[发明专利]基于三轴加速度传感器阵列的六自由度振动绝对测试方法

说明书

技术领域

本发明属于振动测量领域，具体地说是一种基于三轴加速度传感器阵列的六自由度振动绝对测试方法。 

背景技术

随着科技的进步，车辆、舰船、飞机等运动体的振动日益受到人们的关注。如机（车）载设备设计中对振动激励谱的需求等。该类运动体运动自由度大，动态范围广，在六个自由度方向上均有振动，振动状态非常复杂，以上特点对相应的测试技术提出了更高的要求。因此，现有的测试手段相对上述运动体而言存在以下的问题： 

①由于测试的目标物体在大范围内运动，使得难以将传感器同时与目标物体和静止参照体相连，也就无法进行相对测试，只能采用绝对测试手段；

②振动自由度多的特点，决定了不能使用单维振动测试方法，只能采用多维测试方法。既有线振动又有角振动的特点进一步增加了测试难度。综合以上特点，该测试技术属六自由度复合振动位移绝对测试范畴；

③当前的振动测试方法,按被测量量的不同可分为单维线振动测试、多维线振动测试、单维角振动测试几种。其中：

a.单维线振动的测试，既有使用拉线式位移传感器、拉杆式位移传感器、电感式位移传感器等多种相对测试方法；也有基于加速度测量的振动位移传感器测量方法（属绝对测量技术）。

b.多维线振动的测量方式为多轴振动加速度传感器测试法。 

c.角振动的测量，为光电编码器法需将光电编码器同时与被测体和参照体相连，因此只能单维测试，且为相对测量。理论上可以用陀螺测试角振动，但因为陀螺对振动非常敏感，在振动状态下极容易产生漂移，影响测量精确度，未见相应应用报道。 

总之，当前有单纯线振动测试技术，可以实现绝对测试;也有单纯的角振动测试技术，只能进行相对测试。 

加速度传感器阵列可以有效地对于此类复合振动状态进行绝对测试。传统的加速度传感器阵列方案，多利用六个或九个单轴加速度传感器相互正交进行安装。在实际应用中存在引入多个安装误差，使系统对于空间大小的要求过于严格，增加计算量等问题，其具体表现为：正交性难以保证，每个传感器均会引入安装位置与方向的误差，通过解算累积会对最终结果造成较大影响；当测量空间较狭小时，由于每个单轴传感器占用一定体积，会造成安装位置互相干涉，甚至无法完成测试任务；结构复杂，由于无法将同一坐标轴上的单轴传感器安装于一点，引入了与传感器个数相等的位置变量，在利用积分算法进行角速度解算时，位置变量过多使趋势项逐渐增大，对测试效果产生较大影响。 

发明内容

本发明要解决的技术问题，是提供一种基于三轴加速度传感器阵列的六自由度振动绝对测试方法，被测目标物体在运动过程中既有线振动又有角振动，为线角耦合振动测试技术，以大地坐标为参照，传感器与参照体间无直接连接关系，属绝对测量，技术通过测量运动体的不同位置、不同方向的加速度，经解算，得到六维振动参量，实现六自由度复合振动绝对测试。本发明所提供的测试方法，成本低，动态范围大、反应快、寿命长、可靠性高，并且有效地避免了前文提到的单轴传感器阵列方案中的不足。 

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是： 

一种基于三轴加速度传感器阵列的六自由度振动绝对测试方法，按照以下步骤顺序进行：

（1）  组建电容式加速度传感器阵列

 于被测物体上选定测量基准点O为坐标中心，构建三维坐标系O-XYZ，设定沿坐标轴的六个方向X正向、X负向、Y正向、Y负向、Z正向、Z负向为基准方向；

于坐标轴上选定与O点距离为L的点M1、M2、M3、M4，于该四点分别安装电容式三轴加速度传感器，电容式三轴加速度传感器的中心与相应点重合，它们的三轴指向均为X正向、Y正向、Z正向； 

每只电容式三轴加速度传感器的信号输出端与采集仪信号输入端相接，采集仪的信号输出端与计算机的USB接口相连接，其中采集仪用于将电容式三轴加速度传感器通过多通道测试系统同步触发测试得到的加速度电压信号转化为数字信号，而计算机通过其数据处理模块将由采集仪输入的数字信号转进行数据处理，解算出被测体的三维线位移。

（2）  测量 

接通电容式三轴加速度传感器的电源，它们测得的加速度电压信号传递至采集仪并由采集仪转化为数字信号后，传递至计算机进行数据处理；

（3）  由计算机内的数据处理模块执行解算

数据处理模块的解算方法按照如下步骤进行：