CN208125325U - 动态力校准装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种动态力校准装置，包括伺服电机、离心机构、机筒、测控系统、反力架，所述伺服电机、离心机构分别安装在所述机筒内，所述伺服电机具有转轴，所述离心机构具有质量块、顶杆、转筒，所述离心机构位于所述伺服电机的上端，并且所述转筒与所述转轴连接；所述伺服电机与所述测控系统电性连接；所述反力架安装在所述机筒的上方，所述反力架具有压块、顶块，所述顶杆的上端与所述顶块连接。该动态力校准装置利用伺服电机驱动离心机构旋转，激励信号处理灵活，能实现离心机构的输出力随时间有不同规则的变化，通过实时测量质量块的转动速度与半径即复现出动态力值，满足量值溯源性并用于校准力传感器。

Description

动态力校准装置

技术领域

本实用新型涉及校准装置领域，尤其涉及一种动态力校准装置。

背景技术

动态力是随时间变化的力，通常采用各种力传感器进行动态力测量。目前，对绝大多数力传感器仅进行静态校准，由此导致动态力测量准确度很低(有时测量误差甚至达到实际力值的几倍)。因此，针对力传感器的动态校准具有十分重要的意义。

根据校准装置的激励源的不同，可以将动态力校准方法分为落锤冲击式(或脉冲式)动态力校准、脆断阶跃式动态力校准、稳态正弦动态力校准。

落锤冲击式动态力校准装置利用高处的重锤落在传感器上产生一个脉冲式的瞬时冲击力，力值不仅与落锤高度，还与材质的均匀性和加速度的分布有关，影响因素较多；而且由于落锤高度不能任意调节，因此装置的测量范围有限。

脆断阶跃式动态力校准装置利用脆性材料的破坏产生阶跃变化的动态力，力值与材料属性密切相关，而且不能连续可调，亦无法复现，因此其校准受材料制约大。

稳态正弦动态力校准装置使用振动台作为激励源，成本昂贵，仅提供正弦变化的动态力。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种动态力校准装置，该动态力校准装置利用伺服电机驱动离心机构旋转，通过设定不同规则变化的激励信号，实现离心机构的输出力随时间变化并且量值可控，而且满足量值溯源性。

其技术方案如下：

动态力校准装置，包括伺服电机、离心机构、机筒、测控系统、反力架，所述伺服电机、离心机构分别安装在所述机筒内，所述伺服电机具有转轴，所述离心机构具有顶杆、转筒，所述离心机构位于所述伺服电机的上端，并且所述转筒与所述转轴连接；所述伺服电机与所述测控系统电性连接；

所述反力架安装在所述机筒的上方，所述反力架具有压块、顶块，所述顶杆的上端与所述顶块连接。

所述反力架还包括底座、第一立杆、第二立杆、顶座、摇臂、螺杆，所述第一立杆、第二立杆的两端分别与所述底座、顶座的两端连接，所述底座、第一立杆、第二立杆、顶座形成反力框架，所述压块、顶块位于所述反力框架内，所述反力架通过所述底座与所述机筒连接；

所述顶座内装有轴承，所述螺杆的一端与所述摇臂连接，所述螺杆的另一端穿过所述轴承与所述压块连接。

所述压块包括止动块、第一螺栓，所述止动块的两端分别与所述第一立杆、第二立杆限位滑配连接，所述止动块的上端面与所述螺杆连接，所述止动块的下端面与所述第一螺栓螺栓连接。

所述顶块包括第二螺栓、顶推盖、推力轴承、第一弹片、第二弹片，所述第二螺栓与所述顶推盖的顶端面连接，所述推力轴承安装在所述顶推盖内，所述顶杆与所述推力轴承连接，所述顶块的顶推盖通过所述第一弹片、第二弹片与所述底座连接。

所述测控系统包括测控电柜、上位机，所述上位机安装在所述测控电柜的上端，所述测控系统通过所述测控电柜与所述伺服电机电性连接。

所述离心机构还包括质量块、滑块组、转盘、转向架、牵引架、第三弹片、第一支点簧片、第二支点簧片、第四弹片、第五弹片，所述转筒具有筒口缘，所述转盘安装在所述转筒的筒口缘上，所述质量块通过所述滑块组安装在所述转盘上；所述牵引架、顶杆、转向架分别设在所述转筒内，所述牵引架与所述转筒连接；

