动态力校准系统及标准性能指标

一、前言目前在一些领域中,动态力测量发展较快,并取得一些进展。人们已经认识到用于动态测量的传感器及其测量系统仅通过静态标定是得不到可靠数据的,因而为保证动态测量的准确、可靠,必须确定其动态性能。落锤式冲击力装置是一种理想的力源,与标准冲击加速度计配合,组成动态力校准系统,可根据不同的要求以比较法进行力传感器的准静态校准、动态校准和各种动态性能测试。本文介绍的落锤式动态力校准系统,其力值为50kN～1MN;力值上升时间≥0.5ms;幅值误差±2.0％。二、主要结构和工作原理落锤式冲击力装置如图1所示,主要由砧子1、机座2、立柱标尺3、力传感器4、毡     

动态力校准中力传感器端部等效质量测量方法研究

力传感器端部等效质量是动态力校准中的重要部分,其测量误差会对动态力校准产生较大影响。本文通过了解力传感器结构,确定力传感器端部等效质量的构成,并简单介绍了四种测量端部等效质量的方法。最后,利用两次配重消去法进行实验,将不同配合不同工况下得到的结果进行对比分析,说明该方法可以较好的解决测量端部等效质量问题。     

基于LabVIEW的冲击法动态力传感器校准装置

动态力传感器是对力值进行动态测量的传感器,在工业生产中具有重要作用,其精度直接关乎生产制造,所以对其进行校准显得尤为重要。对冲击法动态力传感器的校准原理进行研究,对现有的标准冲击加速度装置基础上进行改造,用于动态力传感器校准。提出了基于LabVIEW的冲击法动态力传感器校准装置的软硬件设计方案,研制了一套高度集成化、自动化的校准装置。本装置检测结果与实验室参考动态灵敏度最大偏差仅为0.81%,满足设计要求。     

角运动传感器灵敏度的动态(角冲击)校准

利用本实验室现有的动态角加速度标准装置,产生标准的角冲击运动(半正弦),实现对角运动传感器(角速度及角加速度传感器)灵敏度系数的动态校准,通过对不同脉冲宽度及冲击幅值下获得的校准数据进行分析,可以验证研制的动态角加速度标准装置具有较大的角冲击量程,较好的角冲击重复性,可以对角运动传感器灵敏度进行动态(角冲击)校准。     

冲击传感器不同安装方式的校准结果影响分析

通过多次冲击传感器校准实验发现:冲击传感器在冲击加速度比较校准装置上安装方式不同,传感器的校准结果会有较大差异,严重时会导致冲击传感器灵敏度幅值线性度变差。本文系统分析了冲击传感器不同安装方式对测试结果产生的影响及产生影响的原因,并根据分析结果提出了相应的解决措施,对规范和完善冲击传感器的校准过程有比较重要的意义。     

正弦力校准中降低质量块振动响应不均匀影响的设计方案

力值测量与传感器校准已经非常广泛,而在重要工业领域,对于高频率和大力值动态力的测量与校准要求越来越高。质量块是动态力校准中的关键部件,其振动加速度分布不均匀会增大误差,特别在高频率和大力值情况下会严重影响动态力的校准。指出质量块加速度分布不均匀根源于质量块不是刚体,变形导致速度分布不均;并运用振动冲击保护装置变形吸能的原理提出设计方案,利用不同材料的搭配,让小部分轻质小刚度材料吸收大部分形变能,使密度刚度较高的大块材料相对成为刚体,保证惯性力整体均匀。经过有限元计算验证,该方案可以有效降低质量块振动响应不均匀带来的影响,提高力值复现的准确性。     

基于伺服驱动的离心式动态力校准装置

为提高准静态环境使用的力传感器校准精度,研制了基于伺服驱动的离心式动态力校准装置。该装置利用直驱伺服电机驱动和控制质量块做离心运动,通过去轴承设计的动力传动机构输出量值可控的动态力;建立了动力学模型并得到了实验验证;进行了测量重复性和动态响应性能实验研究。实验结果表明,校准装置在中高转速下测量重复性优于1%,能在0.242s内加速到额定转速500r/min,且输出力值可达到3.8kN。     

