[发明专利]一种基于动态量测离心力的追踪悬浮结构转动中心的装置及方法

权利要求书

1.一种基于动态量测离心力的追踪悬浮结构转动中心的装置，其特征在于，所述的包括三组装置，每组装置均可以计算出假设的结构转动中心与该组装置的距离；其中，两组装置用于测量，一组装置用于拟合和复核；所述的每组装置包括前后两个单位装置，以单位装置中实心球(4)为头部，则每组装置的头部均面向结构中部，三组装置之间要求互不平行；

所述的每一个单位装置均包括内部核心装置(2)、外壁封装罩(3)及数据采集处理模块(12)；所述的内部核心装置(2)通过外壁封装罩(3)固定在所测结构表面(1)，并与数据采集处理模块(12)相连，外壁封装罩(3)用于保护内部核心装置(2)；

所述的内部核心装置(2)包括实心球(4)、刚性块体(5)、柔性块体(6)、应变片(7)、侧向限位连杆(8)、滑轮(9)、轨道(10)；所述的实心球(4)为球形实体，其材料特性均匀，质心在球心处；实心球(4)与外壁封装罩(3)和刚性块体(5)均为点接触，实心球(4)可自由活动，但受限于外壁封装罩(3)和刚性块体(5)，在未受外力的状态下相对于外壁封装罩(3)处于固定的状态；所述的刚性块体(5)相对的两侧分别与实心球(4)点接触、与柔性块体(6)的一端连接，用于传递实心球(4)与柔性块体(6)之间的力；刚性块体(5)的另外相对的两侧通过侧向限位连杆(8)与滑轮(9)连接，滑轮(9)限制在轨道(10)上，轨道(10)固定在外壁封装罩(3)内壁，保证刚性块体(5)在受力的情况下能够自由移动；所述的柔性块体(6)的另一端固定在外壁封装罩(3)内壁上，作为受力基体；所述的应变片(7)固定在柔性块体(6)的表面，并与数据采集处理模块(12)相连，通过计算得到结构扭转时实心球(4)产生的离心力，进一步得到材料不均匀或异形悬浮结构的转动中心。

2.基于旋转扰动离心力，采用权利要求1所述的装置动态测量悬浮结构部件转动中心位置的方法，其特征在于以下步骤：

第一步，在结构表面(1)上布置三组装置：以单位装置中实心球(4)为头部，则每组装置的头部均面向结构中部，三组装置之间要求互不平行；每组装置中包括两个构成一列的单位装置，两个单位装置中靠近结构表面中部位置的为前排单位装置，另一组为后排单位装置，测出一组装置两个单位装置中实心球(4)球心之间的距离d；

第二步，结构转动情况下，则由于实心球(4)离心力的存在，使得实心球(4)作用于刚性块体(5)，由于刚性块体(5)几乎不会变形，故将力传递给柔性块体(6)，柔性块体(6)受力挤压后产生的应变由应变片(7)测出，由应变片(7)所得的应变ε得到离心力大小：

F_1i＝ε_1i×E_1i×A_1i，i＝1,2,3

F_2i＝ε_2i×E_2i×A_2i，i＝1,2,3

其中，E_1i为各组装置里前排单位装置的柔性块体(6)的弹性模量，E_2i为各组装置里后排单位装置的柔性块体(6)的弹性模量；A_1i为各组装置里前排单位装置的柔性块体(6)的横截面面积，A_2i为各组装置里后排单位装置的柔性块体(6)的横截面面积；ε_1i为各组装置里前排单位装置的柔性块体(6)的应变，ε_2i为各组装置里后排单位装置的柔性块体(6)的应变；

第三步，计算各组前排单位装置中实心球(4)球心与假设的结构转动中心C_测的距离r_i：

其中，r_i为假设的结构转动中心C_测与前排单位装置里的实心球(4)球心的距离，并且假设的结构转动中心C_测在该组两个单位装置中质心球球心所在的直线上；若设假设的结构转动中心C_测与实心球(4)的连线为S₁，并设假设的结构转动中心C_测与真正的结构转动中心C_真的连线为S₂，则S₁和S₂满足垂直的关系；d_i为各组装置里，两个单位装置里实心球(4)球心之间的距离；m_1i为各组装置里前排单位装置中实心球(4)的质量，m_2i为各组装置里后排单位装置中实心球(4)的质量；F_1i为各组装置里前排单位装置得到的实心球(4)的离心力，F_2i为各组装置里后排单位装置得到的实心球(4)的离心力；

第四步，由第三步的r_i，可以确定假设的结构转动中心的位置；作一条直线，使其过假设的结构转动中心，并且此线垂直于各组装置中两个单位装置中实心球(4)球心的连线；每组装置均可得一条必过结构真正转动中心的直线，任选两线可得一个交点，该点即为结构的转动中心，其中第三组装置所得直线可用于拟合和复核。