上的推拉式电磁铁，所述调位板固定在所述固定底板上，所述推拉式电磁铁上设有用于产生冲击信号的冲击杆，所述冲击杆的轴线和所述传导螺栓的轴线均位于同一平面内，所述冲击杆的工作端对应撞击所述传导螺栓的头部，以产生冲击信号。
作为本发明的进一步改进，所述调位板通过多根第二连接螺栓固定在所述固定底板上，且所述第二连接螺栓的外部同轴套装有支撑在调位板和固定底板之间的第二套管。
作为本发明的进一步改进，所述固定底板上设有多组用于连接第二连接螺栓的螺纹孔，所述调位板通过第二连接螺栓与不同位置的螺纹孔连接，以改变推拉式电磁铁的位置，进而调节冲击杆对传导螺栓的冲击力大小。
作为本发明的进一步改进，所述离心机转台的上表面还固定有配重底板，所述配重底板上安装有为推拉式电磁铁供电的电池包和用于控制推拉式电磁铁动作的继电器，所述电池包通过电路与所述推拉式电磁铁进行电性连接，所述继电器串联在电池包与所述推拉式电磁之间的电路上。
作为本发明的进一步改进，所述继电器为固态继电器，所述电池包通过压板夹紧在所述配重底板的上表面，所述压板通过多根第三连接螺栓与所述配重底板连接，所述配重底板上还固定有定位支撑在所述电池包外侧的定位挡板。
本发明的有益效果：
本发明是一种用于过载环境中的振动和冲击实验装置，首先，本发明解决了振动及冲击传感器在离心机过载环境下对振动与冲击信号的测量问题，同时解决了在离心机内部难以产生冲击和振动信号的难点，便于在过载环境下对振动和冲击传感器进行振动和冲击实验，有利于对振动和冲击传感器的工作状态和性能进行验证，为传感器的研发和使用提供可靠的数据支撑和理论支持；其次，本发明结构设计合理，易于控制，使用方便且实用性和可靠性较强，有很高的市场应用价值和发展前景。
附图说明
图1为一种用于过载环境中的振动和冲击实验装置的立体结构示意图；
图2为一种用于过载环境中的振动和冲击实验装置的俯视图；
图3为冲击产生装置和振动传递装置安装在固定底板上的立体结构示意图；
图4为本发明的系统原理图；
图中标号说明：
11、离心机转台；12、传感器；13、固定底板；14、振动立板；15、传导螺栓；16、锁紧螺母；17、第一连接螺栓；18、第一套管；19、调位板；20、推拉式电磁铁；21、冲击杆；22、第二连接螺栓；23、第二套管；24、螺纹孔；25、配重底板；26、电池包；27、继电器；28、第三连接螺栓；29、压板；30、定位挡板。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参照图1-图4所示，本发明一种用于过载环境中的振动和冲击实验装置的一实施例；
一种用于过载环境中的振动和冲击实验装置，包括离心机转台11、均安装在离心机转台11上的冲击产生装置和振动传递装置；
所述冲击产生装置用于产生冲击信号，所述振动传递装置上安装有用于检测冲击信号和振动信号的传感器12，所述离心机转台11转动使得传感器12处于过载环境中，所述冲击产生装置产生冲击信号并将冲击信号作用于振动传递装置，所述振动传递装置接收冲击信号并产生振动信号，所述传感器12将其接收的冲击信号和振动信号分别转换成电信号后输出，传感器12所采集的冲击信号和振动信号通过离心机电刷传输至离心机外部的示波器进行显示及存储。
所述冲击产生装置和振动传递装置均安装在固定底板13上，通过固定底板13使得两个装置组成一个整体，方便整体安装和调试，所述固定底板13固定在所述离心机转台11的上表面。所述固定底板13为L型，能够使冲击产生装置尽量靠近离心机转台11的中心以减小离心力，同时使振动传递装置的离心半径尽量大以增大离心力，并且离心半径越大达到相同过载条件所需要的转速越低，实验就更容易实现且更安全。
所述振动传递装置包括振动立板14和传导螺栓15，所述振动立板14侧立固定在所述固定底板13上，且振动立板14垂直于离心机的半径方向，所述传感器12安装在所述振动立板14的内侧面上，传感器12沿着离心机转台11的离心方向设置，以保证在离心机转台11高速转动时传感器12的过载始终沿离心机的离心半径方向，且传感器12的内部设有用于分别检测冲击信号和振动信号的冲击表头和振动表头，所述传导螺栓15通过螺纹连接在所述振动立板14上，且传导螺栓15的长度方向与所述振动立板14的侧面垂直。在本发明的一具体实施例中，为了能使振动立板14受到冲击后的振动频率达到30kHz以上且振动持续时间不少于20ms，振动立板14材料选为结构钢且安装时与固定底板13之间留有16mm距离，即采用长度为16mm的第一套管18。
