专利名称：一种动态线运动信号发生装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种运动信号发生装置，具体为一种动态线运动信号发生装置，属于动态信号发生装置术领域；主要包括能量储备单元，能量锁定与释放执行单元，能量缓冲单元，和支撑与防护单元等组成。为一种运动信号可控制、运动过程可复现、运动目标可复用的线运动信号发生装置，该装置产生的线运动信号具有动态性和连续性，信号具有一定脉冲宽度和动态精度。
背景技术：
线运动参数(线位移、线速度、线加速度)是描述运动目标状态的重要参数。例如， 在导弹发射过程中，内弹道出筒(导弹发射筒/箱)速度是判定发射系统性能是否正常，发射过程成功与否的重要参数。近年来，科学技术与信息技术的高速发展，特别是国防尖端技术的快速发展，使得在航空、航天、武器，交通等不同社会领域对线运动参数的校准提出了新的要求。传统的静态校准已经满足不了诸多领域的技术要求，因此对线运动参数的动态校准是急待解决的重要课题。实现对线运动参数的动态校准，首要的基本技术是产生动态线运动信号，即设计动态线运动信号发生装置，提供可控的动态线运动信号。目前，可以产生动态线运动信号的发生装置比较少，现列举三种常见的装置进行说明。标准振动台作为一种线运动信号发生装置，它只能产生微位移和低幅度加速度信号，无法满足高速度线运动的动态校准需求。机械碰撞装置作为一种线运动信号发生装置，它是利用两个物体的机械碰撞来产生冲击运动，包括跌落台、冲击摆、落球冲击装置等。机械碰撞装置只是动态测量环境的模拟，因此没有动态精度可言，无法完成对加速度传感器动态特性的确定。空气炮是一种可以产生高速的线运动信号发生装置，它是利用压缩空气使在炮筒内的弹丸瞬间产生高速运动。此装置产生的是窄脉宽、高g值的加速度信号。而且体积庞大，结构复杂，运动目标在实验完毕后被销毁，实验费用高，危险，不易控制，不适合于实验室内、较小空间内操作。综上所述，目前的线运动信号发生装置中所产生的运动信号大都存在非动态性， 可控性差，精度低，脉宽窄，且不连续等缺点，而且线运动过程不易重现，使得实验费用高， 安全系数低，不易控制。
发明内容
本发明的目的在于提供一种动态线运动信号发生装置，以解决现有技术中的缺陷，为一种运动信号可控制、运动过程可复现、运动目标可复用的线运动信号发生装置，该装置产生的线运动信号具有动态性和连续性，信号具有一定脉冲宽度和动态精度。本发明为一种动态线运动信号发生装置，具体由能量储备单元、能量锁定与释放执行单元、能量缓冲单元、支撑与防护单元等四个部分组成。
所述的能量储备单元，为一高强度弹射绳，用来储备能量。所述的能量锁定与释放执行单元，用来锁定与释放由能量储备单元所存储的弹性势能，实现将弹性势能转化为运动目标动能的过程；它由电磁锁定机构，加载执行机构、导向与限位机构组成；所述的电磁锁定机构由电磁铁与运动目标组成；所述的加载执行机构包括步进电机，驱动器，减速器，联轴器，缆绳，卷筒，定滑轮，拉力传感器，缆绳滑动座和缆绳滑动座支架等组成；所述的导向与限位机构由精密导轨，定向光轴，直线轴承和光电限位开关盒组成。所述的能量缓冲单元由缓冲橡胶圈和缓冲弹簧组成；用来缓解运动目标对导轨平台的冲击，可降低运动目标的运动次数，同时可保护直线轴承。所述的支撑与防护单元由装置支撑台和装置防护罩组成；所述的装置支撑台包括定滑轮支座，左支座，右支座，电机平台，导轨平台，平台支柱六个部分。