压电式动态力传感器校准方法的研究

针对智能制造行业里压电式传感器的动态性能校准问题,介绍了针对传感器动态力参数的相关方法和脉冲力法校准装置,在装置上完成了试验验证和分析。介绍了两种常规的动态力校准方法,针对不同的校准方法建立了运动方程,做出了差异性分析。然后介绍了一种基于绝对法测量的压电式传感器脉冲力法校准装置,装置的结构包括基于刚体碰撞的脉冲力发生装置和基于外差式迈克尔逊干涉仪的测量系统,说明了工作原理和解算方法。最后利用建立的校准装置对典型压电式传感器进行动态力校准,进行结果分析和可靠性验证。     

基于长冲程振动台导轨弯曲校正的低频振动传感器校准方法

针对长冲程振动台的导轨弯曲对于基于振动台的低频振动传感器灵敏度幅值校准的影响,采用机器视觉方法测量导轨弯曲.通过建立校正模型消除导轨弯曲的影响,以提高灵敏度幅值的校准精度.导轨弯曲测量结果表明,被校振动传感器的负载越大,导轨弯曲越大,对灵敏度幅值校准的影响越大.与地球重力法的对比试验表明,在0.04 ～2 Hz范围内弯...     

磁电式振动速度传感器灵敏度校准的测量不确定度评定

磁电式振动速度传感器（以下简称“传感器”）是用来测量机械振动量的一种传感器,它利用电磁感应原理将机械振动速度量转换成电压量输出,这种传感器广泛应用于机械、电力、航空等领域。传感器的主要技术指标有速度灵敏度、频率响应、幅值线性、横向灵敏度比、动态范围和温度响应等。其中,速度灵敏度的校准是确保振动速度量值准确可靠的一项主要指标。对传感器灵敏度校准结果的测量不确定度评定如下：     

基于地球重力法的低频加速度计校准

ISO 16063-16描述的地球重力法只能用于低频加速度计灵敏度幅值静态校准, 无法用于灵敏度幅值与相位的动态校准。采用机器视觉方法测量激励加速度相位,并得到对应时刻的加速度计输出信号相位,该方法可同时实现基于地球重力法的灵敏度幅值与相位动态校准。该方法测量时由转台为被校加速度计提供峰值恒定为1g的正弦激励加速度,有效避免了低频时微小激励加速度引起的加速度计输出低信噪比信号对校准精度的影响。实验结果表明,地球重力法可实现从静态(DC)至10Hz范围内的灵敏度幅值与相位高精度校准。     

高温压电加速度传感器绝对法校准

针对高温环境下压电加速度传感器的灵敏度幅值随环境温度改变而改变的问题,提出了基于正弦逼近法的耐高温压电加速度传感器绝对校准方法,并搭建相应实验校准系统。使用该方法对高温压电加速度传感器进行室温～400℃不同温度下的灵敏度测量校准试验,实验结果表明当环境温度升高时,加速度传感器的灵敏度呈现出近似线性增大的趋势。     

脉冲力校准中锤体质量块结构设计与受力方式对校准结果的影响分析

在脉冲力校准中,锤体质量块的力学性能会对校准结果产生较大影响。本文采用有限元手段,对锤体质量块的结构设计方案和受力方式进行分析,得出锤体质量块动态特性的影响因素,总结脉冲力校准中锤体质量块设计和使用时应遵循的规律,为动态冲击计量标准装置的研建提供借鉴。     

