分载式动态力测量平台及使用方法技术

本发明专利技术提供一种分载式动态力测量平台及使用方法，通过分载柱的安装能够为大质量大体积振源提供足够大的安装面与负载能力；同时在标定时使用频域数据并引入与真实振源同质量的模拟片，考虑了测量平台基频与真实振源的质量对测量结果的影响；单向加速度传感器和单向力补偿传感器的安装，补偿了测量平台惯性力与环境噪声对测量结果的干扰，提高了标定与测量的精度，为评估真实振源动态扰振力对精密设备的影响提供了更具有说服力的测量数据。的影响提供了更具有说服力的测量数据。的影响提供了更具有说服力的测量数据。

【技术实现步骤摘要】
分载式动态力测量平台及使用方法


[0001]本专利技术涉及动态力测量领域，具体提供一种考虑惯性力、振源质量及环境噪声的分载式动态力测量平台及使用方法。

技术介绍

[0002]空间望远镜、光刻机等精密仪器上运动部件产生的动态扰振力会对其性能产生显著的干扰，甚至对其精密构件造成损坏，所以对此进行地面测量以评估动态扰振力在真实环境对设备的影响是尤为重要的。此外，精密仪器上的运动部件(例如空间望远镜中的巡天模块)逐渐变得更大更重，因此需要一种地面动态力测量设备，这种设备需要有足够的支撑能力和安装面，由于不同质量的振源会导致整体系统的基频不同，所以需要考虑运动部件的质量对测量设备基频的影响。然而为了达到以上的设计需求，测量平台的体积与质量也不可避免地增大，当进行动态力测量时，平台的质量惯性力与其基频会对测量结果造成较大的误差。此外，尽管某些精密仪器的运动部件体积不断变大，但其动态扰振力的振幅很小，接近于环境噪声。因此，对测量设备及其标定和使用提出了更高的要求。
[0003]目前大多数测量平台的标定是基于静态标定，即使是应用于动态测量中的测量平台也是通过静态标定，这会引入测量平台的基频，对测量造成极大的误差，目前标定过程没有考虑到振源质量对系统整体基频的影响。现有的技术中，有一些具有大安装面和负载能力的动态力测量设备，例如中国专利CN109990888B和中国专利CN111928988B，其均未考虑平台惯性力与环境噪声的影响，这会在测量过程中引入误差，降低测量精度。
[0004]因此，亟需设计一种动态力测量平台，不仅能够提供较大的安装面与负载能力，其标定与测量还能将振源质量、平台惯性力、基频及环境噪声的干扰考虑在内，从而提高测量的精度。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决上述问题，本专利技术提供了一种考虑惯性力、振源质量及环境噪声的分载式动态力测量平台及使用方法，在保证测量设备能提供足够大的安装面与负载能力的同时，补偿了设备惯性力与环境干扰的误差，考虑了振源质量与平台基频的影响，以此来提高设备的测量精度。
[0006]本专利技术提供的分载式动态力测量平台，包括：
[0007]分载柱设置在上安装板和下安装板之间，并处于中心位置；
[0008]4个单向力测量传感器均匀设置在上安装板和下安装板之间，单向力测量传感器与分载柱并联安装；
[0009]4个单向力补偿传感器均匀设置在下安装板的上表面，并与上安装板无接触；
[0010]4个单向加速度传感器均匀设置在上安装板的下表面，并与下安装板无接触。
[0011]优选的，上安装板设置有4个用于连接单向力测量传感器的凸台以及1个用于连接分载柱的凸台。
[0012]优选的，下安装板设置有4个用于连接单向力测量传感器的凸台、4个用于连接单向力补偿传感器的凸台以及1个用于连接分载柱的凸台。
[0013]优选的，下安装板开有沉孔，通过螺钉将下安装板连接在隔振台上。
[0014]一种分载式动态力测量平台的使用方法，包括以下步骤：
[0015]S1、分载式动态力测量平台的标定，具体步骤如下：
[0016]S11、将分载式动态力测量平台的下安装板连接在隔振台上，将与真实振源同质量的模拟片连接在上安装板；
[0017]S12、将单向力测量传感器、单向力补偿传感器以及单向加速度传感器的输出依次接入信号放大器和数采，并设定基准采样频率和基准采样时间；
[0018]S13、获取分载式动态力测量平台的转动惯量矩阵J和质量；
[0019]S14、对模拟片输入已知的标定力，利用数采采集已知的标定力、单向力测量传感器的输出以及单向加速度传感器的输出，并计算获得标定矩阵；
[0020]S2、真实振源的动态力测量：
[0021]S21、卸下模拟片，将真实振源连接在上安装板；
[0022]S22、真实振源启动工作，依照基准采样频率和基准采样时间对单向力测量传感器、单向力补偿传感器以及单向加速度传感器的输出进行采集；依据标定矩阵、单向力测量传感器和单向加速度传感器的输出获取不考虑噪声的扰动三维力F
m
(ω)；
[0023]S23、依据单向力补偿传感器的输出计算环境干扰F
env
(ω)；
[0024]S24、依据下式获得真实三维力F
real
(ω)：
[0025]F
real
(ω)＝F
m
(ω)
‑
F
env
(ω)。
[0026]优选的，通过CAD模拟或实验获取分载式动态力测量平台的转动惯量矩阵和质量。