所述转向架分别通过所述第三弹片、第一支点簧片、第二支点簧片、第四弹片与所述质量块、转盘、牵引架、顶杆连接，所述顶杆通过所述第五弹片与所述转筒连接。

还包括多个地脚螺栓，多个所述地脚螺栓设在所述机筒的底部，所述机筒具有顶盖，所述顶盖上设有第一通孔，所述顶杆包括直线轴承、顶推杆，所述直线轴承设在所述第一通孔上，所述直线轴承具有轴孔，所述顶推杆穿过所述直线轴承的轴孔与所述顶块连接。

所述滑块组包括滑动块、滑轨，所述质量块安装在所述滑动块上方，所述滑轨安装在所述滑动块的下方，所述转盘上设有凹槽，所述滑动块通过滑轨与转盘上的凹槽连接。

所述第一支点簧片与所述第二支点簧片交叉连接，并形成第一转动交点，所述第一支点簧片的两端分别与所述转盘、转向架连接，所述第二支点簧片的两端分别与所述牵引架、转向架连接。

需要说明的是：

前述“第一、第二…”不代表具体的数量及顺序，仅仅是用于对名称的区分。

下面对本实用新型的优点或原理进行说明：

1、本动态力校准装置，包括伺服电机、离心机构、机筒、测控系统、反力架，使用时，被测力传感器安装在反力架的压块和顶块之间；首先，移动压块，以确保被测力传感器刚好在压块与顶块之间处于预压状态而无松动现象；将传感器置零后，通过测控系统设定参考力值或力值-时间曲线，然后启动伺服电机；伺服电机驱动离心机构转动，从而带动顶杆向上移动，并由此推动顶块向上运动，最终作用到被测传感器上。

通过这种力传递，来自离心机构的向心力汇集到了被测传感器上；由于离心机构的转速能实时控制，以及转动半径能实时测量，因此容易得到输出力的绝对值，将该绝对值与被测力传感器的示值进行比较，实现动态校准。

本动态力校准装置利用伺服电机驱动离心机构旋转，将离心机构产生的向心力作为参考力，同时，通过控制离心机构的运动参数(速度和时间)，实现参考力值随时间变化并且过程可控，实现各种规则变化的动态力。

因此由本装置复现的动态力满足量值溯源性，而且激励信号处理灵活，能够产生不同规则变化的动态力，适于模拟工况条件下准静态使用的测力传感器的动态校准。

2、反力架还包括底座、第一立杆、第二立杆、顶座、摇臂、螺杆，底座、第一立杆、第二立杆、顶座形成反力框架，方便被测力传感器安装在反力框架内；使用时，被测力传感器安装在压块和顶块之间，摇动摇臂可上下移动压块，以确保被测力传感器刚好处于预压状态而无松动现象，结构简单，使用方便。

3、压块包括止动块、第一螺栓，止动块的设置，保证了第一螺栓沿第一立杆、第二立杆的竖向轨迹运动，使第一螺栓对被测力传感器的预压更为准确。

4、顶块包括顶推盖、推力轴承、第一弹片、第二弹片，推力轴承、第一弹片、第二弹片的设计和使用能有效避免顶杆与顶块的铰连接带来的摩擦与游隙，使顶杆与顶块的铰连接更为可靠。

5、测控系统包括测控电柜、上位机，被传感器置零后，可以通过上位机设定参考力值或力值-时间曲线，然后通过测控电柜启动伺服电机。

6、离心机构通过配重质量块作为负载质量，与加速度的乘积来复现动态力值；伺服电机旋转驱动转筒，进而通过转盘、滑块组驱动质量块转动；质量块在转动时通过第三弹片拉拽转向架，转向架由于受到第一支点簧片和第二支点簧片分别在竖直与水平方向自由度的约束，而只能绕着它们之间的交点转动；又由于转向架通过第四弹片连接着顶杆，当转向架转动时必然带动顶杆向上移动，并由此推动顶块向上运动，最终作用到被测传感器上；通过这种传递，来自质量块的向心力汇集到了被测传感器上，通过伺服系统精确控制质量块的运动，实现各种规则变化的动态力。