其中，电机平台和导轨平台以互相垂直的方式安装于带横梁的平台支柱上；步进电机、减速器和卷筒依次安装于电机平台上，卷筒通过联轴器与减速器相连接，减速器与步进电机相连接；左支座与右支座分别安装在导轨平台两侧；定滑轮支座安装于导轨平台上，且位于左支座的右边；精密导轨安装于导轨平台上；两根定向光轴固定于定滑轮支座与右支座之间、在精密导轨的上方并与精密导轨平行；光电限位开关盒固定在精密导轨左侧；缆绳滑动座、缆绳滑动座支架、拉力传感器和电磁铁四个部件依次相连接并穿入定向光轴后安置于精密导轨上；缆绳一端与电磁铁上的缆绳滑动座相连接，另一端绕在卷筒上； 直线轴承和衔铁固定在运动目标上，并穿入定向光轴，且使其位于电磁铁右侧；上下各五个缓冲橡胶圈和四个缓冲弹簧分别穿入定向光轴，且位于运动目标的右侧；能量储备单元(即高强度弹射绳)一端与运动目标连接，另一端穿过右支座固定在平台支柱上；装置防护罩与装置支撑台安装结合。其中，所述的弹射绳具有多种规格，可以采用不同规格的弹射绳改变储备的弹性势能，进而改变线运动参数的范围。其中，平台支柱上的弹射绳固定位置一共有八个，可以通过调节弹射绳固定位置来获得不同的弹射绳拉升长度和弹性势能，从而获得不同的线运动信号变化范围。其中，所述的电磁铁采用双E型电磁铁结构，中间留两通孔，以便穿入定向光轴， 所述的电磁铁下部留有安装孔，与精密导轨的滑块相连。其中，所述的运动目标由安装背板、两个电磁吸块和两个直线轴承组成。安装背板为铝材料制成。电磁吸块为纯铁材料制成，通过螺钉固定在安装背板上，内置消磁电路。直线轴承通过螺钉与安装背板连接，穿过定向光轴，使运动目标在定向光轴上运动。其中，所述的运动目标上设有第一安装孔，可安装加速度传感器，当运动目标运动时，产生动态加速度信号，以便对加速度传感器性能进行校准。其中，所述的运动目标上设有第二安装孔，可在其上安装LED，作为高速摄影仪器 (速度传感器)的拍摄目标，当运动目标运动时，产生动态速度信号，以便对速度传感器性能进行校准。其中，所述的导轨平台右侧可安装位移传感器，当运动目标运动时，撞击位移传感器的伸缩杆，产生动态位移信号以便对位移传感器性能进行校准。其中，光电限位开关盒实现对运动目标释放时刻的控制，当运动目标到达设定位置，触发光电限位盒中的光电开关，工控机软件向电磁锁定机构发出断电控制信号，实现对运动目标释放位置和时刻的限定。
其中，所述的装置防护罩为一个嵌入透明钢化玻璃的防护罩，采用双开活页式结构，在防护罩导轨上滑动，防护罩导轨安装在导轨平台上。本发明装置的动态运动过程可分为以下几个阶段
初使阶段高强度弹射绳处于自由状态，释放缆绳，向前拨动电磁铁，使其在精密导轨上缓慢移动，直到与运动目标接触后停止，用户通过工控机软件向电磁锁定机构发出通电控制信号，给电磁铁通以电流，此时，电磁铁与运动目标之间产生的电磁力使两者完全吸合，成为一体。储能阶段用户通过工控机软件向步进电机发生控制信号，步进电机启动，带动卷筒转动，缆绳拉动电磁锁定机构沿精密导轨向左支座方向运动，在设定位置处停止。在此过程中，弹射绳被拉伸存储弹性势能。在此阶段，可以通过设置光电限位开关盒的位置来控制弹射绳被拉伸的长度从而控制储存能量的大小，进而控制线运动信号的变化范围。能量释放阶段当运动目标到达设定位置触发光电限位盒中的开关，工控机软件向电磁锁定机构发出断电控制信号，电磁铁电流瞬间消失，电磁铁与运动目标瞬间脱离，运动目标在弹射绳拉力的作用下迅速弹开，此时，弹射绳产生的定向冲击力拉动运动目标沿定向光轴作直线运动，产生动态变化的线运动信号。剩余能量回收阶段当运动目标运动到与橡胶缓冲块相接触时，橡胶缓冲块与缓冲弹簧共同作用吸收剩余能量，减少运动目标往复运动的次数，直至其停止运动，回到平衡位置。信号发生原理
