一种用于模态分析的光纤光栅冲击锤的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种用于模态分析的光纤光栅冲击锤，包括锤体、锤头和锤柄，所述锤体上安设有由弹性敏感元件和光纤光栅组成的测力单元，测力单元的一端置于锤体内，测力单元的另一端与锤头连接，用于检测锤击力的大小；所述光纤光栅通过光纤将传感信号传递给模态分析仪的数据采集装置。本发明抗电磁干扰能力强，使用寿命长。
【专利说明】
_种用于模态分析的光纤光栅冲击锤
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于模态分析的光纤光栅冲击锤，属于光纤传感技术领域。
【背景技术】
[0002]试验模态分析法用于测量机械结构的动态特性，其目的是得到结构的固有频率、模态振型和模态阻尼，以进行机械结构的瞬态动力学仿真或者谐响应分析。模态试验常采用锤击法。锤击法是利用安装有力传感器的力锤(impact hammer)击打(即激励)被试验机械结构，借助于模态测试技术、快速傅立叶变换(FFT)，以脉冲试验原理和模态理论求得机械结构模态参数的方法。因此，力锤是试验模态分析过程中最常用的载荷激励工具之一，用来给被测结构施加一个脉冲载荷激励，并通过内部传感器记录输入载荷信号，具有快速、方便、适合于现场测量等优点。现有的力锤通常由锤体、力传感器、锤头、锤柄、信号传输电缆等部分组成，存在抗电磁干扰能力差，使用寿命短等缺点。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种抗电磁干扰能力强，使用寿命长的用于模态分析的光纤光栅冲击锤。
[0004]本发明解决上述技术问题所采用的技术方案是:
一种用于模态分析的光纤光栅冲击锤，包括锤体、锤头和锤柄，所述锤体上安设有由弹性敏感元件和光纤光栅组成的测力单元，测力单元的一端置于锤体内，测力单元的另一端与锤头连接，用于检测锤击力的大小;所述光纤光栅通过光纤将传感信号传递给模态分析仪的数据采集装置。
[0005]更进一步的方案是，所述锤体上设有配重块，用以调节光纤光栅冲击锤的重量。
[0006]更进一步的方案是，所述锤头通过螺纹连接的方式固定在弹性敏感元件上，且锤头和弹性敏感元件的端面紧密贴合在一起;所述锤体和锤柄通过螺纹连接。采用螺纹方式连接，便于冲击锤的安装与拆卸，也便于冲击锤的维护与部件更换。
[0007]更进一步的方案是，所述锤柄为空心结构，光纤穿过锤柄与光纤光栅连接。
[0008]更进一步的方案是，所述锤柄的端部设有与锤柄螺纹连接的端盖，端盖上固定有光纤保护套，用来保护光纤;光纤穿过中空的锤柄，从端盖上的光纤保护套引出。
[0009]更进一步的方案是，所述光纤光栅通过胶黏剂粘贴固定在弹性敏感元件的表面上，制作非常方便，且粘贴牢固，提高了整个冲击锤的稳定性。
[0010]更进一步的方案是，所述锤体为空心结构，配重块的一端与锤体采用卡扣方式连接，以方便配重块的更换。
[0011 ]更进一步的方案是，所述弹性敏感元件为一个空心柱状金属结构;所述光纤光栅沿弹性敏感元件长度方向设置，并固定在弹性敏感元件表面，通过感知弹性敏感元件在锤击力作用下的应变变化来检测锤击力的大小。
[0012]更进一步的方案是，所述光纤光栅有多个，沿弹性敏感元件圆周方向均匀布设。
[0013]本发明具有结构简单，响应频率范围宽，灵敏度高，锤头更换方便，不受电磁干扰、使用寿命长等优点，可与光纤光栅应变、加速度传感器联合使用，构成基于光纤光栅传感的试验模态分析系统，在结构的实验模态分析中具有广泛的应用前景。
【附图说明】
[0014]下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中:
图1为本发明用于模态分析的光纤光栅冲击锤的结构示意图；
图2为用于模态分析的光纤光栅冲击锤的剖视图；
图3为实施例1中弹性敏感元件与光栅光纤的连接结构示意图；
图4为实施例1中弹性敏感元件与光栅光纤的连接结构的俯视图；
图5为实施例1中弹性敏感元件与光栅光纤的连接结构的剖视图；
图6为实施例2中弹性敏感元件与光栅光纤的连接结构示意图；
图7为实施例2中弹性敏感元件与光栅光纤的连接结构的俯视图。
[0015]其中:1、锤头，2、锤体，3、配重块，4、锤柄，5、端盖，6、弹性敏感元件，7、光纤光栅，
8、光纤，9、光纤保护套，1、胶黏剂。
【具体实施方式】
