CN213842514U - 一种多维力传感器性能动态测试装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多维力传感器性能动态测试装置，包括用于放置待评估传感器的台架、用于为待评估传感器施加多维力的施力机构和用于测量施力机构推力的标准力传感器；施力机构包括用于挤顶待评估传感器的施力端和用于调整施力端位置的位置调整端，施力端垂直于位置调整端所在面，位置调整端能够沿两个不同的方向来回移动，施力端能够沿垂直于位置调整端所在面的方向上伸缩，标准力传感器设置在施力端上。本实用新型的测试装置可以实现对多维力传感器的动态标校，可以获取被评估传感器的动态线性度曲线、动态特性曲线及耦合系数曲线，精度为小于1％FS，实现对传感器的全面评估和特征值的测量。

Description

一种多维力传感器性能动态测试装置

技术领域

本实用新型属于测试技术领域，具体涉及一种多维力传感器性能动态测试装置。

背景技术

在固体火箭发动机推力测试时，需要采用组合式多维力传感器，用于实现发动机各个方向推力的测量。系统的测量精度与组合式多维力传感器的测试精度密切相关，在进行系统测试之前需要首先对组合式多维力传感器的性能进行评估，主要包括传感器的线性度、动态特性及耦合系数，以判断其是否能够用于测试过程。

国内目前对于组合式多维力传感器的标校采用静态点测的方法，然后采用数学方法计算传感器的线性度和耦合系数，还无法进行动态特性的标校。随着固体火箭发动机的技术发展，需要对多维力传感器的动态综合性能进行全面标校，以适应固体火箭发动机的高频动态力的测试。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的是提供一种多维力传感器性能动态测试装置，以实现组合式多维力传感器的动态特性的标校。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案予以实现：

一种多维力传感器性能动态测试装置，包括用于放置待评估传感器的台架、用于为待评估传感器施加多维力的施力机构和用于测量施力机构推力的标准力传感器；所述施力机构包括用于挤顶待评估传感器的施力端和用于调整施力端位置的位置调整端，所述施力端垂直于位置调整端所在面，所述位置调整端能够沿两个不同的方向来回移动，所述施力端能够沿垂直于位置调整端所在面的方向上伸缩；所述标准力传感器设置在施力端上。

具体的，所述位置调整端包括第一底座、第二底座、第三底座；所述第一底座上设置有第一导轨，所述第二底座底部设置有与第一导轨匹配的第二导槽；所述第二底座上设置有第二导轨，所述第三底座底部设置有与第二导轨匹配的第三导槽。

具体的，所述第一底座和第二底座上均设置有一套丝杠滑块机构，丝杠与动力机构连接，第二底座底部以及第三底座的底部均设置有与丝杠匹配的滑块。

具体的，所述施力端包括推杆，所述推杆为伸缩杆，所述推杆一端连接在位置调整端，推杆另一端为自由端。

优选的，所述推杆的自由端末端为半球形。

具体的，所述施力端还包括导向件，所述导向件包括导向套、设置在导向套内且沿导向套移动的导向杆以及连接板，所述导向套连接在位置调整端，所述连接板与导向杆、推杆均连接。

进一步的，该测试装置还包括施力机构支撑架，所述施力机构支撑架上设置有三个相互垂直的面，每个面与一个施力机构的位置调整端连接。

进一步的，该测试装置还包括用于采集待评估传感器数据的采集器、显示测试结果的人机界面和电控箱，所述电控箱与标准力传感器连接，人机界面分别与采集器、电控箱连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

通过本实用新型的测试装置可以实现对多维力传感器的动态标校，可以获取被评估传感器的动态线性度曲线、动态特性曲线及耦合系数曲线，精度为小于1％FS，实现对传感器的全面评估和特征值的测量。对于在固体火箭发动机推力测试时应用此传感器的方法提供判断依据和对推力测量结果提供补偿系数。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

图1是本实用新型其中一实施例记载的测试装置整体结构示意图。

图2是本实用新型其中一实施例记载的施力机构的结构示意图。

图3是本实用新型其中一实施例记载的测试装置整体结构示意图。

图4是本实用新型其中一实施例得到的动态标校曲线。

图中各标号表示为：

1-台架，2-施力机构，3-标准力传感器，4-施力机构支撑架，5-，6-人机界面，7-电控箱，8-待评估传感器；

21-施力端，22-位置调整端；

211-推杆，212-导向件；

2121-导向套，2122-导向杆，2123-连接板；

221-第一底座，222-第二底座，223-第三底座，224-第一导轨，225-第二导槽，226-第二导轨，227-第三导槽，228-丝杠，229-动力机构。

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本实用新型的具体实施例，需要说明的是本实用新型并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本实用新型的保护范围。

在本实用新型中，在未作相反说明的情况下，使用的方位词如“上、下、水平、竖直、底、顶”通常是指以相应附图的图面为基准定义的，“内、外”是指相应部件轮廓的内和外。

本实用新型公开了一种多维力传感器性能动态测试装置，该装置包括台架1、施力机构2和标准力传感器3。其中，台架1用于放置固定待评估传感器8；施力机构2用于为待评估传感器8施加多维力，施力机构2包括用于挤顶待评估传感器8的施力端21和用于调整施力端21位置的位置调整端22，施力端21垂直于位置调整端22所在面，位置调整端22能够沿两个不同的方向来回移动，施力端21能够沿垂直于位置调整端22所在面的方向上伸缩；标准力传感器3设置在施力端21上，用于测量施力机构的实时推力。

