一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置与方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置与方法，包括快放阀、炮管、杆撑、Hopkinson杆、冲击力传感器、砧座、砧座工装、铝合金台面、高压气缸连通机构、高压气缸、支撑座、工字钢梁、调平座、子弹和测量系统；采用高压气体驱动子弹撞击Hopkinson杆，在杆中激励冲击载荷并沿杆传播，最终施加到受轴向位移约束的力传感器上，通过测量系统实现力传感器灵敏度系数的冲击标定。本发明专利技术扩展了现有力传感器灵敏度系数动态标定装置的载荷激励范围：可将激励的冲击力载荷脉宽降低至10

【技术实现步骤摘要】
一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置与方法


[0001]本专利技术属于力学
，具体涉及一种灵敏度系数冲击标定装置与方法。

技术介绍

[0002]随着航空航天与国防科技的发展，各型装备在服役过程中所面临的载荷环境越来越严苛、复杂。历时短(10
‑1ms量级)、幅值高(105N量级)的冲击载荷已然成为威胁系统结构安全与稳定的重要因素。能够准确测量真实工况或模拟真实工况下承载结构的冲击载荷，对结构的可靠性设计与强度校核等工作具有重要的指导意义。
[0003]实际工程中通常采用动态/冲击力传感器对冲击载荷进行测量，而保证测量结果有效的关键前提是传感器灵敏度系数的准确标定。力传感器的灵敏度系数在(准)静态和动态下往往呈现出不同的特性，甚至在不同脉宽、不同幅值的动态载荷下力传感器灵敏度系数通常也有所不同。因此，将静态下灵敏度系数的标定结果用于动态载荷的测量，即所谓的“静标动用”，将会造成较大的误测量差，甚至导致测量结果无效。所以，针对冲击工况下的应用场合，力传感器的灵敏度系数须进行冲击标定。
[0004]目前，发展相对成熟、应用相对广泛的力传感器动态标定方法按其激励的载荷类型主要可分为3类：振动标定、冲击(质量碰撞)标定和阶跃标定。例如，专利CN106595952A公开了一种采用数字式激振试验系统对力传感器灵敏度系数进行动态标定的方法和装置；专利CN111579152A公开了一种基于质量球碰撞进行动态载荷激励的六维力传感器动态灵敏度标定方法和装置；专利CN110411656A、CN111174969A分别公开了一种通过伺服电机瞬间翻转和电磁铁瞬间加载实现阶跃载荷的激励，从而实现力传感器灵敏度系数的动态阶跃标定方法和装置。
[0005]振动标定装置主要通过激振器和配重对载荷进行激励，而当配重过大时容易因偏心或偏轴造成较大的标定误差；气浮轴承可以在一定程度上减小轴偏的影响，但其成本过高，因此实际工程应用中，振动标定装置激励的载荷量级有限。基于质量碰撞的载荷激励方法，由于碰撞时间的限制，尤其波形整形器的应用，使得其载荷脉宽很难突破毫秒量级。因此，当前力传感器动态标定装置激励的载荷量级通常为脉宽101ms量级、幅值104N量级，对于爆炸等脉宽更窄、幅值更高的冲击载荷激励则难以进行。