在忽略空气阻力以及滑动摩擦的情况下，弹射绳的运动情况可以等效于弹簧模型，其动力学方程为
权利要求
1.一种动态线运动信号发生装置，具体包括能量储备单元(11)，能量锁定与释放执行单元(12)，能量缓冲单元(13)，支撑与防护单元(14)，其特征在于所述的能量储备单元(11)，为一高强度弹射绳，用来储备能量；所述的能量锁定与释放执行单元(12)，用来锁定与释放由能量储备单元(11)所存储的弹性势能，实现将弹性势能转化为运动目标动能的过程；它包括电磁锁定机构(121 )，加载执行机构(122)和导向与限位机构(123)包括；所述的电磁锁定机构(121)实现能量的锁存与释放，包括电磁铁(1211)与运动目标(1212)；所述的加载执行机构(122)包括步进电机(1221)、驱动器(1222)、减速器(1223)、联轴器(1224)、缆绳(1225)、卷筒(1226)、定滑轮(1227)、拉力传感器(1228)、缆绳滑动座(1229)和缆绳滑动座支架(12210)组成；所述的导向与限位机构(123)包括精密导轨(1231)、定向光轴(1232)、直线轴承(1233)和光电限位开关盒(1234);所述的能量缓冲单元(13)包括缓冲橡胶圈(131)和缓冲弹簧(132)；用来缓解运动目标(1212)对导轨平台(1415)的冲击，可降低运动目标(1212)的往复运动次数，同时可保护直线轴承(1233)；所述的支撑与防护单元(14)包括装置支撑台(141)和装置防护罩(142);所述的装置支撑台(141)包括定滑轮支座(1411)、左支座(1412)、右支座(1413)、电机平台(1414)、 导轨平台(1415)和平台支柱(1416)；上述各个部件的连接关系如下其中，电机平台(1414)和导轨平台(1415)以互相垂直的方式安装于带横梁的平台支柱(1416)上，步进电机(1221)、减速器(1223)和卷筒(1226)依次安装于电机平台(1414) 上，卷筒(1226)通过联轴器(1224)与减速器(1223)相连接，减速器(1223)与步进电机 (1221)相连接；左支座(1412)与右支座(1413)分别安装在导轨平台(1415)两侧；定滑轮支座(1411)安装于导轨平台上，且位于左支座(1412)的右边；精密导轨(1231)安装于导轨平台(1415)上；两根定向光轴(1232)固定于定滑轮支座(1411)与右支座(1413)之间、 在精密导轨(1231)的上方并与精密导轨(1231)平行；光电限位开关盒(1234)固定在精密导轨(1231)左侧；缆绳滑动座(1229)、缆绳滑动座支架(12210)、拉力传感器(1228)和电磁铁(1211)四个部件相连接并穿入定向光轴(1232)后安置于精密导轨(1231)上；缆绳 (1225)—端与电磁铁(1211)上的缆绳滑动座(1229)相连接，另一端绕在卷筒(1226)上； 直线轴承(1233)和衔铁固定在运动目标(1212)上，并穿入定向光轴(1232)；且使其位于电磁铁(1211)右侧；上下各五个缓冲橡胶圈(131)和四个缓冲弹簧(132)分别穿入定向光轴(1232)，且位于运动目标(1212)的右侧；能量储备单元(11) 一端与运动目标(1212)连接，另一端穿过右支座(1413)固定在平台支柱(1416)上，装置防护罩(142)与装置支撑台 (141)安装结合。
2.根据权利要求1所述的一种动态线运动信号发生装置，其特征在于所述的电磁铁 (1211)采用双E型电磁铁结构，中间留两通孔(12111)，以便穿入定向光轴，所述的电磁铁 (1211)下部留有安装孔(12112)，与精密导轨的滑块相连。
