一种落锤加速度测量方法

本发明涉及动态测量，尤其是一种落锤加速度测量方法。

背景技术：

1、随着我国经济的现代化发展，特别是机械设计制造、航空航天等工业技术的快速发展，动态测量如动态力的校准需求越来越多，以质量为中间量，利用激光干涉法测量落锤的加速度正成为提高动态冲击力测量准确度的关键手段，如在专利cn102252803a-一种激光绝对法动态力校准装置中提出采用激光干涉仪测量落锤的加速度，但激光干涉仪易受光照等外部环境影响，且成本高、准备周期较长，不易推广。在落锤的特征点位置安装加速度传感器测量其加速度是一种尝试，如在专利cn201120462537-便携式动态力校准装置中提出只采用一个加速度传感器测量落锤的加速度，但落锤不是一个绝对刚体，在冲击过程中由于加速度分布不均匀，单独用测量得到的落锤中心点加速度代表落锤整体的加速度，存在较大误差。目前尚未有一种精度高、成本低且能方便应用于动态测量技术中落锤的加速度测量方法，因此研究一种落锤加速度测量方法具有重要的实际工程价值。

技术实现思路

1、本发明提出一种落锤加速度测量方法，测量精度高且成本低，具有广阔的应用前景。

2、本发明采用以下技术方案。

3、一种落锤加速度测量方法，能用于对落锤结构的动态力测量进行校准，所述方法首先通过有限元模拟设计落锤结构，分析落锤的冲击过程，计算出落锤在力峰值时的平均加速度；其次通过冲击实验，在落锤上表面进行布点，利用加速度传感器测量落锤上表面任意组点在力峰值时的加速度大小，然后对所布点的加速度进行权重求和计算，通过重复上述操作来得到不同布点的加权加速度；最后比较平均加速度和加权加速度的大小，若二者误差越小，落锤的加速度测量结果越精确。

4、所述方法包括以下步骤；

5、步骤s1：基于有限元分析，设计落锤结构，对落锤进行网格划分。

6、步骤s2：根据实际测试条件建模，对落锤的冲击过程进行有限元模拟。

7、步骤s3：从模拟结果中选择落锤上全部结点，提取结点在力峰值时的加速度大小，计算公式为：其中m为落锤上全部结点的个数，ai为落锤上每个结点的加速度大小，为落锤上全部结点的平均加速度；

8、步骤s4：从模拟结果中选择落锤上表面的若干个结点，将所选结点的加速度大小进行加权处理，计算：其中n为落锤上表面所选结点的个数，aj为每个所选结点的加速度大小，cj为每个所选结点加速度的权重占比，并且满足a'为所选结点的加权加速度；

9、步骤s5：实际测试过程中，基于模拟分析所选结点，在落锤上表面进行布点，将若干个加速度传感器安装在所布点的位置，通过冲击实验，得到所布点在力峰值时的加速度大小，计算其加权加速度。

10、步骤s6：比较平均加速度和加权加速度的大小，计算二者误差：δa越小，落锤的加速度测量结果越精确。

11、所述步骤s1中的落锤结构，包括落锤，落锤的具体形状和尺寸按具体需求设计。

12、所述步骤s4中，在落锤上表面选择结点的方式，包括沿着四周布点方式或沿着径向选择布点方式，在布点的特征点选择时，包括选择中心点、对称点。

13、所述步骤s4中，按沿着四周布点方式或沿着径向选择布点方式分别计算δa值，根据δa更小的方式来选择结点的布点方式。

14、所述步骤s5中的加速度传感器，用于同步和实时测量落锤上表面任意组点的加速度大小。

15、所述落锤结构基于动态力校准装置，校准装置包括导向机构、底座、力传感器、缓冲垫和若干加速度传感器；所述导向机构竖向设置，落锤置于导向机构处。

16、所述底座(2)上放置力传感器(3)；所述缓冲垫(4)对中放置于力传感器(3)上；所述导向机构(1)用于提升与释放落锤(5)，并能调节落锤的释放高度；所述加速度传感器(6)固定安装于落锤上；所述落锤被导向机构释放后做自由落体运动，并在下落终点经缓冲垫冲击力传感器。

