专利名称：基础平动柔性梁振动特性测试装置及方法
技术领域：
本发明涉及一种振动测试装置及方法，尤其是一种基础平动柔性梁振动特性测试装置及方法。
背景技术：
柔性结构具有结构紧凑、可靠性高等优点，在航空航天、微机电系统(MEMS)、微定位机械等领域有着广泛的应用。尤其是在航天技术领域，大型化、低刚度和柔性化是航天器结构的一个重要发展趋势。空间机械臂等大型柔性结构作为航天器的柔性附件，可以完成相应的空间操作任务。由于固有模态较低，在受到外界扰动时，极易产生低阶谐振现象，在不加控制的情况下将持续较长时间。通过耦合作用影响航天器姿态的稳定和定向精度；同时，持续的振动会影响空间执行机构的定位精度及结构的使用寿命。柔性梁是一种典型的柔性结构，在工程中有着广泛的应用。开展柔性梁的振动试验，可以分析柔性结构的振动特性。目前，关于柔性梁的振动特性分析，多数是在基础固定的情况下进行研究。而针对类似附加在航天器上的柔性附件以及微定位机械中完成高精度定位的柔性执行机构的振动，属于基础运动情况下柔性结构的振动情况，现有的实验装置及研究方法难以真实的表征其振动特性，在指导实际结构的优化设计及控制时存在一定的误差。
发明内容
技术问题本发明的目的是针对已有技术中存在的问题，提供一种结构简单、精度较高的基础平动柔性梁振动特性测试装置及方法。技术方案本发明的一种基础平动柔性梁振动特性测试装置，包括操作平台、位移平台、固定支架、柔性梁、压电薄膜传感器、电荷放大器、信号分析系统、计算机和控制器；位移平台通过固定板用固定螺栓固定在操作平台上，位移平台的前部设有固定支架，位移平台的后部有与控制器导线连接的交流伺服电机，交流伺服电机经联轴器与位移平台内部的丝杠螺母机构相连；位移平台上设有与控制器导线相连的光栅尺；固定支架由底板和设在底板中间部位与底板垂直的竖直板组成，固定支架的底板通过内六角螺栓固定在位移平台上，固定支架的竖直板通过螺栓固定柔性梁，柔性梁上粘贴有压电薄膜传感器，压电薄膜传感器通过导线与电荷放大器相连，电荷放大器通过导线与信号分析系统相连，信号分析系统通过导线与计算机相连，计算机通过导线与控制器相连。本发明利用上述测试装置进行基础平动柔性梁振动特性测试的方法
先将位移平台固定在操作平台上，再将固定支架的底板固定在位移平台上，用螺栓将柔性梁固定在固定支架的竖直板上；
通过计算机设定移动的位移或速度值，与计算机相连的控制器将设定的位移或速度量转换为电压信号并进行放大后驱动位移平台上的交流伺服电机，从而驱动位移平台移动，固定在位移平台上的固定支架随位移平台一起移动，同时固定在固定支架的竖直板上的柔性梁一起移动；柔性梁随位移平台一起移动的位移值由位移平台上的光栅尺直接测得并传给控制器，经控制器处理后上传给计算机；
通过压电薄膜传感器检测柔性梁随位移平台一起移动过程中的振动信号并传给电荷放大器，经电荷放大器放大处理后输入信号分析系统，信号分析系统与计算机进行通讯，由计算机分析显示柔性梁移动过程中的振动特性并进行保存输出。所述所测柔性梁的振动特性为随位移平台平动作用下的振动特性。所述计算机与控制器之间采用以太网通讯。有益效果本发明的基础平动柔性梁振动特性测试装置及测试方法，通过计算机设定信号，经控制器驱动位移平台移动，固定在位移平台上的固定支架随位移平台一起移动，同时带动固定在固定支架的竖直板上的柔性梁一起移动；通过压电薄膜传感器检测柔性梁移动过程中的振动信号，经电荷放大器处理后输入信号分析系统，信号分析系统与计算机通讯，由计算机分析显示柔性梁移动过程中的振动特性。