[发明专利]小幅直线运动的位移测量方法及其位移测量装置

说明书

技术领域

本发明属于高频率小幅度的往复直线运动的位移测量技术领域，具体的涉及一种用于力学环境实验设备—振动试验台在工作振动时的小幅直线运动的位移测量方法以及该小幅直线运动的位移测量装置。

背景技术

振动试验台是提供围绕平衡位置或平均位置等进行的一种往复运动的设备，其往复直线运动的幅度范围很小，最大只有数厘米。目前所使用的测量其驱动线圈进行直线运动位移的方式有两种，一种是通过线性位移传感器直接测量获得，例如采用光栅位移传感器、线性电阻尺、电涡流位移传感器、激光位移传感器、超声波位移传感器等位移测量装置。

如图1，目前最常用的位移测量装置是通过一个楔型结构将往复的直线位移转换为距离信号进行测量，在驱动线圈1上固定设置一楔型结构3，在振动试验台的磁缸座2上对应设置一电涡流位移传感器4，在驱动线圈1发生往复位移的振动时，电涡流位移传感器4可以测定楔型结构3的斜面距离变化，从而得到驱动线圈的对应直线位移数值。该测量方式存在成本较高、测量结果不稳定的问题，电涡流位移传感器很容易受到温度、电磁场等外部环境的干扰。并且，由于驱动线圈和磁缸座之间的间隙有限，楔型结构的斜面角度变化较小，调节非常困难，同时当驱动线圈一旦因为维护或修理进行拆卸后，必须重新对整个位移测量装置的电路进行调整，使用非常不便。再者，楔型结构安装在驱动线圈上，一方面会增加驱动线圈的质量，另一方面人为的导致驱动线圈的不对称结构，从而影响和降低振动试验台的整体性能。

利用旋转编码器将直线运动转换为曲线旋转运动，并根据测定的旋转角度来测量位移是一种非常成熟的技术，其测量设备的精度高，检测方法比较简单，一般通过在待测量装置上加装一个将直线运动转换为旋转运动的装置，就可以采用旋转编码器进行测量，旋转编码器和上述方法已经应用于多种机械运动的直线位移的测量。但是对于振动台的驱动线圈的往复位移测量，不允许在驱动线圈上加装或者连接运动转换装置，这是因为驱动线圈作为振动台的振动输出组件，最理想的状态是接近于零的自身重量，并且不要连接任何影响振动重心对称和高频振动组件。如果将旋转编码器通过转换装置直接连接到驱动线圈上，将无法得到精确的测量值，另一方面，该连接直接影响驱动线圈的振动输出稳定性和输出效能，既不能满足振动试验需要，更不能得到精确的位移测量值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用驱动线圈固有的悬挂支撑机构，无需在驱动线圈上加装任何装置，能将驱动线圈的往复直线位移转换成往复旋转运动进行测量并输出数字信号结果的小幅直线运动的位移测量方法。该方法在提高测量稳定性的同时，利用了驱动线圈所固有的部件，可以根据不同的要求改变测量的精度，成本低、可靠性高，特别容易实现数字控制。

本发明的另一目的在于，提供一种利用驱动线圈固有的悬挂支撑机构，无需在驱动线圈上任何装置就能够对驱动线圈进行精确位移测量的小幅直线运动的位移测量装置，该装置的结构简单、设计合理，可靠性能高，并可以根据不同要求改变测量精度。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案如下：

一种小幅直线运动的位移测量方法，用于往复运动的驱动线圈的位移测量，其特征在于所述位移测量方法包括采用固定设置的旋转编码器，将旋转编码器的转角连接器连接设置驱动线圈的悬挂支撑装置，由驱动线圈位移所导致的该悬挂支撑装置的位移产生转角连接器的往复旋转运动，旋转编码器检测转角连接器输入的角度变化值并输出数字信号，得到相应位移值。

具体的讲，所述悬挂支撑装置包括一弹性支撑件，弹性支撑件的一端固定设置，另一端连接驱动线圈，所述转角连接器连接设置悬挂支撑装置的弹性支撑件。

所述悬挂支撑装置包括一通过枢轴连接的旋转件，旋转件的另一端连接设置驱动线圈，转角连接器连接设置该枢轴或旋转件，由旋转件或者枢轴输出旋转角度。

所述驱动线圈的悬挂支撑装置为摇臂悬挂机构，所述摇臂悬挂机构包括橡胶扭簧和摇臂，橡胶扭簧的两端分别连接摇臂，两摇臂分别与驱动线圈和固定体连接，橡胶扭簧上设置与旋转编码器的转角连接器连接的角度输出点。

所述驱动线圈的悬挂支撑装置为滚臂悬挂机构，所述滚臂悬挂机构包括一扇形块，扇形块的扇形角端与固定体枢接，扇形块的弧面上固定有柔性片，柔性片的另一端与驱动线圈固定，所述扇形块的扇形角端通过一枢轴与固定体连接，所述枢轴作为与旋转编码器的转角连接器连接的角度输出点。