7、机筒的底部设有多个地脚螺栓，方便机筒的安装固定；顶杆包括直线轴承、顶推杆，顶推杆穿过直线轴承的轴孔与顶块连接，对顶推杆运动轨迹的限定，使顶杆对顶块的上推更为可靠，

8、滑块组包括滑动块、滑轨，滑动块通过滑轨与转盘上的凹槽连接，使转筒旋转驱动质量块转动更为精准。

9、第一支点簧片与所述第二支点簧片交叉连接，并形成第一转动交点，第一转动交点的设计和使用能有效避免使用轴承铰支座带来的摩擦与游隙。

附图说明

图1是本实用新型实施例动态力校准装置示意图。

附图标记说明：

10、伺服电机，20、离心机构，21、顶杆，211、直线轴承，212、顶推杆，22、转筒，23、质量块，24、滑块组，241、滑动块，242、滑轨，25、转盘，26、转向架，27、牵引架，281、第三弹片，282、第四弹片，283、第五弹片，291、第一支点簧片，292、第二支点簧片，30、机筒，31、地脚螺栓，40、测控系统，41、测控电柜，42、上位机，50、反力架，51、压块，511、止动块，512、第一螺栓，52、顶块，521、第二螺栓，522、顶推盖，523、推力轴承，524、第一弹片，525、第二弹片，53、底座，54、第一立杆，55、第二立杆，56、顶座，57、摇臂，58、螺杆。

具体实施方式

下面对本实用新型的实施例进行详细说明。

如图1所示，动态力校准装置，包括伺服电机10、离心机构20、机筒30、测控系统40、反力架50，伺服电机10、离心机构20分别安装在机筒30内，伺服电机10具有转轴，离心机构20具有顶杆21、转筒22，离心机构20位于伺服电机10的上端，并且转筒22与转轴连接；伺服电机10与测控系统40电性连接；

反力架50安装在机筒30的上方，反力架50具有压块51、顶块52，顶杆21的上端与顶块52连接。

其中，反力架50还包括底座53、第一立杆54、第二立杆55、顶座56、摇臂57、螺杆58，第一立杆54、第二立杆55的两端分别与底座53、顶座56的两端连接，底座53、第一立杆54、第二立杆55、顶座56形成反力框架，压块51、顶块52位于反力框架内，反力架50通过底座53与机筒30连接；顶座56内装有轴承，螺杆58的一端与摇臂57连接，螺杆58的另一端穿过轴承与压块51连接；

压块51包括止动块511、第一螺栓512，止动块511的两端分别与第一立杆54、第二立杆55限位滑配连接，止动块511的上端面与螺杆58连接，止动块511的下端面与第一螺栓512连接；

顶块52包括第二螺栓521、顶推盖522、推力轴承523、第一弹片524、第二弹片525，第二螺栓521与顶推盖522的顶端面连接，推力轴承523安装在顶推盖522内，顶杆21与推力轴承523连接，顶块52的顶推盖522通过第一弹片524、第二弹片525与底座53连接；

测控系统40包括测控电柜41、上位机42，上位机42安装在测控电柜41的上端，测控系统40通过测控电柜41与伺服电机10电性连接；

离心机构20还包括质量块23、滑块组24、转盘25、转向架26、牵引架27、第三弹片281、第一支点簧片291、第二支点簧片292、第四弹片282、第五弹片283，转筒22具有筒口缘，转盘25安装在转筒22的筒口缘上，质量块23通过滑块组24安装在转盘25上；牵引架27、顶杆21、转向架26分别设在转筒22内，牵引架27与转筒22连接；

转向架26分别通过第三弹片281、第一支点簧片291、第二支点簧片292、第四弹片282与质量块23、转盘25、牵引架27、顶杆21连接，顶杆21通过第五弹片283与转筒22连接；

本动态力校准装置还包括多个地脚螺栓31，多个地脚螺栓31设在机筒30的底部，机筒30具有顶盖，顶盖上设有第一通孔，顶杆21包括直线轴承211、顶推杆212，直线轴承211设在第一通孔上，直线轴承211具有轴孔，顶推杆212穿过直线轴承211的轴孔与顶块52连接；

