CN109341743A - 一种多用途冲击运动发生装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的一种多用途冲击运动发生装置,属于动态力学计量技术领域。本发明采用水平发生方式,包括电缸、直线导轨、1#台面、气浮轴承、2#台面制动导轨、阻尼器、2#台面、3#台面、缓冲垫、气浮锤头、3#台面安装导轨、限位叉;电缸是发生装置的激励单元,用于产生运动初速度;1#台面、2#台面、3#台面、气浮锤头是运动部件及被校传感器安装基座;直线导轨、安装导轨为运动导向机构;阻尼器、制动导轨、限位叉、缓冲垫为运动缓冲及限制机构。本发明包括两种工作模式,一种为冲击速度、冲击位移发生模式,一种为冲击加速度发生模式。本发明能够为三种冲击传感器提供校准用冲击运动激励信号,满足用于加速度传感器、速度传感器和位移传感器的动态校准的需求。
Description
技术领域
本发明涉及一种能够实现瞬态位移、瞬态速度、瞬态加速度三种传感器校准用的直线冲击运动发生装置,属于动态力学计量技术领域。
背景技术
冲击运动是力学专业中的重要物理量,表现为加速度、速度、位移参量急剧变化而激起的***瞬态运动,即在短促时间间隔内引起体系有明显动量变化的一种作用,是一种瞬间的暂态能量交换。冲击运动过程因其动态测量范围宽,动态响应快等优点广泛应用于航空、航天、兵器、船舶、军事工程、交通、物探及武器装备、电工电子产品等领域的研制过程中,用于评价产品的材料结构特性、安全防护性、抗击打性及杀伤性等性能指标。
冲击运动测量因其在科技工业中的重要地位,相关的校准技术也成为了力学计量中重要的动态计量专业。冲击运动校准包括冲击加速度传感器、速度传感器、位移传感器的动态校准。目前国内有包括落锤式、摆锤式、气炮式等在内的冲击发生装置,用来产生半正弦加速度脉冲,对冲击加速度传感器施加校准。装置利用碰撞原理,直接撞击装有冲击加速度传感器的砧体,对加速度传感器施加冲击加速度脉冲。而冲击速度传感器和冲击位移传感器尚无冲击发生装置,能够对其施加校准用运动激励信号。冲击加速度传感器校准用的冲击运动脉冲多为近似半正弦的冲击加速度脉冲,加速度脉冲波形如图4所示。
常用作测量冲击速度的传感器有激光速度传感器、拉线/拉杆式速度传感器等,用作测量位移的传感器包括:激光位移传感器、拉线/拉杆式位移传感器等。速度传感器和位移传感器受其结构所限,无法直接承受撞击,因此现有的冲击加速度发生装置无法用于速度传感器和位移传感器的动态校准。
发明内容
针对现有加速度传感器、速度传感器及位移传感器动态校准激励发生的需求,本发明公开的一种多用途冲击运动发生装置要解决的技术问题是:提供一种冲击运动发生装置,能够为三种冲击传感器提供校准用冲击运动激励信号,满足用于加速度传感器、速度传感器和位移传感器的动态校准的需求。
本发明是通过以下技术方案实现的:
本发明公开的一种多用途冲击运动发生装置采用水平发生方式,包括电缸、直线导轨、1#台面、气浮轴承、2#台面制动导轨、阻尼器、2#台面、3#台面、缓冲垫、气浮锤头、3#台面安装导轨、限位叉。
其中:电缸是发生装置的激励单元,用于产生运动初速度;1#台面、2#台面、3#台面、气浮锤头是运动部件及被校传感器安装基座;直线导轨、安装导轨为运动导向机构;阻尼器、制动导轨、限位叉、缓冲垫为运动缓冲及限制机构。
本发明公开的一种多用途冲击运动发生装置包括两种工作模式,一种为冲击速度、冲击位移发生模式,另一种为冲击加速度发生模式。对应上述两种工作模式组合对应的安装和控制模式,为冲击加速度、冲击速度、冲击位移三种传感器提供冲击运动激励。
当工作于冲击速度、冲击位移发生模式,即瞬态速度、瞬态位移发生模式时,连接关系为:被校速度传感器或位移传感器安装于固定的3#台面,被校传感器的激光反射面或拉线、拉杆固定在2#台面。1#台面受电缸推动向前运动并撞击2#台面,使得2#台面上激光的反射面或传感器的拉杆、拉线与3#台面上的传感器产生相对运动,获得瞬态速度或瞬态位移,提供冲击速度、冲击位移运动激励。
当工作于冲击加速度发生模式时,连接关系为:被校冲击加速度传感器安装于固定的3#台面上的气浮锤头上,1#台面滑动至电缸后方。电缸推动2#台面获得运动速度向前运动,并撞击3#台面上的气浮锤头,使得加速度传感器获得冲击加速度运动激励。限位叉用于限制气浮锤头的水平运动位移。
