CN114486069B - 一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置与方法 - Google Patents

一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置与方法 Download PDF

Info

Publication number
CN114486069B
CN114486069B CN202210096256.1A CN202210096256A CN114486069B CN 114486069 B CN114486069 B CN 114486069B CN 202210096256 A CN202210096256 A CN 202210096256A CN 114486069 B CN114486069 B CN 114486069B
Authority
CN
China
Prior art keywords
force sensor
impact
rod
strain gauge
impact force
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210096256.1A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114486069A (zh
Inventor
王清华
高猛
郭伟国
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Northwestern Polytechnical University
Original Assignee
Northwestern Polytechnical University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Northwestern Polytechnical University filed Critical Northwestern Polytechnical University
Priority to CN202210096256.1A priority Critical patent/CN114486069B/zh
Publication of CN114486069A publication Critical patent/CN114486069A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114486069B publication Critical patent/CN114486069B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L27/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring fluid pressure
    • G01L27/002—Calibrating, i.e. establishing true relation between transducer output value and value to be measured, zeroing, linearising or span error determination
    • G01L27/005—Apparatus for calibrating pressure sensors
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L25/00—Testing or calibrating of apparatus for measuring force, torque, work, mechanical power, or mechanical efficiency
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/02—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning
    • G01L9/04—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means by making use of variations in ohmic resistance, e.g. of potentiometers, electric circuits therefor, e.g. bridges, amplifiers or signal conditioning of resistance-strain gauges
