[发明专利]一种共振式动态应变校准装置及方法

权利要求书

1.一种共振式动态应变校准装置，其特征在于：包括激励源(1)、共振梁(2)、激光干涉仪(3)、数控微位移机构(5)，数据采集系统(8)、数据处理系统(4)；共振梁(2)安装在激励源(1)上构成动态应变激励系统，激光干涉仪(3)与数据采集系统(8)、数据处理系统(4)连接作为标准动态应变测量系统；将应变计安装在校准装置上，通过比较标准动态应变和应变计的输出实现应变计的动态校准；

基于所述共振式动态应变校准装置的测试方法，包括如下步骤：

步骤一、调节振动激励器的振动频率f和幅值；通过振动激励器使共振梁(2)处于稳定的共振状态；所述振动频率f在f₁频率范围内的某一点，f₁的频率范围为1±0.5％；

步骤二、在共振梁(2)表面沿着梁的轴向选取等间距的N个测量点，测量点的坐标为X_n，其中n＝1～N；通过激光测振仪依次扫描每一个测量点，得到每个点的时间和梁在垂直方向位移关系曲线W＝f(t)；所述每个点的测量要求是：在一个点连续测量，其采样频率大于振动频率100倍以上，测量时间大于10个振动周期，连续采集获得M个位移数据，通过对M个位移数据进行正弦拟合获得时间位移曲线W_n＝A_nSin(2πft+θ_n)；其中，W_n为第n个测量点在t时刻的竖直坐标，A_n是振动幅值，t为时间，f为振动频率，θ_n为振动相位；

步骤三、根据步骤二得到的各测量点的挠度状态(X_n，A_n)，采用三次样条插值，或者多项式拟合，得共振梁(2)表面的峰值挠度曲线：

其中，Y(x)为横坐标x处的挠度值，x为共振梁(2)上任意一点沿轴向距共振梁(2)固定端的距离；r_i为拟合系数，p为拟合阶数，X为共振梁(2)的端点处坐标坐标；

步骤四、将挠度峰值曲线换算为应变峰值曲线：

其中h为共振梁(2)厚度的一半，d²Y(x)/dx²表示Y(x)对x的二阶导数；

步骤五、共振梁(2)校准区域的标准应变为：

ε(t)＝-ε_max(X_s)sin(2πft+β) (3)

其中X_s为校准区域中心点的横坐标，ε_max(X_s)为X_s处的应变峰值，β为共振梁(2)振动的初始相位；

被校应变计(6)放置在共振梁(2)校准区域内，将被校应变计(6)的输出值与标准应变值进行比较，即实现动态应变校准。

2.如权利要求1所述的一种共振式动态应变校准装置，其特征在于：所述一种共振式动态应变校准装置包括一系列不同材料及结构尺寸的共振梁(2)，每只共振梁(2)有不同的一阶共振频率；共振梁(2)为矩形等截面梁，或者为等强度梁，共振梁(2)采用对称结构，以保证振动载荷的平衡性。

3.如权利要求2所述的一种共振式动态应变校准装置，其特征在于：共振梁(2)的中心牢固地安装于激励源(1)上；采用动态位移测量系统扫描测量梁的上表面不同位置在垂直方向的位移；动态位移测量系统的响应频率大于正弦应变频率100倍以上。

4.如权利要求3所述的一种共振式动态应变校准装置，其特征在于：动态位移测量系统为激光测振仪、激光干涉仪(3)或激光位移传感器；动态位移测量系统安装在高准确度位移机构上，实现沿共振梁(2)上表面位移的扫描测量。