[发明专利]基于多激光位移传感器的异形柔性结构振动测量系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于多激光位移传感器的异形柔性结构的振动 测量系统。

背景技术

航天飞行器的太阳能帆板通常以大型悬臂梁结构形式存在于太 空环境中，并具有低刚度、小阻尼、固有频率低和低阶模态密集等特 征。由于太空环境恶劣，宇宙风、粒子流的影响，以及航天器本身的 机动等动作，极易引发航天器的太阳能帆板结构的持续振动。如果不 采用有效的抑制措施，其大幅度的振动相应将延续很长时间，不仅影 响到柔性结构本身的工作性能，而且通过与航天器主体的耦合作用， 进而可产生影响航天器的姿态稳定和定向精度问题。柔性化是各类航 天结构的一个重要发展趋势，轻型结构可以增加有效载荷的重量，提 高运载工具的效率；大型结构可以增加空间的功能和航天器设计、制 造的灵活性。然而，由于大型柔性结构刚度低、柔性大，在无外阻的 太空中运行时，极易受到外部激励作用而产生持续时间较长的低频大 幅值振动，柔性悬臂板的振动包括低频弯曲和扭转模态耦合的振动。 需要对低频振动进行测量，以保证柔性结构及其上各种精密仪器的正 常工作。在当今世界各主要国家大力发展航空航天技术的背景下，太 空条件下的大型柔性结构的振动测量成为当今世界普遍关注而富有 挑战性的重要课题。处于流体动力学和功能考虑，很多柔性结构的界 面多为不规则异形板，如飞机机翼。

现有的技术中，对柔性板的研究主要是针对规则形状的柔性板， 采用测量方法也只对规则板进行测量，然而类似飞机机翼这样的不规 则形状的板状结构的弯曲和扭转振动位移却很少，若采用现有的方法 则不能测量出异形柔性结构的扭转振动位移，采用两个激光位移传感 器对类似飞机机翼板的振动测量中，由于飞机翼板为非规则形状，无 法找到板的对称中心，而采用两个激光位移传感器对板的振动的测量 中，需要使得两个激光位移传感器相对于板的中心保持对称。于是采 用两个激光位移传感器不能满足对板的弯曲和扭转同步测量的要求， 所以本发明采取多个(至少三个)激光位移传感器对类似飞机机翼这 种非规则板状的异形柔性结构进行弯曲和扭转振动位移的同步测量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够实现对类似飞机机翼这种非规 则的、板状的异形柔性结构进行弯曲和扭转振动位移的同步测量的振 动测量系统。

基于多激光位移传感器的异形柔性结构振动测量系统，包括底 座，底座上设有固定被测量板的夹持装置，对被测量板进行激振的激 振器和测量被测量板各测量点的位移的测量机构，以及处理器；被测 量板为非规则的板状柔性结构；夹持装置夹持被测量板一端、使被测 量板呈一端固定的悬臂板；激振器的输出端紧贴被测量板；

测量机构主要由三个激光位移传感器A,B,C和驱动组件组成；三 个激光位移传感器A,B,C沿被测量板的高度方向从上到下呈直线排 列；处理器将激光位移传感器采集的信号转换为数字信号；根据每个 激光位移传感器在各个测量点获取的位移判断当前振动的类型及各 种振动类型导致的位移：

1)、获取三个激光位移传感器A,B,C测量得到的位移，第一激光 位移传感器的位移为x1，第二激光位移传感器的位移为x2，激光位 移传感器的位移为x3；获取第一激光位移传感器与第二激光位移传 感器之间的距离c1,第二激光位移传感器与第三激光位移传感器之间 的距离c2；第一激光位移传感器在最高，第三激光位移传感器最低；

2)、判断x1＝x2＝x3是否成立，若成立，则当前振动被识别为弯 曲振动，且被测量板的弯曲振动位移f为：f＝x1＝x2＝x3；

3)、若x1＝x2＝x3不成立，则判断是否成立，若成立，则当前振动被识别为扭转振动，且扭转角度