技术实现思路

[0006]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置与方法，包括快放阀、炮管、杆撑、Hopkinson杆、冲击力传感器、砧座、砧座工装、铝合金台面、高压气缸连通机构、高压气缸、支撑座、工字钢梁、调平座、子弹和测量系统；采用高压气体驱动子弹撞击Hopkinson杆，在杆中激励冲击载荷并沿杆传播，最终施加到受轴向位移约束的力传感器上，通过测量系统实现力传感器灵敏度系数的冲击标定。本专利技术扩展了现有力传感器灵敏度系数动态标定装置的载荷激励范围：可将激励的冲击力载荷脉宽降低至10
‑1ms量级，同时幅值提高至105N量级，同时结构简单，组装调试方便，稳定性好，容易操作
和维护。
[0007]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案如下：
[0008]一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置，包括快放阀、炮管、杆撑、Hopkinson杆、冲击力传感器、砧座、砧座工装、铝合金台面、高压气缸连通机构、高压气缸、支撑座、工字钢梁、调平座、子弹和测量系统；
[0009]所述高压气缸连通机构内部有连通铅垂方向与水平方向的空腔，铅垂方向空腔壁加工有内螺纹，水平方向空腔壁加工有外螺纹；所述高压气缸连通机构的铅垂方向空腔内螺纹与高压气缸外螺纹刚性气密连接，高压气缸连通机构的水平方向空腔壁外螺纹与快放阀一侧的内螺纹刚性气密连接；所述高压气缸内存储高压气体；
[0010]所述快放阀刚性连接在铝合金台面上；所述炮管一端管壁加工有外螺纹，与快放阀另一侧的内螺纹刚性气密连接；所述炮管另一端沿管壁圆周均匀开有消音孔；所述炮管中间位置设置有炮管支撑结构，与铝合金台面刚性连接；
[0011]所述多个杆撑刚性连接在铝合金台面上，杆撑中心区域嵌装有套环，所述套环与Hopkinson杆轴向滑动配合，并对Hopkinson杆进行法向位移约束；所述杆撑的高度保证Hopkinson杆与炮管同轴；所述Hopkinson杆一端与炮管之间的距离小于子弹长度；所述Hopkinson杆另一端与待标定的冲击力传感器承载端面接触；
[0012]所述砧座前端面和后端面均加工有内螺纹，前端面内螺纹与冲击力传感器工装外螺纹刚性配合，后端面内螺纹通过螺栓与砧座工装刚性连接；所述砧座工装与铝合金台面刚性连接；
[0013]所述工字钢梁为工字形型材钢，工字钢梁上端面通过螺栓与铝合金台面刚性连接，下端面通过螺栓与支撑座刚性连接；所述支撑座下端面加工有内螺纹并与调平座外螺纹配合，通过转动调平座实现支撑座高度的调节和铝合金台面水平的调节；
[0014]所述测量系统包括应变片、应变片信号桥盒、冲击力传感器信号桥盒、超动态应变仪、高速采集卡和工控机；应变片和冲击力传感器分别通过应变片信号桥盒和冲击力传感器信号桥盒与超动态应变仪连接，超动态应变仪对应变片和冲击力传感器的输出信号进行放大，放大后的信号由工控机驱动的高速采集卡进行采集；
[0015]在进行标定时，使用空气压缩机给高压气缸充气达到设定气压值时，打开快放阀；高压气缸与炮管连通，高压气缸中的高压气体驱动放置在炮管中的子弹；子弹射出撞击Hopkinson杆，在Hopkinson杆中传播冲击载荷；由于冲击力传感器与砧座受砧座工装施加的轴向位移约束，Hopkinson杆中传播的冲击载荷最终按固定杆端条件施加给冲击力传感器，实现冲击力传感器冲击标定时的冲击加载；标定Hopkinson杆中传播的冲击载荷由粘贴在杆中点处的应变片测量，应变片信号和冲击力传感器信号分别通过应变片信号桥盒和冲击力传感器信号桥盒输入超动态应变仪，经超动态应变仪放大后，由工控机驱动的高速采集卡采集；调节高压气缸的气压，改变子弹出膛速度，从而改变Hopkinson杆中的冲击载荷幅值，对不同载荷峰值对应的冲击力传感器输出电压进行拟合实现冲击力传感器灵敏度系数的冲击标定。
[0016]优选地，所述Hopkinson杆为截面正方形的实心方杆。
[0017]优选地，所述砧座为45#钢实心立方质量块，其尺寸为Hopkinson杆横截面尺寸的3倍。