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00—Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30—Nuclear fission reactors

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)

Abstract

本发明公开了一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置与方法，包括快放阀、炮管、杆撑、Hopkinson杆、冲击力传感器、砧座、砧座工装、铝合金台面、高压气缸连通机构、高压气缸、支撑座、工字钢梁、调平座、子弹和测量系统；采用高压气体驱动子弹撞击Hopkinson杆，在杆中激励冲击载荷并沿杆传播，最终施加到受轴向位移约束的力传感器上，通过测量系统实现力传感器灵敏度系数的冲击标定。本发明扩展了现有力传感器灵敏度系数动态标定装置的载荷激励范围：可将激励的冲击力载荷脉宽降低至10‑1ms量级，同时幅值提高至105N量级，同时结构简单，组装调试方便，稳定性好，容易操作和维护。

Description

一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置与方法
技术领域
本发明属于力学技术领域，具体涉及一种灵敏度系数冲击标定装置与方法。
背景技术
随着航空航天与国防科技的发展，各型装备在服役过程中所面临的载荷环境越来越严苛、复杂。历时短(10-1ms量级)、幅值高(105N量级)的冲击载荷已然成为威胁系统结构安全与稳定的重要因素。能够准确测量真实工况或模拟真实工况下承载结构的冲击载荷，对结构的可靠性设计与强度校核等工作具有重要的指导意义。
实际工程中通常采用动态/冲击力传感器对冲击载荷进行测量，而保证测量结果有效的关键前提是传感器灵敏度系数的准确标定。力传感器的灵敏度系数在(准)静态和动态下往往呈现出不同的特性，甚至在不同脉宽、不同幅值的动态载荷下力传感器灵敏度系数通常也有所不同。因此，将静态下灵敏度系数的标定结果用于动态载荷的测量，即所谓的“静标动用”，将会造成较大的误测量差，甚至导致测量结果无效。所以，针对冲击工况下的应用场合，力传感器的灵敏度系数须进行冲击标定。
目前，发展相对成熟、应用相对广泛的力传感器动态标定方法按其激励的载荷类型主要可分为3类：振动标定、冲击(质量碰撞)标定和阶跃标定。例如，专利CN106595952A公开了一种采用数字式激振试验系统对力传感器灵敏度系数进行动态标定的方法和装置；专利CN111579152A公开了一种基于质量球碰撞进行动态载荷激励的六维力传感器动态灵敏度标定方法和装置；专利CN110411656A、CN111174969A分别公开了一种通过伺服电机瞬间翻转和电磁铁瞬间加载实现阶跃载荷的激励，从而实现力传感器灵敏度系数的动态阶跃标定方法和装置。
振动标定装置主要通过激振器和配重对载荷进行激励，而当配重过大时容易因偏心或偏轴造成较大的标定误差；气浮轴承可以在一定程度上减小轴偏的影响，但其成本过高，因此实际工程应用中，振动标定装置激励的载荷量级有限。基于质量碰撞的载荷激励方法，由于碰撞时间的限制，尤其波形整形器的应用，使得其载荷脉宽很难突破毫秒量级。因此，当前力传感器动态标定装置激励的载荷量级通常为脉宽101ms量级、幅值104N量级，对于爆炸等脉宽更窄、幅值更高的冲击载荷激励则难以进行。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置与方法，包括快放阀、炮管、杆撑、Hopkinson杆、冲击力传感器、砧座、砧座工装、铝合金台面、高压气缸连通机构、高压气缸、支撑座、工字钢梁、调平座、子弹和测量系统；采用高压气体驱动子弹撞击Hopkinson杆，在杆中激励冲击载荷并沿杆传播，最终施加到受轴向位移约束的力传感器上，通过测量系统实现力传感器灵敏度系数的冲击标定。本发明扩展了现有力传感器灵敏度系数动态标定装置的载荷激励范围：可将激励的冲击力载荷脉宽降低至10-1ms量级，同时幅值提高至105N量级，同时结构简单，组装调试方便，稳定性好，容易操作和维护。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置，包括快放阀、炮管、杆撑、Hopkinson杆、冲击力传感器、砧座、砧座工装、铝合金台面、高压气缸连通机构、高压气缸、支撑座、工字钢梁、调平座、子弹和测量系统；