滑块组24包括滑动块241、滑轨242，质量块23安装所述滑动块241上方，滑轨242安装在滑动块241的下方，转盘25上设有凹槽，滑动块241通过滑轨242与转盘25上的凹槽连接；

第一支点簧片291与第二支点簧片292交叉连接，并形成第一转动交点，第一支点簧片291的两端分别与转盘25、转向架26连接，第二支点簧片292的两端分别与牵引架27、转向架26连接。

本实施例具有如下优点：

1、本动态力校准装置，包括伺服电机10、离心机构20、机筒30、测控系统40、反力架50，使用时，被测力传感器安装在反力架50的压块51和顶块52之间；首先，移动压块51，以确保被测力传感器刚好在压块51与顶块52之间处于预压状态而无松动现象；将传感器置零后，通过测控系统40设定参考力值或力值-时间曲线，然后启动伺服电机10；伺服电机10驱动离心机构20转动，从而带动顶杆21向上移动，并由此推动顶块52向上运动，最终作用到被测传感器上。

通过这种力传递，来自离心机构20的向心力汇集到了被测传感器上；由于离心机构20的转速能实时控制，以及转动半径能实时测量，因此容易得到输出力的绝对值，将该绝对值与被测力传感器的示值进行比较，实现动态校准。

本动态力校准装置利用伺服电机10驱动离心机构20旋转，将离心机构20产生的向心力作为参考力，同时，通过控制离心机构20的运动参数(速度和时间)，实现参考力值随时间变化并且过程可控，实现各种规则变化的动态力。

因此由本装置复现的动态力满足量值溯源性，而且激励信号处理灵活，能够产生不同规则变化的动态力，适于模拟工况条件下准静态使用的测力传感器的动态校准。

2、反力架50还包括底座53、第一立杆54、第二立杆55、顶座56、摇臂57、螺杆58，底座53、第一立杆54、第二立杆55、顶座56形成反力框架，方便被测力传感器安装在反力框架内；使用时，被测力传感器安装在压块51和顶块52之间，摇动摇臂57可上下移动压块51，以确保被测力传感器刚好处于预压状态而无松动现象，结构简单，使用方便。

3、压块51包括止动块511、第一螺栓512，止动块511的设置，保证了第一螺栓512沿第一立杆54、第二立杆55的竖向轨迹运动，使第一螺栓512对被测力传感器的预压更为准确。

4、顶块52包括顶推盖522、推力轴承523、第一弹片524、第二弹片525，推力轴承523、第一弹片524、第二弹片525的设计和使用能有效避免顶杆21与顶块52的铰连接带来的摩擦与游隙，使顶杆21与顶块52的铰连接更为可靠。

5、测控系统40包括测控电柜41、上位机42，被传感器置零后，可以通过上位机42设定参考力值或力值-时间曲线，然后通过测控电柜41启动伺服电机10。

6、离心机构20通过配重质量块23作为负载质量，与加速度的乘积来复现动态力值；伺服电机10旋转驱动转筒22，进而通过转盘25、滑块组24驱动质量块23转动；质量块23在转动时通过第三弹片281拉拽转向架26，转向架26由于受到第一支点簧片291和第二支点簧片292分别在竖直与水平方向自由度的约束，而只能绕着它们之间的交点转动；又由于转向架26通过第四弹片282连接着顶杆21，当转向架26转动时必然带动顶杆21向上移动，并由此推动顶块52向上运动，最终作用到被测传感器上；通过这种传递，来自质量块23的向心力汇集到了被测传感器上，通过伺服系统精确控制质量块23的运动，实现各种规则变化的动态力。

7、机筒30的底部设有多个地脚螺栓31，方便机筒30的安装固定；顶杆21包括直线轴承211、顶推杆212，顶推杆212穿过直线轴承211的轴孔与顶块52连接，对顶推杆212运动轨迹的限定，使顶杆21对顶块52的上推更为可靠，

