标定偏心下压电力传感器测试精度研究

面向大型薄壁构件自寻位加工检测一体化测控原理,研发了一种小型化多维压电力传感器并进行标定研究。分析静态标定时,偏载对压电传感器多维力测试精度的影响。通过对静态标定加载有偏差时传感器受力的理论推导得到,加载偏差使传感器的转换系数改变,导致向间干扰补偿系数失真,影响了横向干扰输出,降低了测试精度;分析了偏载程度对传感器测试精度的影响,提出了衡量加载点偏差程度的判别方法,发现微小加载偏心带来的附加干扰会超出传感器自身向间干扰指标规定的5%;针对机械连接偏载不可避免事实,找到了克服偏载对转换系数影响的输出比例归一化法,将向间干扰降到5%内。     

压电测力仪尺寸参数对测试精度影响研究

针对大量程比、小力值压电测力仪,分析了测力仪结构尺寸对测试精度的影响。采用理论与有限元分析相结合的方式分析可得,测力仪自身刚度不足引起的变形将增大测力仪向间干扰,降低测试精度。测力仪上盖厚度、中心孔径及传感器跨距尺寸参数是导致测力仪刚度不足,影响测力仪测试精度的关键因素。通过对某小力值测力仪进行尺寸参数优化设计,各项固有频率均在4 kHz以上,动态性能优良;标称力值作用下,最大向间干扰为3.33%,测试精度提高33.4%     

基于压电测力仪的模拟加载标定方法研究

在航空航天、高端装备制造领域,常伴随着大力值比载荷的产生,为监测其工作状态,需要对大力值比载荷大小、方向进行准确测量。该文以压电式力测试系统为研究对象,提出一种用于测力仪标定的旋转模拟加载方法。首先,基于力分解原理,结合标定装置的实际轴线与理论轴线的偏差原理,得到模拟加载过程中侧向合力随加载方位角变化的几何分布规律。针对侧向力理论波动的特点,提出一种新的模拟加载方法 旋转模拟加载法。最后设计了矢量力模拟加载实验,对测试系统应用非旋转模拟加载方法和旋转加载法进行试验对比。结果表明,应用旋转加载标定法时,测力仪侧向合力输出误差最大降低了18.7%F.S.,验证了旋转模拟加载方法的可行性和合理性。     

基于有限元分析的推力矢量测试平台研究

重点介绍了一种压电石英式推力矢量测试平台。用有限元分析工具对测力平台模型进行静力学分析,并对测力平台的关键尺寸进行结构参数优化设计,以达到减少非线性和横向干扰的目的。实验结果表明:该测力平台具有良好的静态性能指标,灵敏度、线性度都达到了设计要求,直接输出的相间干扰在2%以内,可以满足推力矢量测量的需要。     

压电石英推力与推力矢量传感器的研制

介绍了一种压电石英推力与推力矢量传感器,建立了传感器力系等效转换数学模型。采用有限元分析预估了推力与推力矢量传感器的固有频率,并通过实验模态分析法对传感器进行了精确测试,得出了传感器系统的前4阶固有频率、阻尼比和留数等模态参数;通过静态力加载实验获得了传感器的各项静态性能指标。结果表明:该压电石英推力与推力矢量传感器具有良好的静态和动态特性指标、线性度、重复性以及固有频率等参数都达到CIRP-STCC规定的测力仪使用标准。     

压电式四向无定心钻削测力仪的研制

根据“力偶矩在平面内移动,其值不变”原理研制出新型压电式四向无定心钻削测力仪.轴向力和切向力分别采用两片X0°和Y0°晶片对装;扭矩采用4对Y0°晶片均布在同一分布圆上,各晶片电荷灵敏度方向与分布圆相切,即可实现无定心扭矩测量.标定结果表明,该测力仪轴向力、径向力和扭矩的线性度和重复性均小于1％,横向干扰小于5％,完全达到了石英力传感器的使用要求.     

火箭发动机推力矢量测量平台的原理与结构

介绍了一种新型压电式火箭发动机推力矢量测试方法,该测试系统的测力平台由4个3维压电石英力传感器构成,利用每个传感器获得的3个分力信号,将其带入推力矢量反求公式,即可获得各推力矢量偏心参数.通过空间加载试验可知,该压电推力矢量测量系统的推力测量误差不大于0.3%,同时能准确测量出偏移量δ和偏斜角α等参数.理论分析和空间加载试验结果均表明,该推力矢量测量平台结构合理,方法可行.     

死亡相关蛋白5研究进展

介绍了一种新型压电式火箭发动机推力矢量测试方法,该测试系统的测力平台由4个3维压电石英力传感器构成,利用每个传感器获得的3个分力信号,将其带入推力矢量反求公式,即可获得各推力矢量偏心参数.通过空间加载试验可知,该压电推力矢量测量系统的推力测量误差不大于0.3%,同时能准确测量出偏移量δ和偏斜角α等参数.理论分析和空间加载试验结果均表明,该推力矢量测量平台结构合理,方法可行.     