作为优选,为减小运动过程中的速度损耗,1#、2#台面采用空气轴承支承置于直线导轨上;3#台面内部设置气浮轴承,与气浮锤头配套用于安装被校加速度传感器,保证撞击时的对中性及抑制横向运动。
作为优选,1#、2#、3#台面上均布有相同间距的安装螺纹孔,用于激光反射面、拉杆、拉线、被校速度或位移传感器的安装定位,以保证直线运动测量方向的一致性。
作为优选,通过调整电缸运动速度,台面的初始位置,台面之间的质量比,缓冲垫的软硬程度及厚度,能够获得不同量级和不同持续时间的冲击加速度、瞬态速度及瞬态位移。
本发明公开的一种多用途冲击运动发生装置的工作方法为:
当工作于冲击速度、冲击位移发生模式,即瞬态速度、瞬态位移发生模式时,1#台面被电缸推动,以获得的加速度向前运动;当电缸运动速度达到设定最大值时,电缸开始减速,同时1#台面与电缸脱开,靠惯性继续向前运动;由于气浮轴承对速度损耗极小,1#台面以匀速状态向前运动。当1#台面以获得的速度撞击2#台面7后,2#台面开始向前运动,2#台面上激光的反射面或传感器的拉杆、拉线与3#台面上的传感器产生相对运动,获得瞬态的冲击速度或冲击位移,即提供冲击速度、冲击位移运动激励。2#台面的运动被阻尼器及其下端的2#台面制动导轨停止,阻止与3#台面及气浮锤头的直接碰撞,使得被校速度传感器或位移传感器不被撞击影响正常工作。
当处于冲击加速度发生模式时,2#台面被电缸推动,以获得的加速度向前运动;当电缸运动速度达到设定最大值时,电缸开始减速,同时2#台面与电缸脱开,靠惯性继续向前运动;由于气浮轴承对速度损耗极小,2#台面以匀速状态向前运动。当2#台面以一定的速度通过缓冲垫撞击3#台面中内置的气浮锤头,激励气浮锤头上的冲击加速度传感器获得冲击加速度运动激励,同时限位叉限制气浮锤头向右的水平运动位移,以保证气浮锤头不会脱离其配套轴承。
有益效果:
1、本发明公开的一种多用途冲击运动发生装置,包括两种工作模式,一种为冲击速度、冲击位移发生模式,另一种为冲击加速度发生模式;对应上述两种工作模式组合对应的安装和控制模式,为冲击加速度、冲击速度、冲击位移三种传感器提供冲击运动激励。
2、本发明公开的一种多用途冲击运动发生装置,通过机械加工工艺和精度的保证,利用气浮锤头及气浮轴承,减小非垂直方向运动对发生的直线运动测量的干扰;另一方面,能够显著减小运动方向的摩擦力,避免摩擦力对发生装置能量的损耗,提高激励信号重复性。
3、本发明公开的一种多用途冲击运动发生装置,1#、2#台面采用空气轴承支承置于直线导轨上;3#台面内部设置气浮轴承,与气浮锤头配套用于安装被校加速度传感器,保证撞击时的对中性及抑制横向运动。1#、2#、3#台面上均布有相同间距的安装螺纹孔,用于激光反射面、拉杆、拉线、被校速度或位移传感器的安装定位,以保证直线运动测量方向的一致性。
4、本发明公开的一种多用途冲击运动发生装置,当工作于冲击速度、冲击位移发生模式,2#台面的运动被阻尼器及其下端的2#台面制动导轨停止,阻止与3#台面及气浮锤头的直接碰撞,使得被校速度传感器或位移传感器不被撞击影响正常工作;当处于冲击加速度发生模式时,限位叉限制气浮锤头向右的水平运动位移,以保证气浮锤头不会脱离其配套轴承。
5、本发明公开的一种多用途冲击运动发生装置,通过调节电缸速度、台面起始位置、台面质量、缓冲垫,实现对运动速度、加速度、位移的幅值的多方位调节。
6、本发明公开的一种多用途冲击运动发生装置,还具有结构简单、成本较低、安装定位精确的优点。
附图说明
图1是本发明装置的整体结构示意图;
图2是具体实施方式中2#台面的瞬态速度及瞬态位移曲线;
图3是具体实施方式中气浮锤头8上的冲击加速度实测曲线;
图4为背景技术中半正弦冲击加速度脉冲图。
标号说明:1-电缸、2-直线导轨、3-1#台面、4-气浮轴承、5-2#台面制动导轨、6-阻尼器、7-2#台面、8-3#台面、9-缓冲垫、10-气浮锤头、11-3#台面安装导轨、12-限位叉。
具体实施方式
为了更好的说明本发明的目的和优点,下面结合附图和实例对发明内容做进一步说明。
实施例1:
如附图图1所示,本实施例公开的一种多用途冲击运动发生装置采用水平发生方式,包括电缸1、直线导轨2、1#台面3、气浮轴承4、2#台面制动导轨5、阻尼器6、2#台面7、3#台面8、缓冲垫9、气浮锤头10、3#台面安装导轨11、限位叉12。
