羽流力/力矩测量系统在线标定研究
发布时间：2020-12-05 07:22
基于压电效应开发的用于发动机羽流力/力矩测量系统,对其进行在线标定是需点解决的技术难题之一。针对立式结构的羽流力/力矩测量系统,选择液压力源配合标准力传感器的加载方式,设计了具备远程操作、在线标定、实时校准功能的标定平台。分析了六维力标定的加载方法以及加载力与传感器受力之间的关系,建立了六维力加载力学模型。对测试系统进行静态标定试验,得到了压电式六维力传感器各分量的线性拟合直线方程。试验表明:该六维力标定系统稳定、可靠,具有精度高、操作简便、对环境影响小等优点。
【文章来源】：传感器与微系统. 2017年01期 第13-15+19页
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
压电传感器结构
芯蔡?甓ㄊ?验，通过标定得到4个测量单元各分量的灵敏度。计算六维力传感器的非线性误差、重复性误差等性能指标。安装到测量系统基体上之后，随着羽流试验工况、环境的变化，对测量系统进行在线标定。由于羽流试验工况复杂，对测量系统进行在线标定提出了如下要求:1)能实现对六维力各分量单独施加标准载荷;2)测量系统搭建完成，传感器不再拆卸，试车前和试车后进行实时校准;3)有较好的加载精度和重复精度;4)由于实验环境原因，标定系统必须满足远距离操作的要求。2在线标定平台设计根据羽流力/力矩测量特点，设计如图2所示的标定平台。基座是整个标定系统搭建的基础，用于支撑整个标定和测试部分，基座具有足够的强度、刚度和加工精度。主向力源发生器产生向上拉力，经中心加载杆作用于标定法兰，通过标定转接架将力传递到压电传感器下板上，实现轴向力Fx的标定。标定转接架是圆筒形结构，有4个标定平面。在标定转接架四周正交布置4个侧向力源发生器，侧向力源发生器位置可调，在标定平面内有2个自由度。既可以沿导向柱轴向移动，又可以沿导向柱径向平移。这样通过调整侧向力源发生器相对标定平面的位置，可以分别实现两个侧向力Fy，Fz和三向力矩(Mx，My，Mz)的加载。图2六维力在线标定平台选择液压力源配合标准力传感器的加载方式。液压传动具有体积孝重量轻，易实现大量程输出等优点。通过合理的管路布置可以实现液压油的远距离传输，从而实现远程加载。标准力传感器实时反馈施加的标准力值，用以标定压电传感器输出的实际测量值。测试系统标定过程如图3所示。图3测试系统标定流程图力的传递方式上，传统的标定系统通过更换转接架的方式分别实现力和力矩的标定，这样存在操作不便、工作量大、对?
源发生器位置可调，在标定平面内有2个自由度。既可以沿导向柱轴向移动，又可以沿导向柱径向平移。这样通过调整侧向力源发生器相对标定平面的位置，可以分别实现两个侧向力Fy，Fz和三向力矩(Mx，My，Mz)的加载。图2六维力在线标定平台选择液压力源配合标准力传感器的加载方式。液压传动具有体积孝重量轻，易实现大量程输出等优点。通过合理的管路布置可以实现液压油的远距离传输，从而实现远程加载。标准力传感器实时反馈施加的标准力值，用以标定压电传感器输出的实际测量值。测试系统标定过程如图3所示。图3测试系统标定流程图力的传递方式上，传统的标定系统通过更换转接架的方式分别实现力和力矩的标定，这样存在操作不便、工作量大、对制造安装精度要求高的缺点。本文采用定转接架结构，一次安装实现六维力标定。这种定转接架安装方式也与最终试车状态保持一致，实现静态标定和动态试验一体化，使标定数据更加可靠，更好地保证系统测量精度。在线标定系统简化模型如图4所示。XYZ坐标系是传感器所在平面坐标系。x向标准力加载由力源1提供，y向标准力加载由力源3提供，z向标准力加载由力源4提供。力源2和力源4组合或力源3和力源5组合施加沿x轴扭矩Mx，力源2和力源4组合施加弯矩My，力源3和力源5组合施加弯矩Mz。3六维力在线标定加载力学模型对上述羽流扰动力/力矩测量系统，建立加载力学模型。图5(a)为三向力(Fx，Fy，Fz)加载力学模型，图5(b)为三向力矩(Mx，My，Mz)加载力学模型。由于侧向力施加载荷作用位置与测力仪的坐标系不在同一平面，因此会在My，Mz方向附加一个弯矩。通过加载力学模型可以看出，当加载力为F＇x时，传感器输出为Fx，此时F
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间发动机羽流研究技术发展综述[J]. 郭敬,孔凡超,胡旭坤. 火箭推进. 2014(06)
