一种空间多维度外力感知机械测量仪制造技术

本实用新型专利技术公开了一种空间多维度外力感知机械测量仪，包括底座、副矢方向振动测量机构、主矢方向振动测量机构、振动频次测量机构、控制箱及处理系统；副矢方向振动测量机构安装在底座上方，用来测试副矢平面振动参量；主矢方向振动测量机构安装在底座与副矢方向振动测量机构之间，用来测试主矢方向振动参量；振动频次测量机构安装在底座上，用来记录振动频次。本实用新型专利技术采用了空间柔性测试系统，通过外力对刚性板的冲击效应产生的弹性振动效果获取对应的冲量，对获得的冲量进行分析并还原刚性板所受冲击力的运动参数，从而分析出实际的受力情况。

【技术实现步骤摘要】
一种空间多维度外力感知机械测量仪
本技术属于机械测试领域，具体涉及航海中的潮汐浮动探测、空气流阻探测、瞬间冲击力探测以及空间多自由度振动状态时域分析。
技术介绍
随着科学技术的发展，人们对于空间瞬态力的研究也不断深入，目前对于低维度的空间力研究已经取得丰硕的成果。相比于低维度空间瞬态力，多维度空间瞬态力复杂多变且难以测量。机械的多状态受力耦合往往使所研究对象的状态变得更加复杂多变。目前国内外对于多维度空间力的研究逐渐增多，但在多维度空间力的测量上却很少有人涉及，其中最主要的原因是无法对多维度空间瞬态力进行直接准确测量，只能通过间接的方法来计算物体所受的力，但所得出的结果往往与实际受力大小存在很大偏差，这在很大程度上增加了空间力测量的难度，限制了人们对于多维度空间力更进一步的研究。
技术实现思路
本技术的目的在于针对上述现有技术不足的情况下，提供一种空间多维度外力感知机械测量仪，其采用了空间柔性测试系统，通过外力对刚性板的冲击效应产生的弹性振动效果获取对应的冲量，对获得的冲量进行分析并还原刚性板所受冲击力的运动参数，从而分析出实际的受力情况。本技术实用性较高，适用范围较广，可以应用于很多领域对多维度空间瞬态力的测量。为实现上述目的，本技术采用的技术方案是：一种空间多维度外力感知机械测量仪，包括底座、副矢方向振动测量机构、主矢方向振动测量机构、振动频次测量机构、控制箱及处理系统；副矢方向振动测量机构安装在底座上方，用来测试副矢平面振动参量；主矢方向振动测量机构安装在底座与副矢方向振动测量机构之间，用来测试主矢方向振动参量；振动频次测量机构安装在底座上，用来记录振动频次及振动能量；控制箱及处理系统安装在底座上，且分别与副矢方向振动测量机构、主矢方向振动测量机构、振动频次测量机构电连接；所述副矢方向振动测量机构包括三角形刚性板、空心圆支撑架，空心圆支撑架通过支撑架支撑杆固定在底座上方，三角形刚性板通过三根拉伸弹簧与空心圆支撑架弹性连接，每根拉伸弹簧末端均内置有一个副矢测量传感器。所述的一种空间多维度外力感知机械测量仪，主矢方向振动测量机构包括三根可动导向测量指示杆，三根可动导向测量指示杆分别通过导向座分布安装在底座上，每根可动导向测量指示杆外均设有压力弹簧，三个压力弹簧的末端与三角形刚性板连接，且压力弹簧末端分别内置有压电传感器。所述的一种空间多维度外力感知机械测量仪，振动频次测量机构包括频次测量传感器，频次测量传感器安装在所述可动导向测量指示杆末端且通过传感器托盘固定在底座上。所述的一种空间多维度外力感知机械测量仪，控制箱及处理系统内包括：能量频次记录电路，其与所述振动频次测量机构电连接，将测量信号依次通过脉冲记录仪、电平转换电路、脉冲调理电路和存储器，进入处理显示电路；主矢振动测量电路，其与所述主矢方向振动测量机构电连接，将测量信号依次经过电荷放大器、信号调理电路、脉冲记录仪、A/D转换和存储器，进入处理显示电路；副矢振动测量电路，其与所述副矢方向振动测量机构电连接，将测量信号依次放大器、脉冲记录仪、信号调理电路、A/D转换和存储器，进入处理显示电路；处理显示电路对收集到的信号进行处理及显示。与现有技术相比，本技术有以下优点：1.由于多维度的空间外力复杂多变，使用现有的方法测量空间多维度力难度较大且难以测量到准确的结果，从而无法正确复现实际所受的空间力状况，对所研究的对象不能得出正确的结论。本技术所提出的一种空间多维度外力感知机械测量仪对所采集的实时信号进行处理与计算，通过统计学学反映的单向弱矢量体规律反向推理能够准确复现物体所受到的多维度空间外力情况。2.本技术中所应用的空间多维度外力感知机械测量仪结构简单，集成化程度高，原理易懂，所需成本较低，使用范围较广，在实际生产与应用中可大大提高工作效率。附图说明图1为空间瞬态力分析图解；图2为主矢方向测试系统原理图；图3为副矢平面二自由度测试系统及其原理图；图4为副矢平面方向二自由度振动系统测量模型图；图5为机械测量仪轴测图图6为机械测量仪仰视图图7为机械测量仪左视图图8为机械测量仪俯视图图9为机械测量仪右视图图10为机械测量仪控制显示电路原理图图中：1.三角形刚性板；2.一号拉伸弹簧；3.二号拉伸弹簧；4.三号拉伸弹簧；5.空心圆支撑架；6.线束管；7.卡锁；8.支撑架支撑杆；9.可动导向测量指示杆；10.