[发明专利]非接触式静动态标定实验台

说明书

本发明公开了一种非接触式静动态标定实验台，包括X轴组件、Y轴组件和Z轴组件，所述X轴组件、Y轴组件和Z轴组件分别包括底板、光轴滑轨、滑块、滚珠丝杠和支撑板，所述底板与所述光轴滑轨固定，所述滑块与所述支撑板固定，所述Y轴组件和Z轴组件分别固定于所述X轴组件的支撑板上，所述X轴组件、Y轴组件和Z轴组件分别设有电磁铁固定板。本发明采用的是阶跃响应法对压电式测力仪进行动态标定，阶跃响应具有正阶跃激励与负阶跃激励两种，本发明设计的产生阶跃信号装置简便，效果明显。

技术领域

本发明涉及一种压电式测力仪或压电式传感器的静态标定与动态标定实验台。

背景技术

压电式测力仪或压电式测力传感器的测力原理都是通过内部的压电材料受压后产生压电效应，即受到一定方向的压力或拉力的情况下压电材料表面产生电荷集聚现象，经过导线引出并通过电荷放大器转化为低阻抗电压信号以显示输入力的幅值和方向。压电式测力仪的优点在于测量精度高、系统刚度好、频率效应特性好、测力频带宽等，因此测力仪越来越多的应用在车铣床切削力测量和实时精度补偿等场合。为此，每台测力仪都必须经过静态和动态标定以保证其测量的精度。

静态标定是指传感器加载标准静态载荷，待传感器稳定输出后采集传感器输出电压，进而求解压电式测力仪或传感器的静态指标的过程。描述测力仪或传感器静态特性的模型称为静态数学模型，静态数学模型有非线性与线性的两类。在压电式测力仪或传感器中由于向间干扰较小，因此压电测力仪可认为是静态线性模型。在线性系统中静态标定可获得众多静态指标仪表征测力仪或传感器的性能，如线性度、灵敏度、重复性、分辨率、迟滞、稳定性等指标。因此对于一个合格的压电式测力仪或压电式传感器必须经过静态标定方可投入使用，否则会产生数据的误差与失真。

动态标定是指通过输入标准激励的情况下，采集压电式测力仪的输出研究其对标准激励的响应的过程，动态标定可获得测力仪的动态性能，如固有频率、响应频率、阻尼比、带宽频率等动态指标，这些指标显示出测力仪的采样能力。国内外对动态标定的原理做了很多研究，如输入正弦变化压力时研究系统输出的方法称为频率响应法，但是由于压电式测力仪的固有频率一般都较高，因此需要更高的频率的正弦压力才可以激发出压电式测力仪的模态，然后目前产生标准正弦压力的装置非常局限，变化的频率范围也很小，最高的频率仅达300HZ左右，因此不可作为压电式测力仪的动态标定方法。还有一种可对压电式测力仪做动态标定的方法为脉冲响应法，即对测力仪产生一个脉冲冲击以激发出其模态，实现的方法如利用淬火的钢珠从一定高度落下锤击测力仪或带有加速度传感器的力锤对测力仪进行锤击。该方法简便，但冲击装置产生的冲击力不稳定，而且标定的精度不高。

发明内容

本发明通过对电磁理论研究发明了一种由电磁铁产生的标准静态力与标准动态力的非接触式静动态标定实验台，为压电式测力仪或传感器静动态标定提供一种简便快捷的方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

非接触式静动态标定实验台，包括X轴组件、Y轴组件和Z轴组件，所述X轴组件、Y轴组件和Z轴组件分别包括底板、光轴滑轨、滑块、滚珠丝杠和支撑板，所述底板与所述光轴滑轨固定，所述滑块与所述支撑板固定，所述Y轴组件和Z轴组件分别固定于所述X轴组件的支撑板上，所述X轴组件、Y轴组件和Z轴组件分别设有电磁铁固定板。

所述电磁铁包括磁芯、绕组、外壳和套筒，所述套筒套设于所述磁芯上，所述绕组绕于所述套筒上。

所述电磁铁的导磁材料采用铁镍合金1J50材料。

所述导磁材料长度小于所述电磁铁总长。

所述绕组采用铜丝材质。

所述磁芯内部设有长度为18mm直径为13mm的小孔。