[2]嫦娥三号着陆器软着陆过程中羽流仿真分析及试验研究[J]. 张熇,蔡国飙,许映乔,史纪鑫,刘自军. 中国科学:技术科学. 2014(04)
[3]压电石英六维力传感器的解耦研究[J]. 张见冈,张军,钱敏,李映君. 压电与声光. 2010(03)
本文编号：2899105
【文章来源】：传感器与微系统. 2017年01期 第13-15+19页
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
压电传感器结构
芯蔡?甓ㄊ?验，通过标定得到4个测量单元各分量的灵敏度。计算六维力传感器的非线性误差、重复性误差等性能指标。安装到测量系统基体上之后，随着羽流试验工况、环境的变化，对测量系统进行在线标定。由于羽流试验工况复杂，对测量系统进行在线标定提出了如下要求:1)能实现对六维力各分量单独施加标准载荷;2)测量系统搭建完成，传感器不再拆卸，试车前和试车后进行实时校准;3)有较好的加载精度和重复精度;4)由于实验环境原因，标定系统必须满足远距离操作的要求。2在线标定平台设计根据羽流力/力矩测量特点，设计如图2所示的标定平台。基座是整个标定系统搭建的基础，用于支撑整个标定和测试部分，基座具有足够的强度、刚度和加工精度。主向力源发生器产生向上拉力，经中心加载杆作用于标定法兰，通过标定转接架将力传递到压电传感器下板上，实现轴向力Fx的标定。标定转接架是圆筒形结构，有4个标定平面。在标定转接架四周正交布置4个侧向力源发生器，侧向力源发生器位置可调，在标定平面内有2个自由度。既可以沿导向柱轴向移动，又可以沿导向柱径向平移。这样通过调整侧向力源发生器相对标定平面的位置，可以分别实现两个侧向力Fy，Fz和三向力矩(Mx，My，Mz)的加载。图2六维力在线标定平台选择液压力源配合标准力传感器的加载方式。液压传动具有体积孝重量轻，易实现大量程输出等优点。通过合理的管路布置可以实现液压油的远距离传输，从而实现远程加载。标准力传感器实时反馈施加的标准力值，用以标定压电传感器输出的实际测量值。测试系统标定过程如图3所示。图3测试系统标定流程图力的传递方式上，传统的标定系统通过更换转接架的方式分别实现力和力矩的标定，这样存在操作不便、工作量大、对?
源发生器位置可调，在标定平面内有2个自由度。既可以沿导向柱轴向移动，又可以沿导向柱径向平移。这样通过调整侧向力源发生器相对标定平面的位置，可以分别实现两个侧向力Fy，Fz和三向力矩(Mx，My，Mz)的加载。图2六维力在线标定平台选择液压力源配合标准力传感器的加载方式。液压传动具有体积孝重量轻，易实现大量程输出等优点。通过合理的管路布置可以实现液压油的远距离传输，从而实现远程加载。标准力传感器实时反馈施加的标准力值，用以标定压电传感器输出的实际测量值。测试系统标定过程如图3所示。图3测试系统标定流程图力的传递方式上，传统的标定系统通过更换转接架的方式分别实现力和力矩的标定，这样存在操作不便、工作量大、对制造安装精度要求高的缺点。本文采用定转接架结构，一次安装实现六维力标定。这种定转接架安装方式也与最终试车状态保持一致，实现静态标定和动态试验一体化，使标定数据更加可靠，更好地保证系统测量精度。在线标定系统简化模型如图4所示。XYZ坐标系是传感器所在平面坐标系。x向标准力加载由力源1提供，y向标准力加载由力源3提供，z向标准力加载由力源4提供。力源2和力源4组合或力源3和力源5组合施加沿x轴扭矩Mx，力源2和力源4组合施加弯矩My，力源3和力源5组合施加弯矩Mz。3六维力在线标定加载力学模型对上述羽流扰动力/力矩测量系统，建立加载力学模型。图5(a)为三向力(Fx，Fy，Fz)加载力学模型，图5(b)为三向力矩(Mx，My，Mz)加载力学模型。由于侧向力施加载荷作用位置与测力仪的坐标系不在同一平面，因此会在My，Mz方向附加一个弯矩。通过加载力学模型可以看出，当加载力为F＇x时，传感器输出为Fx，此时F
【参考文献】：
期刊论文
[1]空间发动机羽流研究技术发展综述[J]. 郭敬,孔凡超,胡旭坤. 火箭推进. 2014(06)
[2]嫦娥三号着陆器软着陆过程中羽流仿真分析及试验研究[J]. 张熇,蔡国飙,许映乔,史纪鑫,刘自军. 中国科学:技术科学. 2014(04)
[3]压电石英六维力传感器的解耦研究[J]. 张见冈,张军,钱敏,李映君. 压电与声光. 2010(03)
本文编号：2899105
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