固定导向杆；11.压力弹簧；12.压电传感器支撑弹簧；13.导向座；14.传感器支撑架；15.线束盒；16.控制箱及处理系统；17.显示器；18.控制箱支撑板；19.线束；20.底座；21.传感器外罩；22.传感器托盘；23.副矢测量传感器；24.压电传感器；25.传感器固定螺栓；26.传感器托架连接螺栓；27.移动滚轮；28.传感器固定套；29.频次测量传感器具体实施方式以下结合附图详细介绍本技术的技术方案：具体工作过程中，空间瞬态力在短时间作用产生一个空间的瞬时冲量与受力面的夹角为α，如图1所示：可以将此冲量向垂直于受力面的正方向(x方向)和受力平面(y方向)方向分解，于是分解为(主矢方向)和(副矢方向)。对于主矢方向，如图2所示，本技术把该方向受力冲击测试系统简化为单自由度阻尼振动系统，其中m是受力部位的抽象质量，c是受力部位的抽象阻尼，k是受力部位的抽象刚度，整个系统可以抽象为x方向的单自由度阻尼系统。由压电传感器24可以检测到主矢方向外力的幅值信号Fx(t)，频次测量传感器29可以检测到主矢方向的振动频率，通过相关计算可以得到相位信息，至此整个主矢方向的振动参量就可实时确定。对于副矢方向，本技术假设受力部位刚度、阻尼各向同性，质量具有离散简化性，且阻尼也具有离散简化性，于是副矢方向受力模型将简化为如图3所示副矢平面内零初始状态的二自由度振动系统，其中m是抽象集中质量，c是抽象集中阻尼，k是抽象刚度,o是零初始点，当在A、B、C受到分力信号时，如图4所示，副矢方向的振动向主振方向f偏移，传感器23测得幅值信号进行矢量合成可得到外力作用点、副矢方向的主振方向f、二自由度振动系统在主振方向和垂直于主振方向的振动幅值，传感器23测得的频率信息可以得到二自由度振动系统在主振方向和垂直于主振方向的频率信息，传感器23测得的时差可以得到系统相位信息。通过相干分析可以得到主矢方向和副矢方向的相干性，从而得到整个系统的振动信息，进而得到外作用力的特性图谱。经过控制箱16中的内置处理器对信号进行处理得到外作用力的相关信息。空间多维度外力感知机械测量仪的机械结构与具体实施：如图5至图9所示，一种空间多维度外力感知机械测量仪，包括底座20、副矢方向振动测量机构、主矢方向振动测量机构、振动频次测量机构、控制箱及处理系统16。副矢方向振动测量机构安装在底座20上方，用来测试副矢平面振动参量；主矢方向振动测量机构安装在底座20与副矢方向振动测量机构之间，用来测试主矢方向振动参量；振动频次测量机构安装在底座20上，用来记录振动频次以及振动能量；控制箱及处理系统16通过控制箱支撑板18固定在底座边缘，显示器17安装在控制箱及处理系统16上；控制箱及处理系统16实现了整个测试仪的信息传输、处理。副矢方向振动测量机构包括三角形刚性板1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间多维度外力感知机械测量仪，其特征在于，包括底座、副矢方向振动测量机构、主矢方向振动测量机构、振动频次测量机构、控制箱及处理系统；副矢方向振动测量机构安装在底座上方，用来测试副矢平面振动参量；主矢方向振动测量机构安装在底座与副矢方向振动测量机构之间，用来测试主矢方向振动参量；振动频次测量机构安装在底座上，用来记录振动频次；控制箱及处理系统安装在底座上，且分别与副矢方向振动测量机构、主矢方向振动测量机构、振动频次测量机构电连接；所述副矢方向振动测量机构包括三角形刚性板、空心圆支撑架，空心圆支撑架通过支撑架支撑杆固定在底座上方，三角形刚性板通过三根拉伸弹簧与空心圆支撑架弹性连接，每根拉伸弹簧末端均内置有一个副矢测量传感器。

【技术特征摘要】
1.一种空间多维度外力感知机械测量仪，其特征在于，包括底座、副矢方向振动测量机构、主矢方向振动测量机构、振动频次测量机构、控制箱及处理系统；副矢方向振动测量机构安装在底座上方，用来测试副矢平面振动参量；主矢方向振动测量机构安装在底座与副矢方向振动测量机构之间，用来测试主矢方向振动参量；振动频次测量机构安装在底座上，用来记录振动频次；控制箱及处理系统安装在底座上，且分别与副矢方向振动测量机构、主矢方向振动测量机构、振动频次测量机构电连接；所述副矢方向振动测量机构包括三角形刚性板、空心圆支撑架，空心圆支撑架通过支撑架支撑杆固定在底座上方，三角形刚性板通过三根拉伸弹簧与空心圆支撑架弹性连接，每根拉伸弹簧末端均内置有一个副矢测量传感器。2.如权利要求1所述的一种空间多维度外力感知机械测量仪，其特征在于，所述主矢方向振动测量机构包括三根可动导向测量指示杆，三根可动导向测量指示杆分别通过导向座分布安装在底座上，每根可动导向测量指示杆外...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈晋市，宋彦宏，马李，韩亚方，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：新型
国别省市：吉林,22