作为本实用新型的具体实施例，如图1所示，本实施例中台架1具体为普通的支撑板。施力机构2围绕待评估传感器8设置，本实施例中施力机构2有三个，三个施力机构2的结构相同，施加XYZ三个方向的力。

如图2所示，本实施例的位置调整端22包括第一底座221、第二底座222、第三底座223，第一底座222上设置有第一导轨224具体设置有两个第一导轨224，稳定性好，本实施例的第一导轨224与第一底座221一体化成型。第二底座222底部设置有与第一导轨224匹配的第二导槽225，具体的，第二导槽225为连接在第二底座底部的两段凸起块，在凸起块上设置有槽，槽的横截面形状为燕尾槽形状，相应的，第一导轨224的横截面也为这种形状。第二底座222的另一面上设置有第二导轨226，同样，第二导轨226也设置有两个。第三底座223底部设置有与第二导轨226匹配的第三导槽227，第三导槽227与第二导轨226的形状相同。第一底座221、第二底座222和第三底座223由下至上通过导槽和导轨依次连接。第二底座222在第一底座221上的移动方向与第三底座223在第二底座222上的移动方向相互垂直，使得施力端21能够在XY方向移动，以此实现施力端21向平面中的任何一个位置施加力。

如同2所示，本实施例的施力端21包括推杆211，推杆211为伸缩杆，具体可采用市面上常用的液压伸缩杆，推杆211一端连接在位置调整端22，推杆211另一端为自由端，该自由端用于挤顶待评估传感器8。本实施例中，推杆211连接在第三底座223上。

在推杆211上设置一段螺纹段，用来安装标准传感器3，方便标准传感器3的拆装。

更为优选的，将推杆211自由端的末端设置为半球形。使其与待标定的传感器8的接触面是半球形，减小接触点的面积，保证施力方向。

更进一步的，为了实现第二底座222和第三底座223的移动，在第一底座222和第二底座223上均设置有一套丝杠滑块机构，其中，丝杠228一端与动力机构229连接，另一端连接在设置在第二底座222或第三底座223上的支座上，第二底座222底部以及第三底座222的底部均设置有一个滑块(图中未标出)，丝杠228穿过滑块，通过丝杠228转动带动滑块沿第一导轨224或第二导轨226移动。本实施例的动力机构229为伺服电机，伺服电机固定在第一底座222或第二底座223，且位于两个第一导轨224或两个第二导轨226之间。

作为本实用新型的另一实施方案，在上述实施例的基础上，在第一导轨224两端分别设置有第一限位块228，如图2所示。具体的，第一限位块228位于两个第一导轨224之间，且第一导轨224两端均设置有一个第一限位块228，用来限制第二底座222的移动位置。同样的，在第二导轨226两端也分别设置有第二限位块229，第二限位块229也位于两个第二导轨226之间，用于限制第三底座223的移动位置。

作为本实用新型的优选实施方案，在上述实施例的基础上，施力端21还包括导向件212，为推杆211提供导向作用，保证施力方向。如图2所示，本实施例的导向件212包括导向套2121、导向杆2122以及连接板2123；连接板2123连接在推杆211上，导向杆2122一端设置在导向套2121内，且能够沿导向套2121上下移动，导向杆2122另一端与连接板2123连接，使得推杆211与导向杆2122之间通过连接板2123实现连接。导向套2121的底部连接在位置调整端22，本实施例中导向套2121固定连接在第三底座223上。本实施例中，连接板2123与导向杆2122、推杆211之间均固定连接，导向杆2122有两个，顶部固定在连接板2123的两边缘处，连接板2123通过其上的中心孔固定连接在推杆211上。推杆211伸缩运动时，带动导向杆2122沿着导向套2121移动，保证了移动方向的一致性。

作为本实用新型的另一实施方案，在上述实施例的基础上，该测试装置还包括施力机构支撑架4，用于安装不同方向的施力机构2。如图1所示，施力机构支撑架4上设置有三个相互垂直的面，每个面与一个施力机构2的位置调整端22连接。具体的，本实施例的施力机构支撑架4包括顶板、支撑顶板的侧板，侧板至少包括两个相互垂直的面，三个施力机构的位置调整端分别连接在顶板底面、侧板的两个相互垂直面上，为待评估传感器8施加XYZ三个方向的力。

作为本实用新型的另一实施方案，在上述实施例的基础上，该测试装置还包括采集器5、人机界面6和电控箱7，如图3所示。其中，采集器5与待评估传感器8连接，用于采集待评估传感器8数据；电控箱6与标准力传感器3连接，用于接收标准力传感器3的测量数据；人机界面6分别与采集器5、电控箱7连接，人机界面6根据采集器5和电控箱7返回的数据，显示评估过程及评估结果等相关信息。