所述传导螺栓15上通过螺纹连接有锁紧螺母16，所述锁紧螺母16抵接在所述振动立板14的对应侧面，通过锁紧螺母16使得传导螺栓15与振动立板14之间的连接更加牢固稳定，防止松动，使用更加安全。
所述振动立板14通过多根第一连接螺栓17固定在所述固定底板13上，且所述第一连接螺栓17的外部同轴套装有支撑在振动立板14和固定底板13之间的第一套管18，通过第一套管18使得振动立板14与固定底板13之间保留一定间距，使得振动立板14在接收冲击信号后能够产生更大的振动信号，即能够激发出更高的振动频率以及使振动时间延长，便于传感器12进行信号采集，有利于提高实验的可靠性和真实性。
所述冲击产生装置包括调位板19和固定在调位板19上的推拉式电磁铁20，所述调位板19固定在所述固定底板13上，所述推拉式电磁铁20上设有用于产生冲击信号的冲击杆21，所述冲击杆21的轴线和所述传导螺栓15的轴线均位于同一平面内，所述冲击杆21的工作端对应撞击所述传导螺栓15的头部，以产生冲击信号，在本发明的一具体实施例中，采用24V供电、线圈电阻为11.5Ω、瞬时电流为8A、瞬态冲击力为150N的推拉式电磁铁20。
所述调位板19通过多根第二连接螺栓22固定在所述固定底板13上，且所述第二连接螺栓22的外部同轴套装有支撑在调位板19和固定底板13之间的第二套管23，通过第二套管23使得调位板19既能通过第二连接螺栓22固定在固定底板13上，又能使得推拉式电磁铁20的冲击杆21与传导螺栓15保持水平对应，方便冲击信号的传导。
所述固定底板13上设有多组用于连接第二连接螺栓22的螺纹孔24，所述调位板19通过第二连接螺栓22与不同位置的螺纹孔24连接，以改变推拉式电磁铁20的位置，进而调节冲击杆21对传导螺栓15的冲击力大小，满足更多实验选择和需求。
所述离心机转台11的上表面还固定有配重底板25，所述配重底板25采用L型且与固定底板13相对称安装于离心机转台11上，配重底板25的尺寸根据固定底板13和振动立板14装配后的质量及重心位置进行设计；配重底板25的尺寸根据固定底板13和振动立板144装配后的质量及重心位置进行设计，以保证配重底板25及其上安装元件的总质量与固定底板13及其上安装元件的总质量相近，这样设计能使得离心机转动的更加稳定，平衡性更好；所述配重底板25上安装有为推拉式电磁铁20供电的电池包26和用于控制推拉式电磁铁20动作的继电器27，所述电池包26通过电路与所述推拉式电磁铁20进行电性连接，所述继电器27串联在电池包26与所述推拉式电磁之间的电路上。
在本发明的一具体实施例中，继电器27选SDP4040D固态继电器27，其控制电压为3V到32V之间，最大可承受40A电流，固态继电器27无触点、无火花，不受离心力的影响；所述电池包26通过压板29夹紧在所述配重底板25的上表面，且电池包26的安装位置靠近离心机转台11中心以减小离心力，所述压板29通过多根第三连接螺栓28与所述配重底板25连接，所述配重底板25上还固定有定位支撑在所述电池包26外侧的定位挡板30，通过定位挡板30用于限制电池包26在沿离心半径方向上的位移，防止因离心力过大使得电池包26脱离其初始安装位置，在本发明的一具体实施例中，电池包26采用两块串联的锂电池，可提供最大29.5V电压、最大10A的最大瞬态电流。