[0027]优选的，S14的具体过程如下：对模拟片3次输入不同的已知的标定力，利用数采采集3次的标定力形成已知三维力矩阵F
c
(ω)如下：
[0028][0029]其中，F
zi
‑
c
(ω)表示采集到的第i次的输入力，M
xi
‑
c
(ω)表示采集到的第i次的X方向输入力矩，M
yi
‑
c
(ω)表示采集到的第i次的Y方向输入力矩，i＝1、2或3；
[0030]4个单向力测量传感器的输出形成输出电压矩阵U
c
(ω)如下：
[0031][0032]其中，[U
1i
‑
c
(ω)U
2i
‑
c
(ω)U
3i
‑
c
(ω)U
4i
‑
c
(ω)]T
表示第i次从4个单向力测量传感器4采集的电压；
[0033]利用4个单向加速度传感器的输出计算获得上安装板的惯性力F
mass
‑
c
(ω)如下：
[0034][0035][0036]其中，F
zi
‑
mass
‑
c
(ω)表示第i次输入标定力时，上安装板在Z方向上的惯性力；M
xi
‑
mass
‑
c
(ω)表示第i次输入标定力时，上安装板在X方向上的惯性力矩；M
yi
‑
mass
‑
c
(ω)表示第i次输入标定力时，上安装板在Y方向上的惯性力矩；m表示上安装板的质量，a
zi
(ω)表示上安装板在Z方向上的加速度，a
xi
(ω)表示上安装板在X方向上的加速度，a
yi
(ω)表示上安装板在Y方向上的加速度，a
ki
(ω)表示第i次输入标定力时来自第k个单向加速度传感器的输出加速度，k＝1、2、3或4，l1表示相邻两个单向加速度传感器之间的距离；
[0037]计算标定矩阵G(ω)如下：
[0038]G(ω)＝[F...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分载式动态力测量平台，其特征在于，包括：分载柱设置在上安装板和下安装板之间，并处于中心位置；4个单向力测量传感器均匀设置在所述上安装板和所述下安装板之间，单向力测量传感器与所述分载柱并联安装；4个单向力补偿传感器均匀设置在所述下安装板的上表面，并与所述上安装板无接触；4个单向加速度传感器均匀设置在所述上安装板的下表面，并与所述下安装板无接触。2.如权利要求1所述的分载式动态力测量平台，其特征在于，所述上安装板设置有4个用于连接单向力测量传感器的凸台以及1个用于连接分载柱的凸台。3.如权利要求1或2所述的分载式动态力测量平台，其特征在于，所述下安装板设置有4个用于连接单向力测量传感器的凸台、4个用于连接单向力补偿传感器的凸台以及1个用于连接分载柱的凸台。4.如权利要求1所述的分载式动态力测量平台，其特征在于，所述下安装板开有沉孔，通过螺钉将所述下安装板连接在隔振台上。5.一种分载式动态力测量平台的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、分载式动态力测量平台的标定，具体步骤如下：S11、将分载式动态力测量平台的下安装板连接在隔振台上，将与真实振源同质量的模拟片连接在上安装板；S12、将单向力测量传感器、单向力补偿传感器以及单向加速度传感器的输出依次接入信号放大器和数采，并设定基准采样频率和基准采样时间；S13、获取分载式动态力测量平台的转动惯量矩阵J和质量；S14、对模拟片输入已知的标定力，利用数采采集已知的标定力、单向力测量传感器的输出以及单向加速度传感器的输出，并计算获得标定矩阵；S2、真实振源的动态力测量：S21、卸下所述模拟片，将真实振源连接在上安装板；S22、真实振源启动工作，依照基准采样频率和基准采样时间对单向力测量传感器、单向力补偿传感器以及单向加速度传感器的输出进行采集；依据标定矩阵、单向力测量传感器和单向加速度传感器的输出获取不考虑噪声的扰动三维力F
m
(ω)；S23、依据单向力补偿传感器的输出计算环境干扰F
env
(ω)；S24、依据下式获得真实三维力F
real
(ω)：F
real
(ω)＝F
m
(ω)
‑
F
env
(ω)。6.如权利要求5所述的分载式动态力测量平台的标定方法，其特征在于，通过CAD模拟或实验获取分载式动态力测量平台的转动惯量矩阵和质量。7.如权利要求5所述的分载式动态力测量平台的标定方法，其特征在于，S14的具体过程如下：对模拟片3次输入不同的已知的标定力，利用数采采集3次的标定力形成已知三维力矩阵F
c
(ω)如下：
其中，F
zi
‑
c
(ω)表示采集到的第i次的输入力，M
xi
‑
c
(ω)表示采集到的第i次的X方向输入力矩，M
yi
‑
c
(ω)表示采集到的第i次的Y方向输入力矩，i＝1、2或3；4个单向力测量传感器的输出形成输出电压矩阵U
c
(ω)...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏明一，周成波，徐振邦，
申请(专利权)人：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，
类型：发明
国别省市：