以下对上述一实施例记载的测试装置的测试过程进行详细说明：

按照图3的示意搭建评估系统。控制器的型号为：ARM Cortex-A15，采集器的型号为：ATI C66X，伺服系统的型号为：DB100，标准力传感器的型号为：U15。

系统启动后，评估系统完成自检，并建立空间坐标系。

参数1：X\Y\Z三个方向的施力机构2中的施力端21按照设定的加速度，以时间为自变量，线性连续增加其输出力值至最大值，然后再以同样的加速度将力值输出降为0。以上过程重复3次。人机界面6计算待评估传感器8的动态输出线性度及力值耦合系数曲线。

参数2：X\Y\Z三个方向的施力机构2中的施力端21按照设定的加速度，以时间为自变量，线性连续增加其输出力值的频率至设定值，然后再以同样的加速度将力值输出降为0。以上过程重复3次。人机界面6计算待评估传感器8的动态特性曲线。

参数3：X\Y\Z三个方向的施力机构2中的施力端21按照设定的歩距，以时间为自变量，连续改变在待评估传感器8上的施力点位置至设定值，具体是通过位置调整端(22上第二底座222和第三底座223的移动来改变施力点的位置，在每个施力点完成参数1的测试过程。人机界面6计算待评估传感器8的扭矩动态特性曲线及扭矩耦合系数曲线。

如图4所示为本次测试得到的动态标校曲线，可以看出：本装置能够在图4中的标定区间(0～500N)内给出连续变化的力值，且输出力值的线性度非常高，说明本实用新型装置能够给出准确的动态标定力值；在500N时输出稳定，说明本实用新型装置也可以给出准确的静态标定力值；在30s左右的时间完成输出过程，说明本实用新型装置的响应速度快。

因此，本实用新型装置统能够完成多维力传感器的动态综合评估，完成输出线性度、力值耦合系数曲线、动态特性曲线、扭矩动态特性曲线及扭矩耦合系数曲线的计算及输出；测试精度＜1％FS。

在以上的描述中，除非另有明确的规定和限定，其中的“设置”、“连接”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是拆卸连接或成一体；可以是直接连接，也可以是间接连接等等。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术方案中的具体含义。

在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，只要其不违背本实用新型的思想，同样应当视其为本实用新型所公开的内容。

Claims (8)

1.一种多维力传感器性能动态测试装置，其特征在于，包括用于放置待评估传感器(8)的台架(1)、用于为待评估传感器(8)施加多维力的施力机构(2)和用于测量施力机构(2)推力的标准力传感器(3)；

所述施力机构(2)包括用于挤顶待评估传感器(8)的施力端(21)和用于调整施力端(21)位置的位置调整端(22)，所述施力端(21)垂直于位置调整端(22)所在面，所述位置调整端(22)能够沿两个不同的方向来回移动，所述施力端(21)能够沿垂直于位置调整端(22)所在面的方向上伸缩；所述标准力传感器(3)设置在施力端(21)上。

2.如权利要求1所述的多维力传感器性能动态测试装置，其特征在于，所述位置调整端(22)包括第一底座(221)、第二底座(222)、第三底座(223)；所述第一底座(221)上设置有第一导轨(224)，所述第二底座(222)底部设置有与第一导轨(224)匹配的第二导槽(225)；所述第二底座(222)上设置有第二导轨(226)，所述第三底座(223)底部设置有与第二导轨(226)匹配的第三导槽(227)。

3.如权利要求2所述的多维力传感器性能动态测试装置，其特征在于，所述第一底座(221)和第二底座(222)上均设置有一套丝杠滑块机构，丝杠(228)与动力机构(229)连接，第二底座(222)底部以及第三底座(223)的底部均设置有与丝杠(228)匹配的滑块。

4.如权利要求1所述的多维力传感器性能动态测试装置，其特征在于，所述施力端(21)包括推杆(211)，所述推杆(211)为伸缩杆，所述推杆(211)一端连接在位置调整端(22)，推杆(211)另一端为自由端。

5.如权利要求4所述的多维力传感器性能动态测试装置，其特征在于，所述推杆(211)的自由端末端为半球形。

6.如权利要求4所述的多维力传感器性能动态测试装置，其特征在于，所述施力端(21)还包括导向件(212)，所述导向件(212)包括导向套(2121)、设置在导向套(2121)内且沿导向套(2121)移动的导向杆(2122)以及连接板(2123)，所述导向套(2121)连接在位置调整端(22)，所述连接板(2123)与导向杆(2122)、推杆(211)均连接。

7.如权利要求1所述的多维力传感器性能动态测试装置，其特征在于，还包括施力机构支撑架(4)，所述施力机构支撑架(4)上设置有三个相互垂直的面，每个面与一个施力机构(2)的位置调整端(22)连接。

8.如权利要求1所述的多维力传感器性能动态测试装置，其特征在于，还包括用于采集待评估传感器数据的采集器(5)、显示测试结果的人机界面(6)和电控箱(7)，所述电控箱(7)与标准力传感器(3)连接，人机界面(6)分别与采集器(5)、电控箱(7)连接。

Images