本发明在使用时：传感器12通过离心机电刷由外部电源供电，在离心机转动之前保持上电状态；传感器12的三路数据输出信号通过离心机电刷连接至示波器，其中三路数据输出信号分别为冲击信号、振动原始信号和振动滤波后信号；通过调节离心机的转速以改变传感器12所在位置处的加速度，进而模拟传感器12处于不同的过载环境下，然后向继电器27发送控制信号，使得继电器27接通推拉式电磁铁20与电池包26之间的线路，从而触发推拉式电磁铁20使其冲击杆21完成撞击传导螺栓15的动作，使得振动立板14产生冲击信号和振动信号，当传感器12内部敏感头接收到振动立板14产生的冲击和振动信号后，三路数据通过数据线传输至离心机外部的示波器进行显示及存储，通过示波器显示的波形进行相应的信号分析，因此通过在模拟的不同过载环境下，对传感器12进行振动和冲击试验，进而验证传感器12的工作状态和性能，为振动和冲击传感器12的研发和使用提供可靠的数据支撑和理论支持。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (7)
1.一种用于过载环境中的振动和冲击实验装置，其特征在于，包括离心机转台、均安装在离心机转台上的冲击产生装置和振动传递装置；
所述冲击产生装置用于产生冲击信号，所述振动传递装置上安装有用于检测冲击信号和振动信号的传感器，所述离心机转台转动使得传感器处于过载环境中，所述冲击产生装置产生冲击信号并将冲击信号作用于振动传递装置，所述振动传递装置接收冲击信号并产生振动信号，所述传感器将其接收的冲击信号和振动信号分别转换成电信号后输出；
所述冲击产生装置和振动传递装置均安装在固定底板上，所述固定底板固定在所述离心机转台的上表面；
所述振动传递装置包括振动立板和传导螺栓，所述振动立板侧立固定在所述固定底板上，所述传感器安装在所述振动立板的内侧面上，且传感器的内部设有用于分别检测冲击信号和振动信号的冲击表头和振动表头，所述传导螺栓通过螺纹连接在所述振动立板上，且传导螺栓的长度方向与所述振动立板的侧面垂直；
所述冲击产生装置包括调位板和固定在调位板上的推拉式电磁铁，所述调位板固定在所述固定底板上，所述推拉式电磁铁上设有用于产生冲击信号的冲击杆，所述冲击杆的轴线和所述传导螺栓的轴线均位于同一平面内，所述冲击杆的工作端对应撞击所述传导螺栓的头部，以产生冲击信号。
2.如权利要求1所述的一种用于过载环境中的振动和冲击实验装置，其特征在于，所述传导螺栓上通过螺纹连接有锁紧螺母，所述锁紧螺母抵接在所述振动立板的对应侧面。
3.如权利要求1所述的一种用于过载环境中的振动和冲击实验装置，其特征在于，所述振动立板通过多根第一连接螺栓固定在所述固定底板上，且所述第一连接螺栓的外部同轴套装有支撑在振动立板和固定底板之间的第一套管。
4.如权利要求1所述的一种用于过载环境中的振动和冲击实验装置，其特征在于，所述调位板通过多根第二连接螺栓固定在所述固定底板上，且所述第二连接螺栓的外部同轴套装有支撑在调位板和固定底板之间的第二套管。
5.如权利要求4所述的一种用于过载环境中的振动和冲击实验装置，其特征在于，所述固定底板上设有多组用于连接第二连接螺栓的螺纹孔，所述调位板通过第二连接螺栓与不同位置的螺纹孔连接，以改变推拉式电磁铁的位置，进而调节冲击杆对传导螺栓的冲击力大小。
6.如权利要求5所述的一种用于过载环境中的振动和冲击实验装置，其特征在于，所述离心机转台的上表面还固定有配重底板，所述配重底板上安装有为推拉式电磁铁供电的电池包和用于控制推拉式电磁铁动作的继电器，所述电池包通过电路与所述推拉式电磁铁进行电性连接，所述继电器串联在电池包与所述推拉式电磁之间的电路上。
7.如权利要求6所述的一种用于过载环境中的振动和冲击实验装置，其特征在于，所述继电器为固态继电器，所述电池包通过压板夹紧在所述配重底板的上表面，所述压板通过多根第三连接螺栓与所述配重底板连接，所述配重底板上还固定有定位支撑在所述电池包外侧的定位挡板。
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Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 基于离心机平台的复合环境试验系统综述;欧峰;陈颖;陈洪;牛宝良;;装备环境工程(第05期);第42-47页 * |
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|---|---|
| CN114061873A (zh) | 2022-02-18 |
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