17、所述落锤为圆柱体。

18、所述落锤长径比为3:1，质量为50kg，释放高度为500mm。

19、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

20、1、本发明提供的方法原始信息易于获取，分析便捷且可操作性强。

21、2、本发明用到的加速度传感器设备价格更低廉，具有很大的成本优势。

22、3、本发明用到多个加速度传感器的组合，比只在落锤上安装一个加速度传感器具有更高的测量精度。

技术特征：

1.一种落锤加速度测量方法，能用于对落锤结构的动态力测量进行校准，其特征在于：所述方法首先通过有限元模拟设计落锤结构，分析落锤的冲击过程，计算出落锤在力峰值时的平均加速度；其次通过冲击实验，在落锤上表面进行布点，利用加速度传感器测量落锤上表面任意组点在力峰值时的加速度大小，然后对所布点的加速度进行权重求和计算，通过重复上述操作来得到不同布点的加权加速度；最后比较平均加速度和加权加速度的大小，若二者误差越小，落锤的加速度测量结果越精确。

2.根据权利要求1所述的一种落锤加速度测量方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤；

3.根据权利要求2所述的一种落锤加速度测量方法，其特征在于：所述步骤s1中的落锤结构，包括落锤，落锤的具体形状和尺寸按具体需求设计。

4.根据权利要求2所述的一种落锤加速度测量方法，其特征在于：所述步骤s4中，在落锤上表面选择结点的方式，包括沿着四周布点方式或沿着径向选择布点方式，在布点的特征点选择时，包括选择中心点、对称点。

5.根据权利要求4所述的一种落锤加速度测量方法，其特征在于：所述步骤s4中，按沿着四周布点方式或沿着径向选择布点方式分别计算δa值，根据δa更小的方式来选择结点的布点方式。

6.根据权利要求1所述的一种落锤加速度测量方法，其特征在于：所述步骤s5中的加速度传感器，用于同步和实时测量落锤上表面任意组点的加速度大小。

7.根据权利要求1所述的一种落锤加速度测量方法，其特征在于：所述落锤结构基于动态力校准装置，校准装置包括导向机构、底座、力传感器、缓冲垫和若干加速度传感器；所述导向机构竖向设置，落锤置于导向机构处。

8.根据权利要求7所述的一种落锤加速度测量方法，其特征在于：所述底座(2)上放置力传感器(3)；所述缓冲垫(4)对中放置于力传感器(3)上；所述导向机构(1)用于提升与释放落锤(5)，并能调节落锤的释放高度；所述加速度传感器(6)固定安装于落锤上；所述落锤被导向机构释放后做自由落体运动，并在下落终点经缓冲垫冲击力传感器。

9.根据权利要求7所述的一种落锤加速度测量方法，其特征在于：所述落锤为圆柱体。

10.根据权利要求7所述的一种落锤加速度测量方法，其特征在于：所述落锤长径比为3:1，质量为50kg，释放高度为500mm。

技术总结
本发明提出一种落锤加速度测量方法，能用于对落锤结构的动态力测量进行校准，所述方法首先通过有限元模拟设计落锤结构，分析落锤的冲击过程，计算出落锤在力峰值时的平均加速度；其次通过冲击实验，在落锤上表面进行布点，利用加速度传感器测量落锤上表面任意组点在力峰值时的加速度大小，然后对所布点的加速度进行权重求和计算，通过重复上述操作来得到不同布点的加权加速度；最后比较平均加速度和加权加速度的大小，若二者误差越小，落锤的加速度测量结果越精确；本发明测量精度高且成本低，具有广阔的应用前景。

技术研发人员：梁伟,顾立勋,白通,谢智杰
受保护的技术使用者：福州大学
技术研发日：
技术公布日：2024/5/9