[发明专利]三维冲击力传感器的三轴Hopkinson杆同步动态标定装置及方法

说明书

本发明涉及一种三维冲击力传感器的三轴Hopkinson杆同步动态标定装置及方法，在一维分离式Hopkinson压杆系统中心沿Y轴和Z轴分别加装的Y轴透射弹性杆和Z轴透射弹性杆，形成真三轴加载系统。本发明实现在不同方向上同时产生动态加载，对三维力传感器进行三轴同时标定；避免了三向气源难以解决的同步性问题，巧妙利用弹性变形体的横向泊松效应，进行三维力传感器三维耦合下的动态灵敏度标定；可以对三维力传感器动态线性度进行高精度的标定；该装置也可进行单轴或双轴的动态灵敏度标定，用途广泛，装置操作简单，重复性好，测量加速度计动态线性度的准确精度高。

技术领域

本发明属于三维冲击力传感器标定装置及方法，涉及一种三维冲击力传感器的三轴Hopkinson杆同步动态标定装置及方法，是一种对三维冲击力传感器进行多维同步动态标定的真三轴Hopkinson杆装置和方法。

背景技术

三维冲击力传感器能同时检测物体在三维坐标空间的实际受力情况，广泛应用在机器人、发动机、航空以及卫星测试领域，其工况必须经受动态冲击载荷的作用，这对传感器的动态响应速率及灵敏度提出了更高的应用，因此必须对多维冲击力传感器进行使用前的动态标定，以确保其技术性能满足试验的要求。

目前对于三维或者多维冲击力传感器的校准装置，标准力的获取方法通常分为砝码转动产生的离心力、机械传动力以及液压传动力。参照图1，文献1：多维冲击力传感器的动态标定研究[J].机械制造与自动化，白文聪(2015)，公开了一种提出了一套对六维力传感器进行动态标定的系统。该装置包括有转子15、伺服电机16、标准质量17、安装工装18、传感器19和大理石水平台面20。该系统以高精度伺服电机为精确动力源，以高精度砝码作为标准质量，通过伺服电机带动标准质量做匀圆周运动，将随时间变化的标准质量块上的离心力作为标定系统的标定绝对量。系统分为水平测试平台和垂直测试平台，水平测试平台可以将传感器x、y方向经行精确的标定，垂直测试平台将标准质量块安装在竖直平面内产生标准力，可以对z轴力进行精确的动态标定。文献2：Design,development,andcalibration of a force-moment measurement system for wheel–rail contactmechanics in roller rigs，Measurement，Meymand S Z，Ahmadian M.(2016)，公开了一种类似的转动台标定装置，标准力的范围在10KN以下，通过设计多维冲击力传感器的安装方式，可实现对多维冲击力传感器的三轴标定。ZL201010103946.2公开了一种大型多维力传感器标定加载台，其采用液压缸进行加载，标定量程大且加载精度高，且通过调节液压系统压力易实现加载力连续可调。目前的液加载校准装置无法实现高加载速率下的动态标定，无法获得多维冲击力传感器感受动态力的灵敏度系数。

参照图2，文献3：Split Hopkinson pressure bar technique for dynamiccalibration of force transducers.SP Swedish National Testing and ResearchInstitute，Farm(2003)，公开了一种对力传感器进行一维动态脉冲标定的方法。该装置包括有气动发射炮管21、子弹22、波形整形器23、入射弹性杆24、应变片25、待测力传感器26、透射弹性杆27、阀门控制器28、气源29。进行力传感器动态标定时，首先将待测力传感器26置于入射弹性杆24和透射弹性杆27之间。然后，利用子弹22冲击入射弹性杆24产生激励脉冲，产生的激励脉冲作为入射波通过入射弹性杆24加载至力传感器26，一部分在与力传感器26接触的界面上产生反射波沿入射弹性杆24反相传播，另一部分经过力传感器26传至透射弹性杆27产生透射波。用分别位于入射弹性杆24和透射弹性杆27表面的两个应变片25记录入射波、反射波和透射波，利用一维弹性应力波理论和分离式Hopkinson压杆原理即可对力传感器26进行一维动态脉冲标定。