分为两种,一种为冲击速度、冲击位移发生模式,另一种为冲击加速度发生模式。对应上述两种工作模式组合对应的安装和控制模式,为冲击加速度、冲击速度、冲击位移三种传感器提供冲击运动激励。
当处于瞬态速度、瞬态位移发生模式时,工作时1#台面3及2#台面7通过气浮轴承4安装在直线导轨2上,3#台面8安装于3#台面安装导轨11上,被校速度传感器或位移传感器安装于固定的3#台面8上端的安装螺纹孔上;对于激光速度/位移传感器,将激光反射面固定在2#台面7上的安装螺纹孔上,对于拉线、拉杆速度/位移传感器,将拉杆或拉线固定在2#台面7上的安装螺纹孔上。运动过程为:1#台面3被电缸1推动,以一定的加速度向前运动;当电缸1运动速度达到设定最大值时,电缸1开始减速,同时1#台面3与电缸1脱开,靠惯性继续向前运动;由于气浮轴承4对速度损耗极小,1#台面3几乎是以匀速状态向前运动。当1#台面3以一定的速度撞击2#台面7后,2#台面7开始向前运动,2#台面7上激光的反射面或传感器的拉杆、拉线与3#台面8上的传感器产生相对运动,获得瞬态的冲击速度或冲击位移。2#台面7的运动被阻尼器6及其下端的2#台面制动导轨5停止,阻止与3#台面8及气浮锤头10的直接碰撞,使得被校速度传感器或位移传感器不被撞击影响正常工作。
当处于冲击加速度发生模式时,工作时1#台面3及2#台面7通过气浮轴承4安装在直线导轨2上,3#台面8安装于3#台面安装导轨11上。被校冲击加速度传感器固定于3#台面8中内置的气浮锤头10的右端。将1#台面3向右滑动至发生装置最右端,置于电缸1后方;3#台面8向右滑动,使得内置的气浮锤头10的右端面超出阻尼器6最左端并固定在3#台面安装导轨11上。运动过程为:2#台面7被电缸1推动,以一定的加速度向前运动;当电缸1运动速度达到设定最大值时,电缸1开始减速,同时2#台面7与电缸1脱开,靠惯性继续向前运动;由于气浮轴承4对速度损耗极小,2#台面7几乎是以匀速状态向前运动。当2#台面7以一定的速度通过缓冲垫9撞击3#台面8中内置的气浮锤头10,激励气浮锤头10上的冲击加速度传感器获得冲击加速度运动激励,同时限位叉12限制气浮锤头10向右的水平运动位移,以保证气浮锤头10不会脱离其配套轴承。
以产生约2ms的瞬态速度为例,1#台面3、2#台面7均为200mm×500mm,3#台面8约为200mm×650mm。1#台面3被电缸1推动,电缸1运动速度至少需达到2m/s,当电缸1运动0.5m后,速度达到2m/s时,电缸1开始减速,同时1#台面3与电缸1脱开,几乎是以匀速状态向前运动约4.5m,通过缓冲垫9撞击2#台面7,激励2#台面7获得瞬态速度。
图2-a是2#台面7的瞬态速度曲线,图2-b是2#台面7的瞬态位移曲线。
以产生300m/s2、11ms的冲击加速度脉冲为例,2#台面7约为200mm×500mm,3#台面8约为200mm×650mm,气浮锤头10为直径50mm,长度200mm的不锈钢材质圆柱体。缓冲垫9为直径50mm,厚度25mm的橡胶垫。2#台面7被电缸1推动,电缸1运动速度至少需达到2m/s,当电缸1运动0.5m后,速度达到2m/s时,电缸1开始减速,同时2#台面7与电缸1脱开,几乎是以匀速状态向前运动约5m,通过缓冲垫9撞击3#台面8中内置的气浮锤头10,可激励气浮锤头10上的冲击加速度传感器获得310m/s2、10.7ms的冲击加速度脉冲。
图3是实测气浮锤头10产生的冲击加速度脉冲曲线。
以上所述的具体描述,对发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明,所应理解的是,以上所述仅为本发明的具体实施例而已,并不用于限定本发明的保护范围,凡在本发明的精神和原则之内,所做的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种多用途冲击运动发生装置,其特征在于:包括电缸(1)、直线导轨(2)、1#台面(3)、气浮轴承(4)、2#台面制动导轨(5)、阻尼器(6)、2#台面(7)、3#台面(8)、缓冲垫(9)、气浮锤头(10)、3#台面安装导轨(11)、限位叉(12);