[0016]为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0017]实施例1，参见图1-图5，一种用于模态分析的光纤光栅冲击锤，包括锤体2、锤头1、锤柄4、配重块3，以及由弹性敏感元件6和I个光纤光栅7组成的用于检测锤击力的大小的测力单元;其中:
弹性敏感元件6为一个空心柱状金属结构，其一端固定在锤体2内，其另一端通过螺纹连接方式与锤头I固定连接(锤头I的底部有一个带外螺纹的圆柱凸台，弹性敏感元件6有与带外螺纹的圆柱凸台相适配的带内螺纹的孔，组装时，锤头I上的带外螺纹的圆柱凸台直接拧入弹性敏感元件6的孔内)，且锤头I和弹性敏感元件6的端面紧密贴合在一起；
光纤光栅7沿弹性敏感元件6长度方向设置，并通过胶黏剂10粘贴固定在弹性敏感元件6表面，用于通过感知弹性敏感元件6在锤击力作用下的应变变化来检测锤击力的大小;光纤光栅7通过光纤8将传感信号传递给模态分析仪的数据采集装置；
配重块3设于锤体2上，与锤头I对应设置，即锤头I位于锤体2的一端，配重块3位于锤体2的另一端，用以调节光纤光栅冲击锤的重量;为了方便更换配重块3以及方便光纤8的布设，可将锤体2设计为空心结构，使配重块3的一端与锤体2采用卡扣方式连接；
锤柄4为空心结构，其一端通过螺纹连接方式与锤体2连接，其另一端通过螺纹连接方式与一端盖5连接;端盖5上固定有用来保护光纤8的光纤保护套9;光纤8穿过中空的锤柄4，从端盖5上的光纤保护套9引出。
[0018]实施例2，参见图6和图7，与实施例1所不同的是:光纤光栅7有3个，沿弹性敏感元件6周向布设，即相邻光纤光栅呈120夹角布置，并通过胶黏剂10粘贴固定在弹性敏感元件6表面上。利用3个光纤光栅7同时感知弹性敏感元件6在锤击力作用下的应变变化，来检测锤击力的大小，测试结果更准确。
[0019]本发明中，锤头1、锤体2、配重块3、锤柄4和端盖5组成一个力锤，用来对被测结构施加冲击载荷;弹性敏感元件6和光纤光栅7形成一个测力元件，来检测冲击载荷的大小。锤头I在冲击载荷作用下，会对弹性敏感元件6的端面产生一个压力，在压力作用下，弹性敏感元件6产生变形，表面应变会发生变化;光纤光栅7通过检测弹性敏感元件6表面的应变变化，来感知冲击载荷的大小。
[0020]本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。
[0021]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种用于模态分析的光纤光栅冲击锤，包括锤体、锤头和锤柄，其特征在于，所述锤体上安设有由弹性敏感元件和光纤光栅组成的测力单元，测力单元的一端置于锤体内，测力单元的另一端与锤头连接，用于检测锤击力的大小;所述光纤光栅通过光纤将传感信号传递给模态分析仪的数据采集装置。2.根据权利要求1所述的光纤光栅冲击锤，其特征在于:所述锤体上设有配重块，用以调节光纤光栅冲击锤的重量。3.根据权利要求1所述的光纤光栅冲击锤，其特征在于:所述锤头与弹性敏感元件通过螺纹连接，且锤头和弹性敏感元件的端面紧密贴合在一起;所述锤体和锤柄通过螺纹连接。4.根据权利要求1或3所述的光纤光栅冲击锤，其特征在于:所述锤柄为空心结构，光纤穿过锤柄与光纤光栅连接。5.根据权利要求4所述的光纤光栅冲击锤，其特征在于:所述锤柄的端部设有与锤柄螺纹连接的端盖，端盖上固定有光纤保护套，用来保护光纤。6.根据权利要求1所述的光纤光栅冲击锤，其特征在于:所述光纤光栅通过胶黏剂粘贴固定在弹性敏感元件的表面上。7.根据权利要求1-6中任一项所述的光纤光栅冲击锤，其特征在于:所述弹性敏感元件为一个空心柱状金属结构； 所述光纤光栅沿弹性敏感元件长度方向设置，并固定在弹性敏感元件表面，通过感知弹性敏感元件在锤击力作用下的应变变化来检测锤击力的大小。
【文档编号】G01L1/24GK106053004SQ201610634946
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年8月5日 公开号201610634946.2, CN 106053004 A, CN 106053004A, CN 201610634946, CN-A-106053004, CN106053004 A, CN106053004A, CN201610634946, CN201610634946.2
【发明人】周祖德, 黄 俊, 张俊, 谭跃刚, 刘明尧, 王泽超, 余兆祥, 陈俊涛
【申请人】武汉理工大学