[发明专利]机床振动测试的载荷与响应信号同步采集系统及其方法

权利要求书

1.一种机床振动测试的载荷与响应信号同步采集系统，其特征在于，该系统包括激励子系统、响应信号采集子系统、数据采集前端和数据处理器四个部分；其中，激励子系统包括功率放大器、激振器和激振杆；该激振器的输入端通过功率放大器与数据采集前端的一个输出端连接；激振器的输出端连接激振杆的一端，激振杆的另一端与响应信号采集子系统的力传感器相连；

响应信号采集子系统包括一个力传感器、多个加速度传感器和多个电荷放大器；该力传感器的输入端通过螺纹安装在激励子系统的激振杆的一端上，力传感器的输出端连接电荷放大器的输入端；各加速度传感器的输出端连接一个电荷放大器；

数据采集前端的输入端通过响应信号采集子系统的电荷放大器与力传感器和各加速度传感器连接；数据采集前端的一个输出端通过激励子系统的功率放大器与激振器连接，另外一个输出端与数据处理器的输入端相连，该数据处理器预先存储有对载荷和响应信号进行数据处理的程序。

2.利用权利要求1所述机床振动测试的载荷与响应信号同步采集系统的同步采集方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）启动同步采集系统，使其处于正常工作状态，并调试力传感器和加速度传感器的量程；

2）数据采集前端提供稳态正弦激励信号，稳态正弦激励信号经过功率放大器进行功率放大后转换电信号，驱动激振器正常工作，激振器工作时由激振杆输出动态激振力；

3）激振杆通过力传感器对机床主轴施加动态激励，由力传感器采集动态激励信号，经过电荷放大器放大后传输至数据采集前端，得到动态激振力信号f(t)；

4）预先在需要测试机床振动性能的多个位置通过磁力座分别安装一个加速度传感器；每个加速度传感器采集相应位置的加速度信号，经过电荷放大器放大后传输至数据采集前端，得到各测试位置在所测试方向上的加速度响应信号a(t)；

5）数据采集前端提供稳态正弦激励信号后，激振器、力传感器和加速度传感器同时工作，实现动态激振力信号f(t)和加速度响应信号a(t)的同步采集。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述步骤5）中具体方法包括：数据采集前端7将激振力信号f(t)和加速度响应信号a(t)同步采集后传输至数据处理器8，通过频域积分法对加速度信号a(t)进行处理。步骤如下：

51）对时域内的加速度信号a(t)作傅里叶变换，得到A(w)；

52）对A(w)作二次积分，得到A₁(w)；

53）根据所测试的结构，确定一个合适的截止频率范围[w₁,w₂]，用于滤除加速度信号a(t)中的低频误差和高频噪声，具体方法为：在频域上将积分后的傅里叶变换A₁(w)中低于最小截止频率w₁的成分设置为零，用于滤除低频误差；在频域上将积分后的傅里叶变换A₁(w)中高于最大截止频率w₂的成分设置为零，用于滤除高频噪声，从而实现对信号的滤波，最终得到A₂(w)；

54）对A₂(w)进行傅里叶逆变换，得到滤波后的时域加速度信号a₁(t)；

55）对时域内的加速度信号a₁(t)作二次积分，得到时域内的振动位移响应信号s(t)，即机床各零件测量位置的振动位移响应。