基于壓電效應(yīng)開發(fā)的用于發(fā)動機羽流力/力矩測量系統(tǒng),對其進(jìn)行在線標(biāo)定是需點解決的技術(shù)難題之一。針對立式結(jié)構(gòu)的羽流力/力矩測量系統(tǒng),選擇液壓力源配合標(biāo)準(zhǔn)力傳感器的加載方式,設(shè)計了具備遠(yuǎn)程操作、在線標(biāo)定、實時校準(zhǔn)功能的標(biāo)定平臺。分析了六維力標(biāo)定的加載方法以及加載力與傳感器受力之間的關(guān)系,建立了六維力加載力學(xué)模型。對測試系統(tǒng)進(jìn)行靜態(tài)標(biāo)定試驗,得到了壓電式六維力傳感器各分量的線性擬合直線方程。試驗表明:該六維力標(biāo)定系統(tǒng)穩(wěn)定、可靠,具有精度高、操作簡便、對環(huán)境影響小等優(yōu)點。 

【文章來源】：傳感器與微系統(tǒng). 2017年01期 第13-15+19頁

【文章頁數(shù)】：4 頁

【部分圖文】：

壓電傳感器結(jié)構(gòu)

芯蔡?甓ㄊ?驗，通過標(biāo)定得到4個測量單元各分量的靈敏度。計算六維力傳感器的非線性誤差、重復(fù)性誤差等性能指標(biāo)。安裝到測量系統(tǒng)基體上之后，隨著羽流試驗工況、環(huán)境的變化，對測量系統(tǒng)進(jìn)行在線標(biāo)定。由于羽流試驗工況復(fù)雜，對測量系統(tǒng)進(jìn)行在線標(biāo)定提出了如下要求:1)能實現(xiàn)對六維力各分量單獨施加標(biāo)準(zhǔn)載荷;2)測量系統(tǒng)搭建完成，傳感器不再拆卸，試車前和試車后進(jìn)行實時校準(zhǔn);3)有較好的加載精度和重復(fù)精度;4)由于實驗環(huán)境原因，標(biāo)定系統(tǒng)必須滿足遠(yuǎn)距離操作的要求。2在線標(biāo)定平臺設(shè)計根據(jù)羽流力/力矩測量特點，設(shè)計如圖2所示的標(biāo)定平臺。基座是整個標(biāo)定系統(tǒng)搭建的基礎(chǔ)，用于支撐整個標(biāo)定和測試部分，基座具有足夠的強度、剛度和加工精度。主向力源發(fā)生器產(chǎn)生向上拉力，經(jīng)中心加載桿作用于標(biāo)定法蘭，通過標(biāo)定轉(zhuǎn)接架將力傳遞到壓電傳感器下板上，實現(xiàn)軸向力Fx的標(biāo)定。標(biāo)定轉(zhuǎn)接架是圓筒形結(jié)構(gòu)，有4個標(biāo)定平面。在標(biāo)定轉(zhuǎn)接架四周正交布置4個側(cè)向力源發(fā)生器，側(cè)向力源發(fā)生器位置可調(diào)，在標(biāo)定平面內(nèi)有2個自由度。既可以沿導(dǎo)向柱軸向移動，又可以沿導(dǎo)向柱徑向平移。這樣通過調(diào)整側(cè)向力源發(fā)生器相對標(biāo)定平面的位置，可以分別實現(xiàn)兩個側(cè)向力Fy，F(xiàn)z和三向力矩(Mx，My，Mz)的加載。圖2六維力在線標(biāo)定平臺選擇液壓力源配合標(biāo)準(zhǔn)力傳感器的加載方式。液壓傳動具有體積孝重量輕，易實現(xiàn)大量程輸出等優(yōu)點。通過合理的管路布置可以實現(xiàn)液壓油的遠(yuǎn)距離傳輸，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程加載。標(biāo)準(zhǔn)力傳感器實時反饋施加的標(biāo)準(zhǔn)力值，用以標(biāo)定壓電傳感器輸出的實際測量值。測試系統(tǒng)標(biāo)定過程如圖3所示。圖3測試系統(tǒng)標(biāo)定流程圖力的傳遞方式上，傳統(tǒng)的標(biāo)定系統(tǒng)通過更換轉(zhuǎn)接架的方式分別實現(xiàn)力和力矩的標(biāo)定，這樣存在操作不便、工作量大、對?

