[发明专利]基于三轴加速度传感器阵列的六自由度振动绝对测试方法

摘要

本发明公开了一种基于三轴加速度传感器阵列的六自由度振动绝对测试方法，组建包括四只电容式三轴加速度传感器的传感器阵列，直接测得被测体的不同位置、不同方向的三维加速度后，再解算出其三维线速度。本发明以大地坐标为参照，传感器与参照体间无直接连接关系，属绝对测量，通过测量运动体的振动加速度，经解算，得到六维振动参量，实现六自由度复合振动绝对测试，具有成本低、动态范围大、反应快、寿命长、可靠性高的特点。本发明适用于对车辆、舰船、飞机等在六个自由度方向上均有振动、振动状态非常复杂的运动体进行六自由度振动的绝对测试。

主权项

1.一种基于三轴加速度传感器阵列的六自由度振动绝对测试方法，其特征在于它按照以下步骤顺序进行： (1)组建电容式加速度传感器阵列于被测物体上选定测量基准点O为坐标中心，构建三维坐标系O-XYZ，设定沿坐标轴的六个方向X正向、X负向、Y正向、Y负向、Z正向、Z负向为基准方向；于坐标轴上选定与O点距离为L的点M1、M2、M3、M4，于该四点分别安装电容式三轴加速度传感器，电容式三轴加速度传感器的中心与相应点重合，它们的三轴指向均为X正向、Y正向、Z正向； 每只电容式三轴加速度传感器的信号输出端与相应的采集仪信号输入端相接，采集仪的信号输出端与计算机USB接口相连接，其中采集仪用于将电容式三轴加速度传感器通过多通道测试系统同步触发测试得到的加速度电压信号转化为数字信号，而计算机通过其数据处理模块将由采集仪输入的数字信号转进行数据处理，解算出被测体的三维线位移；(2)测量接通电容式三轴加速度传感器的电源，它们测得的加速度电压信号传递至采集仪并由采集仪转化为数字信号后，输入计算机；(3)由计算机内的数据处理模块执行解算数据处理模块的解算方法按照如下步骤进行：设L=1m，电容式三轴加速度传感器各轴的测试结果分别为A_ij，其中i=1,2,3,4，表示传感器编号；j=1,2,3，表示传感器X、Y、Z三轴，则①某时刻被测体相对于载体坐标系的沿三坐标轴方向的线加速度由式I得出：式I式I中为沿三个坐标轴的线加速度；②某时刻被测体相对于载体坐标系的沿三坐标轴方向的角加速度与角速度乘积由式II得出，为：式II式II中，为三个坐标轴方向的角速度，为绕三个坐标轴的角加速度；③被测体的角速度，由式III可知：，时间点式III④以O-XYZ坐标系初始位置状态为初始坐标系，任意时刻O-XYZ的位置状态为载体坐标系，设为某一采样时刻的载体坐标系相对于初始坐标系的旋转四元数表示，列写四元数微分方程式IV使用龙格库塔法解算式IV，可得第k个采样时刻的四元数，代表某时刻载体坐标系相对初始坐标系转动的状态；⑤通过与载体坐标系三次旋转的坐标变换矩阵比较，将四元数结果代入式V，求出第k采样时刻相对初始坐标系的三维转角为：式V式V中，、、分别是第k采样时刻载体系相对初始坐标系的偏航角、俯仰角以及滚转角；⑥以初始载体坐标系为参考系解算三维线位移，a.首先如式VI以X向为例，已知初始线速度的情况下对线加速度积分得相对目前时刻的载体坐标系三维线速度、、，式VIb.如式VI通过坐标旋转矩阵转换得当前时刻相对初始载体坐标系O-XYZ的线速度、、，式VIIc.再在已知、，=0的情况下，经式VIII进行积分，得到相对初始坐标系的三维线位移、、，式VIII其中。