基于此装置及方法，可以开展基础运动下柔性梁的振动试验，弥补现有实验装置及研究方法多局限于基础固定条件下的不足，能够较真实的表征其振动特性。优点适用于航空航天、微机电系统(MEMS)及微定位机械等领域中存在的柔性结构或执行机构的振动特性的研究，尤其是能够研究电驱动基础平动作用下柔性结构的振动特性，以及振动对基础和执行机构定位和稳定性的耦合作用。通过振动特性分析，可以指导结构的优化设计及振动控制。利用该测试装置可以研究基础平动作用下柔性结构的振动特性以及对定位和稳定性的影响，对结构的优化设计及振动控制具有一定的指导意义。
图1为本发明的测试装置的总体结构示意图。图中1、操作平台；2、位移平台；2_1、交流伺服电机；2_2、联轴器；2_3、光栅尺；3、固定支架；3-1、底板；3-2、竖直板；4、内六角螺栓；5、固定板；6、固定螺栓；7、柔性梁；8、螺栓；9、压电薄膜传感器；10、电荷放大器；11、信号分析系统；12、计算机；13、控制器。
具体实施例方式下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述
实施例1:图1中，本发明的基础平动柔性梁振动特性测试装置，包括操作平台1、位移平台2、固定支架3、柔性梁7、压电薄膜传感器9、电荷放大器10、信号分析系统11、计算机12和控制器13，所述位移平台2通过固定板5用固定螺栓6固定在操作平台I上，位移平台2的前部设有固定支架3，位移平台2的后部是与控制器13导线连接的交流伺服电机2-1，交流伺服电机2-1经联轴器2-2与位移平台2内部的丝杠螺母机构相连；所述位移平台2上设有与控制器13导线相连的光栅尺2-3 ;所述固定支架3由底板3-1和设在底板3-1中间部位与底板3-1垂直的竖直板3-2组成，固定支架3的底板3-1通过内六角螺栓4固定在位移平台2上，固定支架3的竖直板3-2通过螺栓8固定柔性梁7，柔性梁7上粘贴有压电薄膜传感器9，压电薄膜传感器9通过导线与电荷放大器10相连，电荷放大器10通过导线与信号分析系统11相连，信号分析系统11通过导线与计算机12相连，计算机12通过导线与控制器13相连。
所述的位移平台2选用MOTEC平台；所述的电荷放大器10型号为YE5850 ;所述的信号分析系统11型号为DH5922。本发明的测试基础平动柔性梁振动特性的方法
先将位移平台2固定在操作平台I上，再将固定支架3的底板3-1固定在位移平台2上，用螺栓8将柔性梁7固定在固定支架3的竖直板3-2上；
通过计算机12设定移动的位移或速度值，与计算机12相连的控制器13将设定的位移或速度量转换为电压信号并进行放大后驱动位移平台2上的交流伺服电机2-1，从而驱动位移平台2移动，固定在位移平台2上的固定支架3随位移平台2 —起移动，同时固定在固定支架3的竖直板3-2上的柔性梁7 —起移动；柔性梁7随位移平台2 —起移动的位移值由位移平台2上的光栅尺2-3直接测得并传给控制器13，经控制器13处理后上传给计算机12，计算机12与控制器13之间采用以太网通讯；
通过压电薄膜传感器9检测柔性梁7随位移平台2 —起移动过程中的振动信号并传给电荷放大器10，经电荷放大器10放大处理后输入信号分析系统11，信号分析系统11与计算机12进行通讯，由计算机12分析显示柔性梁7移动过程中的振动特性并进行保存输出。
权利要求