[0018]优选地，所述铝合金台面为带有装配凹槽的铝合金型材。
[0019]优选地，所述调平座为螺纹式调平座，与支撑座通过内外螺纹配合，通过顺时针或逆时针旋转实现支撑座高度的调整。
[0020]优选地，所述子弹为与Hopkinson杆的材料、横截面积相同，撞击端带有锥度的实心柱状弹丸。
[0021]优选地，所述刚性连接均通过T形螺栓或螺栓实现；所述刚性气密连接均辅以生胶带紧固。
[0022]优选地，所述杆撑为与铝合金台面同型的铝合金型材；所述杆撑中心区域嵌装的套环为聚四氟乙烯套环。
[0023]一种力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置，其特征在于，包括快放阀、炮管、杆撑、Hopkinson杆、冲击力传感器、砧座、砧座工装、铝合金台面、高压气缸连通机构、高压气缸、支撑座、工字钢梁、调平座、子弹和测量系统；所述高压气缸连通机构内部有连通铅垂方向与水平方向的空腔，铅垂方向空腔壁加工有内螺纹，水平方向空腔壁加工有外螺纹；所述高压气缸连通机构的铅垂方向空腔内螺纹与高压气缸外螺纹刚性气密连接，高压气缸连通机构的水平方向空腔壁外螺纹与快放阀一侧的内螺纹刚性气密连接；所述高压气缸内存储高压气体；所述快放阀刚性连接在铝合金台面上；所述炮管一端管壁加工有外螺纹，与快放阀另一侧的内螺纹刚性气密连接；所述炮管另一端沿管壁圆周均匀开有消音孔；所述炮管中间位置设置有炮管支撑结构，与铝合金台面刚性连接；所述多个杆撑刚性连接在铝合金台面上，杆撑中心区域嵌装有套环，所述套环与Hopkinson杆轴向滑动配合，并对Hopkinson杆进行法向位移约束；所述杆撑的高度保证Hopkinson杆与炮管同轴；所述Hopkinson杆一端与炮管之间的距离小于子弹长度；所述Hopkinson杆另一端与待标定的冲击力传感器承载端面接触；所述砧座前端面和后端面均加工有内螺纹，前端面内螺纹与冲击力传感器工装外螺纹刚性配合，后端面内螺纹通过螺栓与砧座工装刚性连接；所述砧座工装与铝合金台面刚性连接；所述工字钢梁为工字形型材钢，工字钢梁上端面通过螺栓与铝合金台面刚性连接，下端面通过螺栓与支撑座刚性连接；所述支撑座下端面加工有内螺纹并与调平座外螺纹配合，通过转动调平座实现支撑座高度的调节和铝合金台面水平的调节；所述测量系统包括应变片、应变片信号桥盒、冲击力传感器信号桥盒、超动态应变仪、高速采集卡和工控机；应变片和冲击力传感器分别通过应变片信号桥盒和冲击力传感器信号桥盒与超动态应变仪连接，超动态应变仪对应变片和冲击力传感器的输出信号进行放大，放大后的信号由工控机驱动的高速采集卡进行采集；在进行标定时，使用空气压缩机给高压气缸充气达到设定气压值时，打开快放阀；高压气缸与炮管连通，高压气缸中的高压气体驱动放置在炮管中的子弹；子弹射出撞击Hopkinson杆，在Hopkinson杆中传播冲击载荷；由于冲击力传感器与砧座受砧座工装施加的轴向位移约束，Hopkinson杆中传播的冲击载荷最终按固定杆端条件施加给冲击力传感器，实现冲击力传感器冲击标定时的冲击加载；标定Hopkinson杆中传播的冲击载荷由粘贴在杆中点处的应变片测量，应变片信号和冲击力传感器信号分别通过应变片信号桥盒和冲击力传感器信号桥盒输入超动态应变仪，经超动态应变仪放大后，由工控机驱动的高速采集卡采集；调节高压气缸的气压，改变子弹出膛速度，从而改变Hopkinson杆中的冲击载荷幅值，对不同载荷峰值对应的冲击力传感器输出电压进行拟合实现冲击力传感器灵敏度系数的冲击标定。2.根据权利要求1所述的一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置，其特征在于，所述Hopkinson杆为截面正方形的实心方杆。3.根据权利要求1所述的一种力传感器灵敏度系数冲击标定装置，其特征在于，所述砧座为45#钢实心立方质量块，其尺寸为Hopkinson杆横截面尺寸的3倍。4.根据权利要求1所述的一种力...

【专利技术属性】
技术研发人员：王清华，高猛，郭伟国，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：