一种轻质杆件轴向振动位移激光测量方法与流程

本发明公开了一种轻质杆件轴向振动位移激光测量方法，涉及机械振动测量技术领域，尤其涉及一种轻质杆件轴向振动位移的激光测量方法。

背景技术：

杆件是动力学分析中广泛涉及的研究对象，进行相关的动力学实验将为理论结果的正确性提供了有效的验证。随着复合材料技术的进步，轻质材料以其优良力学的性能在各个领域大量的应用。精确的实验设计为轻质材料力学性能的研究提供了可靠的支持。非接触式的数据采集是轻质材料振动实验的良好选择，然而轻质杆件轴向振动位移的测量为实验数据的采集带来了不便，设计合理的测量方法，是实验得以进行的重要保障。因此，针对轻质材料杆件轴向振动位移数据的测量方法的设计十分重要。

空间可展桁架结构有大量的轻质复合材料杆件及铰链构成，杆件可以视为典型的二力杆构件，杆件的实验研究为杆件轴向振动数据的采集提出了挑战。以空间可展环形桁架结构中轻质杆件轴向振动位移数据采集为背景，设计相关的实验测量方法势在必行。本设计方法通过在杆件上加装轻质附件，形成与轴向成一定角度的斜面，通过激光传感器测量斜面的位移变化，经过角度换算得到轴向运动的位移，为实验数据的采集带来了方便，避免了轴向运动测量点选取以及激光位移测量设备布置带来的不变。为杆件稳态、瞬态响应轴向动力学实验位移的采集提供方便。

技术实现要素：

为了满足轻质杆件轴向动力学特性的实验需求，本发明提供了一种轻质杆件轴向振动位移激光测量方法，该测量方法能够对杆件动力学实验中轴向位移数据进行有效的采集。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为利用角度换算将杆件轴向运动位移的采集转化为与杆件轴向垂直方向上的固结于杆件上的斜面的位移变化量的采集，避免实验中在轴向布置数据采集器而带来不便。用于本方案测量斜面装置(1)的构成如图1.1所示。

图1.2和图1.3分别为被测斜面侧视面(2)和被测斜面俯视面(3)的示意图。测量斜面装置(1)分为被测斜面上部(4)和被测斜面下部(5)两部分。被测斜面结合面(6)为被测斜面上部(4)和被测斜面下部(5)之间的面，被测斜面上部(4)和被测斜面下部(5)之间通过树脂胶粘结形成被测斜面结合面(6)。杆件连接孔(7)为被测斜面结合面(6)中间的结构，杆件(9)通过杆件连接孔(7)与被测斜面装置(1)相配合，杆件连接孔(7)的尺寸以杆件的尺寸为基准，被测斜面角度(8)为被测斜面装置(1)的坡角，通过被测斜面角度(8)进行位移换算计算进而实现轻质杆件轴向振动位移激光测量。杆件(9)与测量斜面的装配见图2。测量斜面的材料采用轻质材料，轻质材料选取为硬质泡沫塑料或者巴沙木，轻质材料的质量对被测杆件惯性的影响可以忽略不计。

本发明的技术思路如下：

步骤1：根据杆件(9)的外径，确定杆件连接孔(7)的直径，制作被测斜面装置(1)。将被测斜面上部(4)和被测斜面下部(5)通过被测斜面结合处(6)粘结固定在杆件(9)上。此时被测斜面装置(1)与杆件(9)固结在一起。

步骤2：布置激光位移传感器(12)，激光位移传感器(12)发出的测量的激光光束(11)垂直于杆件(9)的运动方向。测量光束(11)射在被测斜面装置(1)上。

步骤3：对杆件(9)进行轴向激励，使杆件(9)轴向运动，激光位移传感器(12)通过测量的激光光束(11)获得被测斜面装置(1)垂直于杆件(9)运动轴向方向的位移差，通过角度换算，得到杆件(9)轴向运动的位移值。

角度换算过程如下：通过激光位移传感器(12)获得的被测斜面装置垂向直于杆件运动方向位移δx与杆件轴向运动位移δy分别为直角三角形的两个直角边，被测斜面装置垂向直于杆件运动方向位移δx一边的锐角为α，α即为被测斜面角度(8)。由三角形边角的换算关系，得到杆件轴向运动位移δy：

δy＝δxtanα

本发明的技术优势是：通过间接的测量被测斜面装置(1)的位移的变化量达到测量杆件(9)轴向运动位移的目的，被测斜面装置(1)质轻，不影响被测杆件的惯性，数据采集设备不与杆件轴向运动平行，为设备布置带来方便，位移换算简单易行。

附图说明

图1.1为被测斜面示意图。

图1.2为被测斜面侧视面示意图。

图1.3为被测斜面俯视面示意图。

图2被测斜面与杆件的配合图。图3测量原理图。

图4位移换算关系

图5方案实施图。

图中：1、被测斜面装置，2、被测斜面侧视面，3、被测斜面俯视面，4、被测斜面上部，5、被测斜面下部，6、被测斜面结合处，7、杆件连接孔，8、被测斜面角度，9、杆件，10、测量靶点，11、测量的激光光束，12、激光位移传感器，13、轴向激励下的杆件运动方向，14、运动初始位置，15、运动终止位置，16、测量位移。

具体实施方式

根据被测杆件的截面尺寸，制作杆件连接孔(7)。为了位移换算的方便，被测斜面角度(8)的取值选为45°。将轻质的被测斜面装置(1)固定到被测杆件上，斜面与杆件轴向的夹角即为45°。将带有被测斜面装置(1)的杆件(9)置于实验台架上。激光位移测量装置(12)的测量光路与杆件轴向运动的方向垂直，光点打在测量靶点(10)上。经过位移换算，测量位移(16)即为杆件轴向运动的位移变化量。

实施例

实验中，根据所测杆件(9)的外径，确定被测斜面装置(1)中杆件连接孔(7)的直径，制作并装配被测斜面装置(1)于杆件(9)上。激光位移传感器(12)与轴向激励下的杆件运动方向(13)相垂直，测量的激光光束(11)射在被测斜面装置(1)上，被测斜面装置(1)随着杆件轴向运动，斜面运动初始位置(14)和斜面终止位置(15)的差值(16)由激光位移传感器(12)采集获得，经过被测斜面角度(8)的换算计算，得到杆件(9)轴向运动时位移变化量。方案布置如图5所示。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种轻质杆件轴向振动位移激光测量方法，属于机械振动测量技术领域；该测量方法能够对杆件动力学实验中轴向位移数据进行有效的采集。本发明利用角度换算将杆件轴向运动位移的采集转化为与杆件轴向垂直方向上的固结于杆件上的斜面的位移变化量的采集，避免实验中在轴向布置数据采集器而带来不便。通过间接的测量被测斜面装置的位移的变化量达到测量杆件轴向运动位移的目的，被测斜面装置质轻，不影响被测杆件的惯性，数据采集设备不与杆件轴向运动平行，为设备布置带来方便，位移换算简单易行。

技术研发人员：张伟;袭安
受保护的技术使用者：北京工业大学
技术研发日：2017.08.07
技术公布日：2017.12.15