一种压电式大扭矩测力仪设计与实验研究

石油钻机扭矩实时测量对保障工作安全和提高经济效益具有重要意义。针对应变式扭矩测力仪使用一段时间后精度降低问题,设计了一种压电式扭矩测力仪。其具有体积小、量程大和稳定性好等优点。首先构建了测力仪的三维模型,论述了测力仪的测量原理;然后推导了电荷放大电路输出电压与输入电荷之间的关系式,设计了高输入阻抗的电荷转换核心电路,使输入阻抗达到1014Ω,并给出了无线传输电路的具体实施方案;最后对测力仪进行了静态标定,其非线性为1.17%,重复性为0.46%。该压电式扭矩测力仪性能指标达到了钻机扭矩实时监控的要求。     

一种自主定向磁复合三维MEMS矢量水听器

设计了一种自主定向的磁复合三维MEMS矢量水听器。该矢量水听器采用三维MEMS加速度传感器与磁传感器结构复合设计,并采用与信号处理电路紧靠方式,可减小噪声干扰及抑制信号衰减。通过磁复合三维MEMS矢量水听器解决单个矢量水听器定向精度不高问题。该矢量水听器完成了水下驻波场测试和无磁转台测试,测试结果验证了利用磁传感器补偿矢量水听器定向方法的可行性。     

基于压电式传感器的力矢量测量模型研究

关键器件在受外部冲击或自身调整过程中所受的力矢量关系到控制精度及系统结构设计。力矢量的测量是对力大小、方向和作用点的确定,可根据力的等效原则转化为对所受3个力和3个力矩的测量。根据压电式力传感器的特点,基于静力平衡方程,推导出了3个分力和作用点坐标的求解表达式,确定了合理的传感器数目,建立矢量力求解的数学模型。实验表明,根据该模型研制的压电式力矢量测试系统能实现发动机力矢量测量要求。     

双向二维快速伺服刀架的前馈控制研究

以压电陶瓷驱动器作为动力输入的快速伺服刀架具有输出力大和高频率响应的优点。压电陶瓷驱动器固有的迟滞现象严重影响了快速伺服刀架的输出定位精度。为解决此问题,通过引入归一化Bouc-Wen模型建立前馈控制补偿器,归一化Bouc-Wen模型解决了经典Bouc-Wen模型中存在的参数冗余问题。获得模型参数后,基于其逆模型搭建了前馈补偿器,并在搭建的实验平台上进行了单/双自由度轨迹跟踪性能测试。实验结果表明,对于等幅正弦波信号,经前馈控制环节补偿下快速伺服刀架的最大轨迹跟踪误差为1.18%,最大轨迹跟踪偏差为2.61%,证明该文所提出的前馈控制补偿器能提高快速伺服刀架的定位精度。     

压电驱动式疲劳试验系统动态特性分析

针对压电驱动式疲劳试验系统动态特性分析问题,根据振动力学理论,建立了压电疲劳试验系统的动力学模型,得出了系统固有频率和动载荷表达式,并通过Matlab仿真,分析了压电振子的刚度对系统固有频率和动载荷影响关系。最后进行了实验测试,测试结果表明,实验所得数据与理论分析在误差允许范围内吻合较好,验证了理论分析的正确性。为压电驱动式疲劳试验系统谐振频率跟踪与工作载荷精度控制提供了理论依据,同时也对压电驱动式疲劳试验系统的动态性能进行预测,具有一定的工程应用价值。     

含金属芯压电纤维智能夹层制备与性能研究

基于工程实用性的需要,制备了含金属芯压电陶瓷纤维(MPF)智能夹层并研究了其传感性能。首先设计了融合柔性电路板、MPF元件与智能夹层等先进技术于一体的分布式传感器——MPF智能夹层,并制作了实物样品。通过对理论模型的简化及求解,建立了MPF智能夹层的传感性能表征方法。最后,为了避免常规标定方法带来的结构损伤,提出了自激励标定法,并与常规标定结果对比,最大偏差仅为3.6%。结果表明,自激励标定法准确、可靠,该智能夹层具有优良的传感性能,其传感系数与载荷无关,与理论模型一致。     

新型压电三向钻削测力仪的设计与实验研究

为了克服以往压电三向钻削测力仪采用石英晶片较多,因此装配工艺很高,调试麻烦,制造成本很高的缺点,设计出只采用4片压电石英晶片就可以同时测量出钻削过程中产生的扭矩、径向力、轴向力的压电三向钻削测力仪。介绍了该测力仪的工作原理及设计方法,并对其进行静动态标定实验。实验结果表明每项指标均达到国际生产工程研究会-切削科学技术委员会规定的标准。它具有灵敏度和固有频率高,线性和重复性好的优点。且其结构简单,易装配和调试,成本较低,具有广阔的应用前景。     

基于光学基准的无线电跟踪雷达电轴参数联合标定

针对大型无线电跟踪雷达系统电轴参数标定过程中存在的人工判读依赖性大、只能进行单项参数标定、标定精度难以提高、标定过程较为复杂以及部分参数不能定量标定等问题，提出了新的电轴参数联合标定方法。通过对远场空间合作目标的跟踪测量，建立归一化误差矢量，利用光学脱靶量与雷达动态滞后（误差电压）之间的定量关系，对雷达光电偏差、定向灵敏度、交叉耦合系数等参数进行统一联合迭代求解。该方法可同时精确标定光电旋转矩阵、光电靶面的旋转角等参数，对环境和设备要求低，在静态或动态远场条件下均简便易行，可同时适用于固定站址与移动站址大型跟踪雷达系统。实验表明该方法标定结果可信。     

船载测量设备光电偏差动态评估方法

在现有光电偏差标定方法的基础上,针对海上动态环境下多种方法测量及标定船载测量设备光电偏差结果一致性较差且难以选择的问题,提出了一种船载测量设备光电偏差计算及动态评估方法。该方法利用空间目标精轨信息能够反演计算高精度测元的特性,结合船载测量设备的测量数据建立测量方程计算光电偏差,以该计算结果为理论值对多种方法得到的光电偏差进行多属性优选,实测数据表明能有效解决动态测量情况下直接标定结果差异较大难以取舍的难题。