所述高压气缸连通机构内部有连通铅垂方向与水平方向的空腔，铅垂方向空腔壁加工有内螺纹，水平方向空腔壁加工有外螺纹；所述高压气缸连通机构的铅垂方向空腔内螺纹与高压气缸外螺纹刚性气密连接，高压气缸连通机构的水平方向空腔壁外螺纹与快放阀一侧的内螺纹刚性气密连接；所述高压气缸内存储高压气体；
所述快放阀刚性连接在铝合金台面上；所述炮管一端管壁加工有外螺纹，与快放阀另一侧的内螺纹刚性气密连接；所述炮管另一端沿管壁圆周均匀开有消音孔；所述炮管中间位置设置有炮管支撑结构，与铝合金台面刚性连接；
所述多个杆撑刚性连接在铝合金台面上，杆撑中心区域嵌装有套环，所述套环与Hopkinson杆轴向滑动配合，并对Hopkinson杆进行法向位移约束；所述杆撑的高度保证Hopkinson杆与炮管同轴；所述Hopkinson杆一端与炮管之间的距离小于子弹长度；所述Hopkinson杆另一端与待标定的冲击力传感器承载端面接触；
所述砧座前端面和后端面均加工有内螺纹，前端面内螺纹与冲击力传感器工装外螺纹刚性配合，后端面内螺纹通过螺栓与砧座工装刚性连接；所述砧座工装与铝合金台面刚性连接；
所述工字钢梁为工字形型材钢，工字钢梁上端面通过螺栓与铝合金台面刚性连接，下端面通过螺栓与支撑座刚性连接；所述支撑座下端面加工有内螺纹并与调平座外螺纹配合，通过转动调平座实现支撑座高度的调节和铝合金台面水平的调节；
所述测量系统包括应变片、应变片信号桥盒、冲击力传感器信号桥盒、超动态应变仪、高速采集卡和工控机；应变片和冲击力传感器分别通过应变片信号桥盒和冲击力传感器信号桥盒与超动态应变仪连接，超动态应变仪对应变片和冲击力传感器的输出信号进行放大，放大后的信号由工控机驱动的高速采集卡进行采集；
在进行标定时，使用空气压缩机给高压气缸充气达到设定气压值时，打开快放阀；高压气缸与炮管连通，高压气缸中的高压气体驱动放置在炮管中的子弹；子弹射出撞击Hopkinson杆，在Hopkinson杆中传播冲击载荷；由于冲击力传感器与砧座受砧座工装施加的轴向位移约束，Hopkinson杆中传播的冲击载荷最终按固定杆端条件施加给冲击力传感器，实现冲击力传感器冲击标定时的冲击加载；标定Hopkinson杆中传播的冲击载荷由粘贴在杆中点处的应变片测量，应变片信号和冲击力传感器信号分别通过应变片信号桥盒和冲击力传感器信号桥盒输入超动态应变仪，经超动态应变仪放大后，由工控机驱动的高速采集卡采集；调节高压气缸的气压，改变子弹出膛速度，从而改变Hopkinson杆中的冲击载荷幅值，对不同载荷峰值对应的冲击力传感器输出电压进行拟合实现冲击力传感器灵敏度系数的冲击标定。
优选地，所述Hopkinson杆为截面正方形的实心方杆。
优选地，所述砧座为45#钢实心立方质量块，其尺寸为Hopkinson杆横截面尺寸的3倍。
优选地，所述铝合金台面为带有装配凹槽的铝合金型材。
优选地，所述调平座为螺纹式调平座，与支撑座通过内外螺纹配合，通过顺时针或逆时针旋转实现支撑座高度的调整。
优选地，所述子弹为与Hopkinson杆的材料、横截面积相同，撞击端带有锥度的实心柱状弹丸。
优选地，所述刚性连接均通过T形螺栓或螺栓实现；所述刚性气密连接均辅以生胶带紧固。
优选地，所述杆撑为与铝合金台面同型的铝合金型材；所述杆撑中心区域嵌装的套环为聚四氟乙烯套环。
一种力传感器灵敏度系数标定方法，具体步骤如下：
步骤1：将砧座、砧座工装及待标定冲击力传感器安装在铝合金台面上；
步骤2：调整砧座工装位置，使得Hopkinson杆一端与待标定冲击力传感器承载端面接触，另一端与炮管口的距离小于子弹长度；
步骤3：在Hopkinson杆中间点粘贴应变片，将应变片、冲击力传感器连接桥盒、超动态应变仪、高度采集卡和工控机开机，打开测试软件；
步骤4：将子弹回位到炮管接近快放阀的一端；
步骤5：快放阀处于锁紧状态，空气压缩机开机对高压气缸充气，当高压气缸内气压值达到设定值时关闭充气阀，停止充气；
步骤6：打开快放阀，高压空气驱动子弹撞击Hopkinson杆，Hopkinson杆将冲击载荷施加给冲击力传感器；
步骤7：工控机驱动高速采集卡对输入超动态应变仪，并由超动态应变仪进行放大的应变片与冲击力传感器输出信号进行同步采集；
步骤8：调节高压气缸的气压，改变子弹出膛速度，从而改变Hopkinson杆中的冲击载荷幅值，对不同载荷峰值对应的冲击力传感器输出电压进行拟合，计算力传感器灵敏度系数，实现力传感器灵敏度系数的冲击标定。