3.根据权利要求1所述的一种动态线运动信号发生装置，其特征在于所述的运动目标包括安装背板(12121)、两个电磁吸块(12122)和两个直线轴承(1233);安装背板为铝材料制成，电磁吸块为纯铁材料制成，通过螺钉固定在安装背板上，内置消磁电路；直线轴承通过螺钉与安装背板连接，穿过定向光轴，使运动目标在定向光轴上运动。
4.根据权利要求3所述的一种动态线运动信号发生装置，其特征在于所述的运动目标(1212)上可进一步设有第一安装孔(12123)，安装加速度传感器，当运动目标运动时，产生动态加速度信号，以便对加速度传感器性能进行校准。
5.根据权利要求3所述的一种动态线运动信号发生装置，其特征在于所述的运动目标(1212)上可进一步设有第二安装孔(121M)，在其上安装LED，作为加速度传感器的拍摄目标，当运动目标运动时，产生动态速度信号，以便对加速度传感器性能进行校准。
6.根据权利要求1所述的一种动态线运动信号发生装置，其特征在于所述的导轨平台(1415)右侧可安装位移传感器，当运动目标(1212)运动时，撞击位移传感器的伸缩杆， 产生动态位移信号以便对位移传感器性能进行校准。
7.根据权利要求1所述的一种动态线运动信号发生装置，其特征在于所述的光电限位开关盒(1234)实现对运动目标(1212)释放时刻的控制，当运动目标(1212)到达设定位置，触发光电限位盒(1234)中的光电开关，工控机软件向电磁锁定机构(121)发出断电控制信号，实现对运动目标释放位置和时刻的限定。
8.根据权利要求1所述的一种动态线运动信号发生装置，其特征在于位于平台支柱(1416)上的弹射绳固定位置一共有八个，可以通过调节弹射绳固定位置来获得不同的弹射绳拉升长度和弹性势能，从而获得不同的线运动信号变化范围在平台支柱的平台腿 (14161)上设置有6组大螺纹孔(14162)，通过大螺钉(14163)可将一弹射绳固定板(111) 固定在平台腿上所需的位置；该弹射绳固定板(111)上设置有小螺纹孔(113)，将弹射绳固定块(112)固定在弹射绳固定板上；通过用螺钉固定弹射绳固定块、弹射绳固定板和平台腿三者间的相对位置来实现八个固定位置，弹射绳的末端安装在相应固定位置的弹射绳固定块上，通过调节弹射绳固定位置来获得不同的弹射绳拉升长度和弹性势能，从而获得不同的线运动信号变化范围。
9.根据权利要求1所述的一种动态线运动信号发生装置，其特征在于所述的装置防护罩(142)为一个嵌入透明钢化玻璃(1422)的防护罩，采用双开活页式结构，在防护罩导轨上(1421)滑动，防护罩导轨安装在导轨平台上。
全文摘要
本发明涉及一种动态线运动信号发生装置，包括能量储备单元，能量锁定与释放执行单元，能量缓冲单元，支撑与防护单元，所述的能量储备单元，为一高强度弹射绳，用来储备能量；所述的能量锁定与释放执行单元，包括电磁锁定机构，加载执行机构和导向与限位机构；所述的能量缓冲单元包括缓冲橡胶圈和缓冲弹簧；所述的支撑与防护单元包括装置支撑台和装置防护罩。本装置具有结构简单，占用空间小，无污染，效率高，通用性与可控性强，安装方便，安全可靠等特点。一种运动信号可控制，运动过程可复现，运动目标可复用的线运动信号发生装置，该装置产生的线运动信号具有动态性和连续性，信号具有一定脉冲宽度和动态精度。
文档编号F03G1/00GK102183175SQ20101058653
公开日2011年9月14日 申请日期2010年12月14日 优先权日2010年12月14日
发明者孟晓风, 王琳, 苏欣 申请人:北京航空航天大学