1.一种基础平动柔性梁振动特性测试装置，其特征在于包括操作平台(I)、位移平台(2)、固定支架(3)、柔性梁(7)、压电薄膜传感器(9)、电荷放大器(10)、信号分析系统(11)、 计算机(12)及控制器(13)，位移平台(2)通过固定板(5)用固定螺栓(6)固定在操作平台(I)上，位移平台(2)的前部设有固定支架(3)，位移平台(2)的后部是与控制器(13)导线连接的交流伺服电机(2-1)，交流伺服电机(2-1)经联轴器(2-2)与位移平台(2)内部的丝杠螺母机构相连；位移平台⑵上设有与控制器(13)导线相连的光栅尺(2-3);固定支架(3)由底板(3-1)和设在底板(3-1)中间部位与底板(3-1)垂直的竖直板(3-2)组成， 固定支架(3)的底板(3-1)通过内六角螺栓(4)固定在位移平台(2)上，固定支架(3)的竖直板(3-2)通过螺栓(8)固定柔性梁(7)，柔性梁(7)上粘贴有压电薄膜传感器(9)，压电薄膜传感器(9)通过导线与电荷放大器(10)相连，电荷放大器(10)通过导线与信号分析系统(11)相连，信号分析系统(11)通过导线与计算机(12)相连，计算机(12)通过导线与控制器(13)相连。
2.一种利用权利要求1、2所述测试装置的基础平动柔性梁振动特性的测试方法，其特征在于先将位移平台(2)固定在操作平台(I)上，再将固定支架(3)的底板(3-1)固定在位移平台(2)上，用螺栓(8)将柔性梁(7)固定在固定支架(3)的竖直板(3-2)上；通过计算机(12)设定移动的位移或速度值，与计算机(12)相连的控制器(13)将设定的位移或速度量转换为电压信号并进行放大后驱动位移平台(2)上的交流伺服电机 (2-1)，从而驱动位移平台(2)移动，固定在位移平台(2)上的固定支架(3)随位移平台(2) 一起移动，同时固定在固定支架(3)的竖直板(3-2)上的柔性梁(7) —起移动；柔性梁(7) 随位移平台(2) —起移动的位移值由位移平台(2)上的光栅尺(2-3)直接测得并传给控制器(13)，经控制器(13)处理后上传给计算机(12)；通过压电薄膜传感器(9)检测柔性梁(7)随位移平台(2) —起移动过程中的振动信号并传给电荷放大器(10)，经电荷放大器(10)放大处理后输入信号分析系统(11)，信号分析系统(11)与计算机(12)进行通讯，由计算机(12)分析显示柔性梁(7)移动过程中的振动特性并进行保存输出。
3.根据权利要求3所述的基础平动柔性梁振动特性的测试方法，其特征在于所述所测柔性梁(7)的振动特性为随位移平台(2)平动作用下的振动特性。
4.根据权利要求3所述的基础平动柔性梁振动特性的测试方法，其特征在于所述计算机(12)与控制器(13)之间采用以太网通讯。
全文摘要
一种基础平动柔性梁振动特性测试装置及方法，属于振动测试装置及方法。该测试装置包括操作平台、位移平台、固定支架、柔性梁、压电薄膜传感器、电荷放大器、信号分析系统、计算机及控制器，位移平台固定在操作平台上，位移平台的前部设有固定支架，柔性梁固定在固定支架上，柔性梁上粘贴有压电薄膜传感器，压电薄膜传感器与电荷放大器相连，电荷放大器与信号分析系统相连，信号分析系统与计算机相连，计算机与控制器相连。优点能够研究电驱动基础平动作用下柔性结构的振动特性，以及振动对基础和执行机构定位和稳定性的耦合作用。能够研究基础平动作用下柔性结构的振动特性以及对定位和稳定性的影响，对结构的优化设计及振动控制具有指导意义。
文档编号G01M7/02GK102998074SQ20121053215
公开日2013年3月27日 申请日期2012年12月12日 优先权日2012年12月12日
发明者李威, 刘玉飞, 杨雪锋, 王禹桥, 范孟豹, 陆文静 申请人:中国矿业大学