一种力传感器灵敏度系数的计算方法，具体如下：
由应变片输出电压信号解算Hopkinson杆施加给冲击力传感器的冲击载荷的公式见式(1)：
Figure BDA0003491114410000041
式中，F(t)——Hopkinson杆施加给冲击力传感器的冲击力载荷；
V+/-——超动态应变仪正负校准电压值；
Vout(t)——高速采集卡采集到的应变片输出电压值；
K——超动态应变仪放大系数；
E——Hopkinson杆弹性模量；
A——Hopkinson杆截面积。
冲击力传感器灵敏度系数的计算公式见式(2)：
Figure BDA0003491114410000042
式中，Sf——冲击力传感器灵敏度系数；
Uout——高速采集卡采集到的冲击力传感器输出电压；
R——冲击力传感器量程；
Ve——超动态应变仪激励的桥盒桥压；
由式(2)，对冲击力传感器输出电压信号幅值随加载冲击载荷峰值的变化进行拟合，再乘以系数即得到最终的力传感器冲击标定的灵敏度系数。
本发明的有益效果如下：
本发明基于Hopkinson杆建立了一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置和方法，扩展了现有力传感器灵敏度系数动态标定装置的载荷激励范围：可将激励的冲击力载荷脉宽降低至10-1ms量级，同时幅值提高至105N量级。本发明结构简单，组装调试方便，稳定性好，容易操作和维护。同时，本发明成本在可控范围内，整体成本可以控制在5万元内，使得本发明可以大力推广到各个实用场所，以提高我国在力传感器动态标定领域的技术水平。
附图说明
图1为本发明装置的正视图。
图2为本发明装置的部分左视图。
图3为本发明装置的部分右视图。
图4为本发明子弹构型正视图。
图5为本发明子弹构型右视图。
图中：1-快放阀、2-炮管、3-杆撑、4-Hopkinson杆、5-应变片、6-冲击力传感器、7-砧座、8-砧座工装、9-铝合金台面、10-应变片信号桥盒、11-冲击力传感器信号桥盒、12-超动态应变仪、13-高速采集卡、14-工控机、15-高压气缸连通机构、16-高压气缸、17-支撑座、18-工字钢梁、19-调平座。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
鉴于当前力传感器灵敏度系数动态标定装置载荷激励范围的局限性，本发明基于Hopkinson杆建立了一种相对现有标定装置能够激励更窄脉宽(10-1ms量级)、更高幅值(105N量级)冲击力载荷的力传感器灵敏度系数冲击标定方法和装置。
一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置，包括快放阀1、炮管2、杆撑3、Hopkinson杆4、冲击力传感器6、砧座7、砧座工装8、铝合金台面9、高压气缸连通机构15、高压气缸16、支撑座17、工字钢梁18、调平座19、子弹和测量系统；
所述高压气缸连通机构15内部有连通铅垂方向与水平方向的空腔，铅垂方向空腔壁加工有内螺纹，水平方向空腔壁加工有外螺纹；所述高压气缸连通机构15的铅垂方向空腔内螺纹与高压气缸16外螺纹刚性气密连接，高压气缸连通机构15的水平方向空腔壁外螺纹与快放阀1一侧的内螺纹刚性气密连接；所述高压气缸16内存储高压气体；
所述快放阀1刚性连接在铝合金台面9上；所述炮管2一端管壁加工有外螺纹，与快放阀1另一侧的内螺纹刚性气密连接；所述炮管2另一端沿管壁圆周均匀开有消音孔；所述炮管2中间位置设置有炮管支撑结构，与铝合金台面9刚性连接；
所述多个杆撑3刚性连接在铝合金台面9上，杆撑3中心区域嵌装有套环，所述套环与Hopkinson杆4轴向滑动配合，并对Hopkinson杆4进行法向位移约束；所述杆撑3的高度保证Hopkinson杆4与炮管2同轴；所述Hopkinson杆4一端与炮管2之间的距离小于子弹长度；所述Hopkinson杆4另一端与待标定的冲击力传感器6承载端面接触；
所述砧座7前端面和后端面均加工有内螺纹，前端面内螺纹与冲击力传感器6工装外螺纹刚性配合，后端面内螺纹通过螺栓与砧座工装8刚性连接；所述砧座工装8与铝合金台面9刚性连接；
所述工字钢梁18为工字形型材钢，工字钢梁18上端面通过螺栓与铝合金台面9刚性连接，下端面通过螺栓与支撑座17刚性连接；所述支撑座17下端面加工有内螺纹并与调平座19外螺纹配合，通过转动调平座19实现支撑座17高度的调节和铝合金台面9水平的调节；