8、滑块组24包括滑动块241、滑轨242，滑动块241通过滑轨242与转盘25上的凹槽连接，使转筒22旋转驱动质量块23转动更为精准。

9、第一支点簧片291与所述第二支点簧片292交叉连接，并形成第一转动交点，第一转动交点的设计和使用能有效避免使用轴承铰支座带来的摩擦与游隙。

以上仅为本实用新型的具体实施例，并不以此限定本实用新型的保护范围；在不违反本实用新型构思的基础上所作的任何替换与改进，均属本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.动态力校准装置，其特征在于，包括伺服电机、离心机构、机筒、测控系统、反力架，所述伺服电机、离心机构分别安装在所述机筒内，所述伺服电机具有转轴，所述离心机构具有顶杆、转筒，所述离心机构位于所述伺服电机的上端，并且所述转筒与所述转轴连接；所述伺服电机与所述测控系统电性连接；

所述反力架安装在所述机筒的上方，所述反力架具有压块、顶块，所述顶杆的上端与所述顶块连接。

2.如权利要求1所述的动态力校准装置，其特征在于，所述反力架还包括底座、第一立杆、第二立杆、顶座、摇臂、螺杆，所述第一立杆、第二立杆的两端分别与所述底座、顶座的两端连接，所述底座、第一立杆、第二立杆、顶座形成反力框架，所述压块、顶块位于所述反力框架内，所述反力架通过所述底座与所述机筒连接；

所述顶座内装有轴承，所述螺杆的一端与所述摇臂连接，所述螺杆的另一端穿过所述轴承与所述压块连接。

3.如权利要求2所述的动态力校准装置，其特征在于，所述压块包括止动块、第一螺栓，所述止动块的两端分别与所述第一立杆、第二立杆限位滑配连接，所述止动块的上端面与所述螺杆连接，所述止动块的下端面与所述第一螺栓连接。

4.如权利要求2所述的动态力校准装置，其特征在于，所述顶块包括第二螺栓、顶推盖、推力轴承、第一弹片、第二弹片，所述第二螺栓与所述顶推盖的顶端面连接，所述推力轴承安装在所述顶推盖内，所述顶杆与所述推力轴承连接，所述顶块的顶推盖通过所述第一弹片、第二弹片与所述底座连接。

5.如权利要求1所述的动态力校准装置，其特征在于，所述测控系统包括测控电柜、上位机，所述上位机安装在所述测控电柜的上端，所述测控系统通过所述测控电柜与所述伺服电机电性连接。

6.如权利要求1至5任一项所述的动态力校准装置，其特征在于，所述离心机构还包括质量块、滑块组、转盘、转向架、牵引架、第三弹片、第一支点簧片、第二支点簧片、第四弹片、第五弹片，所述转筒具有筒口缘，所述转盘安装在所述转筒的筒口缘上，所述质量块通过所述滑块组安装在所述转盘上；所述牵引架、顶杆、转向架分别设在所述转筒内，所述牵引架与所述转筒连接；

所述转向架分别通过所述第三弹片、第一支点簧片、第二支点簧片、第四弹片与所述质量块、转盘、牵引架、顶杆连接，所述顶杆通过所述第五弹片与所述转筒连接。

7.如权利要求6所述的动态力校准装置，其特征在于，还包括多个地脚螺栓，多个所述地脚螺栓设在所述机筒的底部，所述机筒具有顶盖，所述顶盖上设有第一通孔，所述顶杆包括直线轴承、顶推杆，所述直线轴承设在所述第一通孔上，所述直线轴承具有轴孔，所述顶推杆穿过所述直线轴承的轴孔与所述顶块连接。

8.如权利要求6所述的动态力校准装置，其特征在于，所述滑块组包括滑动块、滑轨，所述质量块安装在所述滑动块上方，所述滑轨安装在所述滑动块的下方，所述转盘上设有凹槽，所述滑动块通过滑轨与转盘上的凹槽连接。

9.如权利要求6所述的动态力校准装置，其特征在于，所述第一支点簧片与所述第二支点簧片交叉连接，并形成第一转动交点，所述第一支点簧片的两端分别与所述转盘、转向架连接，所述第二支点簧片的两端分别与所述牵引架、转向架连接。