源發(fā)生器位置可調(diào)，在標(biāo)定平面內(nèi)有2個自由度。既可以沿導(dǎo)向柱軸向移動，又可以沿導(dǎo)向柱徑向平移。這樣通過調(diào)整側(cè)向力源發(fā)生器相對標(biāo)定平面的位置，可以分別實現(xiàn)兩個側(cè)向力Fy，F(xiàn)z和三向力矩(Mx，My，Mz)的加載。圖2六維力在線標(biāo)定平臺選擇液壓力源配合標(biāo)準(zhǔn)力傳感器的加載方式。液壓傳動具有體積孝重量輕，易實現(xiàn)大量程輸出等優(yōu)點。通過合理的管路布置可以實現(xiàn)液壓油的遠(yuǎn)距離傳輸，從而實現(xiàn)遠(yuǎn)程加載。標(biāo)準(zhǔn)力傳感器實時反饋施加的標(biāo)準(zhǔn)力值，用以標(biāo)定壓電傳感器輸出的實際測量值。測試系統(tǒng)標(biāo)定過程如圖3所示。圖3測試系統(tǒng)標(biāo)定流程圖力的傳遞方式上，傳統(tǒng)的標(biāo)定系統(tǒng)通過更換轉(zhuǎn)接架的方式分別實現(xiàn)力和力矩的標(biāo)定，這樣存在操作不便、工作量大、對制造安裝精度要求高的缺點。本文采用定轉(zhuǎn)接架結(jié)構(gòu)，一次安裝實現(xiàn)六維力標(biāo)定。這種定轉(zhuǎn)接架安裝方式也與最終試車狀態(tài)保持一致，實現(xiàn)靜態(tài)標(biāo)定和動態(tài)試驗一體化，使標(biāo)定數(shù)據(jù)更加可靠，更好地保證系統(tǒng)測量精度。在線標(biāo)定系統(tǒng)簡化模型如圖4所示。XYZ坐標(biāo)系是傳感器所在平面坐標(biāo)系。x向標(biāo)準(zhǔn)力加載由力源1提供，y向標(biāo)準(zhǔn)力加載由力源3提供，z向標(biāo)準(zhǔn)力加載由力源4提供。力源2和力源4組合或力源3和力源5組合施加沿x軸扭矩Mx，力源2和力源4組合施加彎矩My，力源3和力源5組合施加彎矩Mz。3六維力在線標(biāo)定加載力學(xué)模型對上述羽流擾動力/力矩測量系統(tǒng)，建立加載力學(xué)模型。圖5(a)為三向力(Fx，F(xiàn)y，F(xiàn)z)加載力學(xué)模型，圖5(b)為三向力矩(Mx，My，Mz)加載力學(xué)模型。由于側(cè)向力施加載荷作用位置與測力儀的坐標(biāo)系不在同一平面，因此會在My，Mz方向附加一個彎矩。通過加載力學(xué)模型可以看出，當(dāng)加載力為F＇x時，傳感器輸出為Fx，此時F

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]空間發(fā)動機羽流研究技術(shù)發(fā)展綜述[J]. 郭敬,孔凡超,胡旭坤.  火箭推進(jìn). 2014(06)
[2]嫦娥三號著陸器軟著陸過程中羽流仿真分析及試驗研究[J]. 張熇,蔡國飆,許映喬,史紀(jì)鑫,劉自軍.  中國科學(xué):技術(shù)科學(xué). 2014(04)
[3]壓電石英六維力傳感器的解耦研究[J]. 張見岡,張軍,錢敏,李映君.  壓電與聲光. 2010(03)



本文編號：2899105