所述测量系统包括应变片5、应变片信号桥盒10、冲击力传感器信号桥盒11、超动态应变仪12、高速采集卡13和工控机14；应变片5和冲击力传感器6分别通过应变片信号桥盒10和冲击力传感器信号桥盒11与超动态应变仪12连接，超动态应变仪12对应变片5和冲击力传感器6的输出信号进行放大，放大后的信号由工控机14驱动的高速采集卡13进行采集；
在进行标定时，使用空气压缩机给高压气缸16充气达到设定气压值时，打开快放阀1；高压气缸16与炮管2连通，高压气缸16中的高压气体驱动放置在炮管2中的子弹；子弹射出撞击Hopkinson杆4，在Hopkinson杆4中传播冲击载荷；由于冲击力传感器6与砧座7受砧座工装8施加的轴向位移约束，Hopkinson杆4中传播的冲击载荷最终按固定杆端条件施加给冲击力传感器6，实现冲击力传感器6冲击标定时的冲击加载；标定Hopkinson杆4中传播的冲击载荷由粘贴在Hopkinson杆4中点处的应变片5测量，应变片5信号和冲击力传感器6信号分别通过应变片信号桥盒10和冲击力传感器信号桥盒11输入超动态应变仪12，经超动态应变仪12放大后，由工控机14驱动的高速采集卡13采集；调节高压气缸16的气压，改变子弹出膛速度，从而改变Hopkinson杆4中的冲击载荷幅值，对不同载荷峰值对应的冲击力传感器6输出电压进行拟合实现冲击力传感器6灵敏度系数的冲击标定。
优选地，所述Hopkinson杆4为截面正方形的实心方杆。
优选地，所述砧座7为45#钢实心立方质量块，其尺寸为Hopkinson杆4横截面尺寸的3倍。
优选地，所述铝合金台面9为带有装配凹槽的铝合金型材。
优选地，所述调平座19为螺纹式调平座，与支撑座17通过内外螺纹配合，通过顺时针或逆时针旋转实现支撑座17高度的调整。
优选地，所述子弹为与Hopkinson杆4的材料、横截面积相同，撞击端带有锥度的实心柱状弹丸。
优选地，所述刚性连接均通过T形螺栓或螺栓实现；所述刚性气密连接均辅以生胶带紧固。
优选地，所述杆撑3为与铝合金台面9同型的铝合金型材；所述杆撑3中心区域嵌装的套环为聚四氟乙烯套环。
一种力传感器灵敏度系数标定方法，具体步骤如下：
步骤1：将砧座7、砧座工装8及待标定冲击力传感器6安装在铝合金台面9上；
步骤2：调整砧座工装8位置，使得Hopkinson杆4一端与待标定冲击力传感器6承载端面接触，另一端与炮管2口的距离小于子弹长度；
步骤3：在Hopkinson杆4中间点粘贴应变片5，将应变片5、冲击力传感器连接桥盒、超动态应变仪12、高度采集卡和工控机14开机，打开测试软件；
步骤4：将子弹回位到炮管2接近快放阀1的一端；
步骤5：快放阀1处于锁紧状态，空气压缩机开机对高压气缸16充气，当高压气缸16内气压值达到设定值时关闭充气阀，停止充气；
步骤6：打开快放阀1，高压空气驱动子弹撞击Hopkinson杆4，Hopkinson杆4将冲击载荷施加给冲击力传感器6；
步骤7：工控机14驱动高速采集卡13对输入超动态应变仪12，并由超动态应变仪12进行放大的应变片5与冲击力传感器6输出信号进行同步采集；
步骤8：调节高压气缸16的气压，改变子弹出膛速度，从而改变Hopkinson杆4中的冲击载荷幅值，对不同载荷峰值对应的冲击力传感器6输出电压进行拟合，计算力传感器灵敏度系数，实现力传感器灵敏度系数的冲击标定。
一种力传感器灵敏度系数的计算方法，具体如下：
由应变片5输出电压信号解算Hopkinson杆施加给冲击力传感器6的冲击载荷的公式见式(1)：
Figure BDA0003491114410000081
式中，F(t)——Hopkinson杆施加给冲击力传感器的冲击力载荷；
V+/-——超动态应变仪正负校准电压值；
Vout(t)——高速采集卡采集到的应变片输出电压值；
K——超动态应变仪放大系数；
E——Hopkinson杆弹性模量；
A——Hopkinson杆截面积。
冲击力传感器灵敏度系数的计算公式见式(2)：
Figure BDA0003491114410000082
式中，Sf——冲击力传感器灵敏度系数；
Uout——高速采集卡采集到的冲击力传感器输出电压；
R——冲击力传感器量程；
Ve——超动态应变仪激励的桥盒桥压；
由式(2)，对冲击力传感器输出电压信号幅值随加载冲击载荷峰值的变化进行拟合，再乘以系数即得到最终的力传感器冲击标定的灵敏度系数。

Claims (10)

1.一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置，其特征在于，包括快放阀、炮管、杆撑、Hopkinson杆、冲击力传感器、砧座、砧座工装、铝合金台面、高压气缸连通机构、高压气缸、支撑座、工字钢梁、调平座、子弹和测量系统；