基于冲击法的压电式力传感器灵敏度研究

为了开展冲击力校准装置下压电式力传感器动态灵敏度的校准,介绍了基于自由落体的落锤冲击力模型和基于空气轴承悬浮支撑的水平式质量块冲击碰撞的模型;通过4阶Butterworth低通滤波,研究加速度信号波形的滤波平滑,比较了不同截止频率的滤波效果;通过激光测振仪和标准加速度计测量加速度的对比试验,研究加速度绝对测量法与比较测量法对力传感器动态灵敏度校准精度的影响。试验结果表明,激光测振仪测量加速度须通过微分解调,要选择合适上限截止频率的4阶Butterworth低通滤波器进行滤波平滑处理;激光干涉绝对法复现的动态力精度为2%,加速度计比较法复现的动态力精度为4%;激光干涉绝对法校准的灵敏度波动性比加速度计比较法校准的灵敏度波动性小。     

离心式动态力校准技术研究

文章提出一种离心式动态力校准技术,以质量块做圆周运动的向心力为参考标准,通过获取运动参数(速度和时间)直接复现可溯源的动态力。该技术具有精度高、信号处理灵活等优点,可应用于准静态环境下使用的测力传感器的动态校准。     

激波管校准压力传感器动态灵敏度不确定度评定

介绍了利用激波管进行压力传感器动态校准的工作原理,分析了影响压力传感器动态灵敏度的主要因素,并对实验系统中压力传感器动态灵敏度的测量不确定度进行了评定。     

动态力校准中需要规范的若干问题

测力仪器在动态力测量与静态校准中的表现有较大差异,因此动态力校准对广泛使用的动态载荷测量有重要意义。本文首先对两种典型的动态力校准方法及相应装置的能力状态进行简单介绍;然后结合实际校准与测量工作提出动态力校准中存在的一些问题,并指出动态力校准装置的力传递形式及相关设计参数对校准结果有较大影响;最后对提出的问题进行梳理分类,并探讨解决问题的基本思路与原则,为建立动态力校准装置给出需要考虑的设计参数,也为编制动态力校准的规范提供必要的依据。     

带惯性力修正的循环力校准方法研究

疲劳试验设备对试样施加的力值,在静态和动态时的准确度不一致。本文通过建立疲劳试验设备的物理振动模型,得出循环力的误差主要是由传感器与试样间的参振质量的惯性力引入的;推导出了惯性力对循环力幅值的影响量模型,经过对惯性力影响量的修正,最终实现了疲劳试验设备的显示力值与试样的实际受力值一致的目的。采用加速度法、刚度/位移法修正方式,建立带惯性力修正的循环力校准系统,通过比对试验和数据分析,得到了两种修正方法(加速度法、刚度/位移法)以及两种校准方法(传感器法、校准棒法)之间的结果差异小于1%,验证了惯性力修正模型的有效性。     

动态力校准技术评述

动态力校准技术应用日益广泛,其测量结果的精度要求越来越高,因此对动态力校准技术的研究具有十分重要的意义。本文简单介绍了实际工程中动态力校准技术的应用与需求,指出了动态力校准技术研究的重要性,总结了目前动态力校准的主要体系,并对各种动态力校准方法的原理、主要特点以及校准装置进行了分类介绍。     

轴向加荷疲劳试验机动态力校准装置的性能研究与应用

介绍了一种用于轴向加荷疲劳试验机动态力校准的校准装置。该装置包括由轮辐式和实心柱式两类电阻应变式力传感器组成的标准力传感器和PXI-4220型双通道应变测量系统。分别采用正弦力标准装置、冲击力标准装置和敲击法对标准力传感器的动态特性进行试验和研究。采用标准信号源对PXI-4220数据采集系统的动态特性进行试验和研究。通过试验和研究表明,该轴向加荷疲劳试验机动态力校准装置在500Hz频率范围内可以满足常用轴向加荷疲劳试验机动态力校准的要求。此外,以本校准装置校准某型号的电磁谐振式疲劳试验机动态力为例,对其动态力校准结果、惯性力修正进行分析和讨论,并对动态力校准结果的不确定度进行评估。