电缸(1)是发生装置的激励单元,用于产生运动初速度;1#台面(3)、2#台面(7)、3#台面(8)、气浮锤头(10)是运动部件及被校传感器安装基座;直线导轨(2)、安装导轨为运动导向机构;阻尼器(6)、2#台面制动导轨(5)、限位叉(12)、缓冲垫(9)为运动缓冲及限制机构。
2.如权利要求1所述的一种多用途冲击运动发生装置,其特征在于:包括两种工作模式,一种为冲击速度、冲击位移发生模式,另一种为冲击加速度发生模式;对应上述两种工作模式组合对应的安装和控制模式,为冲击加速度、冲击速度、冲击位移三种传感器提供冲击运动激励;
当工作于冲击速度、冲击位移发生模式,即瞬态速度、瞬态位移发生模式时,连接关系为:被校速度传感器或位移传感器安装于固定的3#台面(8),被校传感器的激光反射面或拉线、拉杆固定在2#台面(7);1#台面(3)在向前运动并撞击2#台面(7),使得2#台面(7)上激光的反射面或传感器的拉杆、拉线与3#台面(8)上的传感器产生相对运动,获得瞬态速度或瞬态位移,提供冲击速度、冲击位移运动激励;
当工作于冲击加速度发生模式时,连接关系为:被校冲击加速度传感器安装于固定的3#台面(8)上的气浮锤头(10)上,1#台面(3)滑动至电缸(1)后方;电缸(1)推动2#台面(7)获得运动速度向前运动,并撞击3#台面(8)上的气浮锤头(10),使得加速度传感器获得冲击加速度运动激励;限位叉(12)用于限制气浮锤头(10)的水平运动位移。
3.如权利要求1或2所述的一种多用途冲击运动发生装置,其特征在于:为减小运动过程中的速度损耗,1#、2#台面(7)采用空气轴承支承置于直线导轨(2)上;3#台面(8)内部设置气浮轴承(4),与气浮锤头(10)配套用于安装被校加速度传感器,保证撞击时的对中性及抑制横向运动。
4.如权利要求1或2所述的一种多用途冲击运动发生装置,其特征在于:1#、2#、3#台面(8)上均布有相同间距的安装螺纹孔,用于激光反射面、拉杆、拉线、被校速度或位移传感器的安装定位,以保证直线运动测量方向的一致性。
5.如权利要求1或2所述的一种多用途冲击运动发生装置,其特征在于:通过调整电缸(1)运动速度,台面的初始位置,台面之间的质量比,缓冲垫(9)的软硬程度及厚度,能够获得不同量级和不同持续时间的冲击加速度、瞬态速度及瞬态位移。
6.如权利要求1或2所述的一种多用途冲击运动发生装置,其特征在于:当工作于冲击速度、冲击位移发生模式,即瞬态速度、瞬态位移发生模式时,1#台面(3)被电缸(1)推动,以获得的加速度向前运动;当电缸(1)运动速度达到设定最大值时,电缸(1)开始减速,同时1#台面(3)与电缸(1)脱开,靠惯性继续向前运动;由于气浮轴承(4)对速度损耗极小,1#台面(3)以匀速状态向前运动;当1#台面(3)以获得的速度撞击2#台面(7)7后,2#台面(7)开始向前运动,2#台面(7)上激光的反射面或传感器的拉杆、拉线与3#台面(8)上的传感器产生相对运动,获得瞬态的冲击速度或冲击位移,即提供冲击速度、冲击位移运动激励;2#台面(7)的运动被阻尼器(6)及其下端的2#台面(7)制动导轨(5)停止,阻止与3#台面(8)及气浮锤头(10)的直接碰撞,使得被校速度传感器或位移传感器不被撞击影响正常工作;
当处于冲击加速度发生模式时,2#台面(7)被电缸(1)推动,以获得的加速度向前运动;当电缸(1)运动速度达到设定最大值时,电缸(1)开始减速,同时2#台面(7)与电缸(1)脱开,靠惯性继续向前运动;由于气浮轴承(4)对速度损耗极小,2#台面(7)以匀速状态向前运动;当2#台面(7)以一定的速度通过缓冲垫(9)撞击3#台面(8)中内置的气浮锤头(10),激励气浮锤头(10)上的冲击加速度传感器获得冲击加速度运动激励,同时限位叉(12)限制气浮锤头(10)向右的水平运动位移,以保证气浮锤头(10)不会脱离其配套轴承。
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Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20190215 |
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