所述高压气缸连通机构内部有连通铅垂方向与水平方向的空腔，铅垂方向空腔壁加工有内螺纹，水平方向空腔壁加工有外螺纹；所述高压气缸连通机构的铅垂方向空腔内螺纹与高压气缸外螺纹刚性气密连接，高压气缸连通机构的水平方向空腔壁外螺纹与快放阀一侧的内螺纹刚性气密连接；所述高压气缸内存储高压气体；
所述快放阀刚性连接在铝合金台面上；所述炮管一端管壁加工有外螺纹，与快放阀另一侧的内螺纹刚性气密连接；所述炮管另一端沿管壁圆周均匀开有消音孔；所述炮管中间位置设置有炮管支撑结构，与铝合金台面刚性连接；
所述多个杆撑刚性连接在铝合金台面上，杆撑中心区域嵌装有套环，所述套环与Hopkinson杆轴向滑动配合，并对Hopkinson杆进行法向位移约束；所述杆撑的高度保证Hopkinson杆与炮管同轴；所述Hopkinson杆一端与炮管之间的距离小于子弹长度；所述Hopkinson杆另一端与待标定的冲击力传感器承载端面接触；
所述砧座前端面和后端面均加工有内螺纹，前端面内螺纹与冲击力传感器工装外螺纹刚性配合，后端面内螺纹通过螺栓与砧座工装刚性连接；所述砧座工装与铝合金台面刚性连接；
所述工字钢梁为工字形型材钢，工字钢梁上端面通过螺栓与铝合金台面刚性连接，下端面通过螺栓与支撑座刚性连接；所述支撑座下端面加工有内螺纹并与调平座外螺纹配合，通过转动调平座实现支撑座高度的调节和铝合金台面水平的调节；
所述测量系统包括应变片、应变片信号桥盒、冲击力传感器信号桥盒、超动态应变仪、高速采集卡和工控机；应变片和冲击力传感器分别通过应变片信号桥盒和冲击力传感器信号桥盒与超动态应变仪连接，超动态应变仪对应变片和冲击力传感器的输出信号进行放大，放大后的信号由工控机驱动的高速采集卡进行采集；
在进行标定时，使用空气压缩机给高压气缸充气达到设定气压值时，打开快放阀；高压气缸与炮管连通，高压气缸中的高压气体驱动放置在炮管中的子弹；子弹射出撞击Hopkinson杆，在Hopkinson杆中传播冲击载荷；由于冲击力传感器与砧座受砧座工装施加的轴向位移约束，Hopkinson杆中传播的冲击载荷最终按固定杆端条件施加给冲击力传感器，实现冲击力传感器冲击标定时的冲击加载；标定Hopkinson杆中传播的冲击载荷由粘贴在杆中点处的应变片测量，应变片信号和冲击力传感器信号分别通过应变片信号桥盒和冲击力传感器信号桥盒输入超动态应变仪，经超动态应变仪放大后，由工控机驱动的高速采集卡采集；调节高压气缸的气压，改变子弹出膛速度，从而改变Hopkinson杆中的冲击载荷幅值，对不同载荷峰值对应的冲击力传感器输出电压进行拟合实现冲击力传感器灵敏度系数的冲击标定。
2.根据权利要求1所述的一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置，其特征在于，所述Hopkinson杆为截面正方形的实心方杆。
3.根据权利要求1所述的一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置，其特征在于，所述砧座为45#钢实心立方质量块，其尺寸为Hopkinson杆横截面尺寸的3倍。
4.根据权利要求1所述的一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置，其特征在于，所述铝合金台面为带有装配凹槽的铝合金型材。
5.根据权利要求1所述的一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置，其特征在于，所述调平座为螺纹式调平座，与支撑座通过内外螺纹配合，通过顺时针或逆时针旋转实现支撑座高度的调整。
6.根据权利要求1所述的一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置，其特征在于，所述子弹为与Hopkinson杆的材料、横截面积相同，撞击端带有锥度的实心柱状弹丸。
7.根据权利要求1所述的一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置，其特征在于，所述刚性连接均通过T形螺栓或螺栓实现；所述刚性气密连接均辅以生胶带紧固。
8.根据权利要求1所述的一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置，其特征在于，所述杆撑为与铝合金台面同型的铝合金型材；所述杆撑中心区域嵌装的套环为聚四氟乙烯套环。
9.一种应用权利要求1所述的力传感器灵敏度系数冲击标定装置的灵敏度系数标定方法，其特征在于，具体步骤如下：
步骤1：将砧座、砧座工装及待标定冲击力传感器安装在铝合金台面上；
步骤2：调整砧座工装位置，使得Hopkinson杆一端与待标定冲击力传感器承载端面接触，另一端与炮管口的距离小于子弹长度；
步骤3：在Hopkinson杆中间点粘贴应变片，将应变片、冲击力传感器连接桥盒、超动态应变仪、高度采集卡和工控机开机，打开测试软件；
步骤4：将子弹回位到炮管接近快放阀的一端；
步骤5：快放阀处于锁紧状态，空气压缩机开机对高压气缸充气，当高压气缸内气压值达到设定值时关闭充气阀，停止充气；
步骤6：打开快放阀，高压空气驱动子弹撞击Hopkinson杆，Hopkinson杆将冲击载荷施加给冲击力传感器；
步骤7：工控机驱动高速采集卡对输入超动态应变仪，并由超动态应变仪进行放大的应变片与冲击力传感器输出信号进行同步采集；
步骤8：调节高压气缸的气压，改变子弹出膛速度，从而改变Hopkinson杆中的冲击载荷幅值，对不同载荷峰值对应的冲击力传感器输出电压进行拟合，计算力传感器灵敏度系数，实现力传感器灵敏度系数的冲击标定。
10.根据权利要求9所述的力传感器灵敏度系数冲击标定装置的灵敏度系数标定方法，其特征在于，所述计算力传感器灵敏度系数的方法，具体如下：
由应变片输出电压信号解算Hopkinson杆施加给冲击力传感器的冲击载荷的公式见式(1)：
Figure FDA0003491114400000031
式中，F(t)——Hopkinson杆施加给冲击力传感器的冲击力载荷；
V+/-——超动态应变仪正负校准电压值；
Vout(t)——高速采集卡采集到的应变片输出电压值；
K——超动态应变仪放大系数；
E——Hopkinson杆弹性模量；
A——Hopkinson杆截面积；
冲击力传感器灵敏度系数的计算公式见式(2)：
Figure FDA0003491114400000032
式中，Sf——冲击力传感器灵敏度系数；
Uout——高速采集卡采集到的冲击力传感器输出电压；
R——冲击力传感器量程；
Ve——超动态应变仪激励的桥盒桥压；
由式(2)，对冲击力传感器输出电压信号幅值随加载冲击载荷峰值的变化进行拟合，再乘以系数即得到最终的力传感器冲击标定的灵敏度系数。
CN202210096256.1A 2022-01-26 2022-01-26 一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置与方法 Active CN114486069B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210096256.1A CN114486069B (zh) 2022-01-26 2022-01-26 一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置与方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210096256.1A CN114486069B (zh) 2022-01-26 2022-01-26 一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置与方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114486069A CN114486069A (zh) 2022-05-13
CN114486069B true CN114486069B (zh) 2023-06-23

Family

ID=81476056

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210096256.1A Active CN114486069B (zh) 2022-01-26 2022-01-26 一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置与方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114486069B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115824492B (zh) * 2022-12-05 2024-04-19 西北工业大学 一种用于高频响三维冲击力传感器的同步标定方法及装置
CN115979508B (zh) * 2022-12-05 2024-04-19 西北工业大学 一种多轴动态力传感器同步冲击校准方法与装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6116077A (en) * 1995-11-06 2000-09-12 European Community Construction test apparatus
CN108645562A (zh) * 2018-05-09 2018-10-12 西北工业大学 三维冲击力传感器的三轴Hopkinson杆同步动态标定装置及方法
CN111678639A (zh) * 2020-06-18 2020-09-18 中国人民解放军国防科技大学 一种自由场压力传感器动态灵敏度系数标定装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6116077A (en) * 1995-11-06 2000-09-12 European Community Construction test apparatus
CN108645562A (zh) * 2018-05-09 2018-10-12 西北工业大学 三维冲击力传感器的三轴Hopkinson杆同步动态标定装置及方法
CN111678639A (zh) * 2020-06-18 2020-09-18 中国人民解放军国防科技大学 一种自由场压力传感器动态灵敏度系数标定装置

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
三轴高g值加速度传感器的测试技术研究;陈宏亮;马少杰;张英忠;张锦明;;传感技术学报(第02期);全文 *
高g值加速度传感器激光绝对法冲击校准技术研究;范锦彪;祖静;林祖森;徐鹏;赵晓东;;振动与冲击(第11期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114486069A (zh) 2022-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN114486069B (zh) 一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置与方法
CN102818676B (zh) 一种推力台架原位校准系统
CN108645562B (zh) 三维冲击力传感器的三轴Hopkinson杆同步动态标定装置及方法
CN103245458A (zh) 一种力传感器的半正弦准静态标定装置
CN107860507A (zh) 压力传感器校准用力传感器及其校准方法
CN110243513A (zh) 滚珠丝杠副效率检测装置
CN107462375B (zh) 承压端盖法兰动态密封性能检测装置和检测方法
CN109211508B (zh) 一种螺栓连接松动测试系统
CN103048075B (zh) 一种冲击力测试装置
Morgan et al. A 1 kHz servohydraulic fatigue testing system
CN116337591B (zh) 一种适用于材料复杂应力状态的分离式霍普金森压杆实验装置
CN105300671A (zh) 一种精密螺栓连接扭矩-预紧力映射关系测量装置
RU2730737C1 (ru) Шинно-рельсовый стенд для статических испытаний
CN210513503U (zh) 一种用于测试大直径螺杆扭矩与预紧力关系的装置
CN210401098U (zh) 液压气动中应变率拉伸压缩通用试验装置
CN206430918U (zh) 基于制动台举升高度与车轴加载力关联模型的轴荷模拟控制装置
CN111122090B (zh) 一种基于应变法的支柱式起落架落震试验载荷测量方法
CN115979508B (zh) 一种多轴动态力传感器同步冲击校准方法与装置
CN201917497U (zh) 摇摆疲劳试验机
CN210464788U (zh) 一种标准动态力校准装置
CN113237421B (zh) 一种轴销形应变式传感器
CN114199581A (zh) 一种固体姿轨控发动机动态校准力源装置
CN200941091Y (zh) 冲击波电探针动态参数检测装置
CN211504379U (zh) 衡器检定装置
CN211877642U (zh) 一种油套管全尺寸弯曲加载试验系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant