一種高阻尼微幅隔振器的性能測試裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高阻尼微幅隔振器的性能測試裝置；其激振器、加載桿、力傳感器I、高阻尼微幅隔振器、力傳感器II依次連接，加速度傳感器I、加速度傳感器II分別設于高阻尼微幅隔振器的兩端；激振器輸出端軸線、加載桿、高阻尼微幅隔振器同軸；數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)采集加速度傳感器I和加速度傳感器II實時測量的高阻尼微幅隔振器兩端的加速度值，以及力傳感器II實時測量的高阻尼微幅隔振器輸出的力值，并根據(jù)加速度值和力值進行性能分析；控制系統(tǒng)根據(jù)力傳感器I反饋的載荷信息結合數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)的分析結果輸出控制指令至控制驅(qū)動器；控制驅(qū)動器與激振器連接，根據(jù)控制系統(tǒng)的控制指令對激振器輸出載荷進行實時控制。
【專利說明】
一種高阻尼微幅隔振器的性能測試裝置
技術領域
[0001] 本發(fā)明屬于航天器件性能測試領域，尤其涉及一種高阻尼微幅隔振器的性能測試 裝置。
【背景技術】
[0002] 隨著遙感衛(wèi)星技術的發(fā)展，對地光學成像相機、對地測繪相機、測繪雷達等載荷的 成像精度越來越高，對微振動干擾更加敏感。為有效抑制微振動的干擾，保證成像精度，這 類衛(wèi)星一般都采用了具有大阻尼、微變形（即微振幅)特點的隔振器，比如"一種微幅高承載 高阻尼微動隔振器"發(fā)明的微動隔振器。
[0003] 準確的性能參數(shù)值（即阻尼系數(shù)和剛度系數(shù))是隔振器優(yōu)化與選型、衛(wèi)星系統(tǒng)設計 與評估的重要依據(jù)。因此，為保證隔振器設計的正確性和衛(wèi)星微振動抑制的有效性，需要對 高阻尼微幅隔振器的性能進行準確的測試。常規(guī)的隔振器性能參數(shù)測試方法有半功率帶寬 法、自由衰減法等，這些方法的前提假設均為小阻尼，對于高阻尼的隔振器，其測試誤差較 大。此外，工程中常用的測試設備為疲勞試驗機、材料試驗機、凸輪試驗系統(tǒng)等，這些設備適 用于常規(guī)的大變形（即大振幅)隔振器測定，而對于振幅通常為微米量級的高阻尼微幅隔振 器，其測試誤差往往很大，有時測試誤差甚至能夠?qū)⒏粽衿髯陨砉ぷ髯冃武螞]，因此難以滿 足使用要求。此外，對于隔振器的性能測試數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)處理方法是直接根據(jù)最大阻尼力對應 的位移值得到隔振器剛度系數(shù)，并對測得的阻尼力和位移數(shù)據(jù)進行數(shù)值積分得到遲滯環(huán)的 面積，計算得到隔振器阻尼系數(shù)，該方法要求測得的阻尼力-位移值為整圈數(shù)據(jù)，通常需要 專用程序?qū)y試數(shù)據(jù)按整圈分組并刪除非整圈部分，這就會帶來較大的工作量并造成數(shù)據(jù) 浪費，而且該方法無法得到阻尼系數(shù)和剛度系數(shù)的置信限估計值，無法對航天器開展精確 的隔振設計。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為解決上述問題，本發(fā)明提供一種高阻尼微幅隔振器的性能測試裝置。
[0005] 本發(fā)明的高阻尼微幅隔振器的性能測試裝置，其特征在于，包括：安裝座I、激振 器、加載桿、力傳感器I、加速度傳感器I、加速度傳感器II、力傳感器II、安裝座II、測試平 臺、數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和控制驅(qū)動器;測試對象為高阻尼微幅隔振器;其連接 關系為：
[0006] 安裝座I和安裝座II固定于測試平臺上;激振器、加載桿、力傳感器I、高阻尼微幅 隔振器、力傳感器II依次連接并夾持于安裝座I和安裝座II之間，且安裝座I與激振器固連， 力傳感器II與安裝座II固連;加速度傳感器I、加速度傳感器II分別設于高阻尼微幅隔振器 的兩端;激振器輸出端軸線、加載桿、高阻尼微幅隔振器同軸；
[0007] 數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)分別與加速度傳感器I、加速度傳感器II和力傳感器II連接， 用于采集加速度傳感器I和加速度傳感器II實時測量的高阻尼微幅隔振器兩端的加速度 值，以及力傳感器II實時測量的高阻尼微幅隔振器輸出的力值，并根據(jù)加速度值和力值進 行性能分析;控制系統(tǒng)分別與控制驅(qū)動器、力傳感器I連接，根據(jù)力傳感器I反饋的載荷信息 結合數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)的分析結果輸出控制指令至控制驅(qū)動器;控制驅(qū)動器與激振器連 接，根據(jù)控制系統(tǒng)的控制指令對激振器輸出載荷進行實時控制。
[0008] 效果較佳的，激振器采用電磁激勵裝置結合閉環(huán)控制裝置，其輸出位移范圍應達 到0~100M1、位移精度應達到0.1M1、激勵頻率帶寬應滿足0.1Hz~3000Hz。
[0009] 效果較佳的，加載桿內(nèi)設直線軸承。
[0010] 效果較佳的，力傳感器I采用單向力傳感器。
[0011] 效果較佳的，力傳感器I、力傳感器II所測量載荷的最大值在其量程的10%~80% 范圍內(nèi)，且測量精度優(yōu)于0.2%。
[0012] 效果較佳的，加速度傳感器I、加速度傳感器II的靈敏度系數(shù)優(yōu)于lOOOmv/g、測量 精度優(yōu)于lXl(T3g.
[0013] 效果較佳的，加速度傳感器I、加速度傳感器II、力傳感器II采用傳感器組對稱布 置的方式，采用4個加速度傳感器對稱安裝。
[0014] 效果較佳的，數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)的采樣精度不低于16位、最高采樣頻率不低于 100kHz、最低頻率分辨率優(yōu)于0.01Hz。
[0015]效果較佳的，整個性能測試裝置安裝后，系統(tǒng)基頻大于最大測試頻率。
[0016]本發(fā)明的有益效果在于：
[0017] 本發(fā)明具有系統(tǒng)簡單、控制容易、精度高等優(yōu)點，通過隔振器兩端的加速度傳感器 獲得兩端位移，計算可得到高阻尼微幅隔振器輸出端的精確相對位移值，可大大簡化測試 方案，降低控制難度，保證測量精度。
【附圖說明】
[0018] 圖1為本發(fā)明的高阻尼微幅隔振器的性能測試裝置示意圖。
[0019] 圖2為一種典型的遲滯環(huán)曲線。
[0020] 圖中:AA為高阻尼微幅隔振器軸線。
【具體實施方式】
[0021] 如圖1所示，一種高阻尼微幅隔振器的性能測試裝置，其包括:安裝座II、激振器2、 加載桿3、力傳感器14、加速度傳感器15、加速度傳感器117、力傳感器118、安裝座119、測試 平臺10、數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)11、控制系統(tǒng)12和控制驅(qū)動器13;測試對象為高阻尼微幅隔振 器6;其連接關系為：
[0022] 安裝座II和安裝座119固定于測試平臺10上;激振器2、加載桿3、力傳感器14、高阻 尼微幅隔振器6、力傳感器118依次連接并夾持于安裝座II和安裝座119之間，且安裝座II與 激振器2固連，力傳感器118與安裝座119固連;加速度傳感器15、加速度傳感器117分別設于 高阻尼微幅隔振器6的兩端;激振器2輸出端軸線、加載桿3、高阻尼微幅隔振器6同軸；
[0023] 數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)11分別與加速度傳感器15、加速度傳感器117和力傳感器118 連接，用于采集加速度傳感器15和加速度傳感器117實時測量的高阻尼微幅隔振器6兩端的 加速度值，以及力傳感器118實時測量的高阻尼微幅隔振器6輸出的力值，并根據(jù)加速度值 和力值進行性能分析;控制系統(tǒng)12分別與控制驅(qū)動器13、力傳感器14連接，根據(jù)力傳感器14 反饋的載荷信息結合數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)11的分析結果輸出控制指令至控制驅(qū)動器13;控 制驅(qū)動器13與激振器2連接，根據(jù)控制系統(tǒng)12的控制指令對激振器2輸出載荷進行實時控 制。
[0024]所述高阻尼微幅隔振器的性能測試裝置的測試方法包括以下步驟：
[0025]步驟1，進行測試：
[0026] 利用激振器2通過加載桿3將激勵載荷施加到高阻尼微幅隔振器6上；力傳感器14 將施加到高阻尼微幅隔振器6上的激勵載荷實時反饋給控制系統(tǒng)12;加速度傳感器15和加 速度傳感器117實時測量高阻尼微幅隔振器6兩端的加速度值;力傳感器118實時測量高阻 尼微幅隔振器6輸出的力值;數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)11實時采集并記錄加速度傳感器15、加速 度傳感器117和力傳感器118的測量數(shù)據(jù)；
[0027] 步驟2,數(shù)據(jù)處理：
[0028]數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)11通過對加速度傳感器15和加速度傳感器117的測量數(shù)據(jù)分 別進行兩次積分，分別獲得激勵頻率下高阻尼微幅隔振器6輸入端和輸出端的位移，由輸出 端位移減去輸入端位移即可得到高阻尼微幅隔振器輸出端的相對位移x;并利用高阻尼微 幅隔振器輸出端的相對位移X，結合力傳感器118的測量數(shù)據(jù)，得到激勵頻率下高阻尼微幅 隔振器6的遲滯環(huán)曲線，即恢復力Fd_相對位移x曲線，如圖2所示；
[0029]控制系統(tǒng)12則根據(jù)力傳感器14反饋的激勵載荷，結合恢復力Fd_相對位移x曲線控 制控制驅(qū)動器13對激振器2輸出載荷進行實時調(diào)控，以進行性能測試。
[0030] 所述步驟2中性能測試的指標包括:高阻尼微幅隔振器的剛度系數(shù)K( co )及其置信 下限Kl( co )和置信上限Ku( co )、高阻尼微幅隔振器的阻尼系數(shù)C( co )及其置信下限Cl( co )和 置信上限Cu( ? );其中，《為激勵頻率，下標L、U分別表示下限和上限。
[0031] 高阻尼微幅隔振器的剛度系數(shù)K( CO )及其置信下限Kl( CO )和置信上限Ku( CO )分別 為
[0033]
為自由度(n-3)的t分布的
分位數(shù)，y表示置信度，為設定 值，通常取y =90%;
[0034] 設在激振器2的激勵頻率為《的情況下，力傳感器118測量得到高阻尼微幅隔振器 6輸出的n組力值即阻尼力Fd，數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)11得到n組相對位移X，記為(F dl，Xl)(i = 1,2, ??? ,n)；
[0035] 設中間量y、X分別為
[0038] 則根據(jù)多元回歸分析理論有
[0039] b = (XTX)^XTy
[0040] 其中b為3父1向量，令匕=(13()，131，132)\則隔振器對應于激勵頻率《的剛度系數(shù)1( (? )(單位:N/m)和阻尼系數(shù)C( ? )的點估計分別為
[0041]
，令sn和s22分別為矩陣(XTX"的第2行、第2列元素和 第3行、第3列元素，且
[0043]高阻尼微幅隔振器的阻尼系數(shù)C( co )及其置信下限Cl( co )和置信上限Cu( co )分別 為
[0046]
為自由度(n-3)的t分布的
分位數(shù)，y表示置信度，為設定值；
[0047] 設在激振器2的激勵頻率為《的情況下，力傳感器118測量得到高阻尼微幅隔振器 6的n組輸出力值即阻尼力F d，數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)11得到的n組相對位移X，記為(Fdl，Xl)(i =1，2,…，n);
[0048] 設中間量y、X分別為
[0051]則根據(jù)多元回歸分析理論有
[0052] b = (XTX)_1XTy
[0053] 其中b為3 X 1向量，令b = (bo，bi，b2)T，則隔振器對應于激勵頻率《的剛度系數(shù)K (? )(單位:N/m)和阻尼系數(shù)C( ? )的點估計分別為
[0055]令S11和s22分別為矩陣(XTX廣1的第2行、第2列元素和第3行、第3列元素，且
[0057] y=90%。
[0058]其中，安裝座II用于激振器2與測試平臺10的固定連接，其基頻一般應比高阻尼微 幅隔振器6主要工作頻率高一個數(shù)量級以上，并有足夠的強度，確保在測試過程中不出現(xiàn)損 傷。
[0059] 激振器2通過安裝座II固定安裝到測試平臺10上，測試用來產(chǎn)生所需的激勵載荷。 針對衛(wèi)星微振動特性，激振器2通常采用電磁激勵裝置結合閉環(huán)控制裝置，一般要求其輸出 位移范圍應達到0~100M1、位移精度應達到O.lwn、激勵頻率帶寬應滿足0.1Hz~3000Hz。激 振器2應能根據(jù)力傳感器14反饋的激勵載荷信號對輸出載荷進行實時閉環(huán)控制，確保激勵 載荷滿足精度要求。
[0060] 加載桿3兩端分別與激振器2和力傳感器14固連，用來將激振器2產(chǎn)生的激勵載荷 經(jīng)力傳感器14施加到高阻尼微幅隔振器6上。加載桿3應有足夠的剛度和強度，確保在測試 過程中不發(fā)生變形或破壞。為使加載桿3加載方向滿足要求，可以在加載桿3增加直線軸承， 以保證測試過程中高阻尼微幅隔振器6受到的激勵載荷方向始終保持不變。
[0061] 力傳感器14兩端分別與加載桿3和高阻尼微幅隔振器6固連，用來測量施加到高阻 尼微幅隔振器6上的載荷信號，并實時反饋給激振器2的控制系統(tǒng)12,控制系統(tǒng)12根據(jù)反饋 信號調(diào)整輸出載荷大小，確保高阻尼微幅隔振器6受到的激勵載荷滿足要求。力傳感器14通 常采用的單向力傳感器，只用以反饋激勵方向的載荷信號。力傳感器14所測量載荷的最大 值一般應在其量程的10%~80%范圍內(nèi)，且測量精度一般應優(yōu)于0.2%。
[0062] 加速度傳感器15固定到高阻尼微幅隔振器6上，用來實時測量高阻尼微幅隔振器6 輸入端的加速度信號。根據(jù)衛(wèi)星微振動的特性，一般要求其靈敏度系數(shù)優(yōu)于l〇〇〇m V/g、測量 精度優(yōu)于IX l(T3g。加速度傳感器15通常采用傳感器組對稱布置的方式，一般可采用4個加 速度傳感器對稱安裝，分析時可以對傳感器組的測試結果取平均值以減小測試誤差和系統(tǒng) 干擾，保證測試的精度。
[0063] 高阻尼微幅隔振器6兩端分別與力傳感器14和力傳感器118固連，高阻尼微幅隔振 器6是本測試裝置的測試對象，具有高阻尼和微變形的特點，如"一種微幅高承載高阻尼微 動隔振器"發(fā)明的微動隔振器。測試過程中，需保證激振器2輸出端軸線、加載桿3軸線均在 高阻尼微幅隔振器6的軸線AA上。實施過程中，可采用兩個激光測平儀，從兩個正交方向（一 般為水平和豎直方向）打出激光標線，根據(jù)激光表現(xiàn)調(diào)整激振器2、加載桿3和高阻尼微幅隔 振器6的相對位置，保證三者在同一軸線上。
[0064] 加速度傳感器117通常采用與加速度傳感器15相同型號、規(guī)格和精度的傳感器，用 來實時測量高阻尼微幅隔振器6輸出端的加速度信號，一般要求其靈敏度系數(shù)優(yōu)于lOOOmv/ g、測量精度優(yōu)于IX l(T3g。加速度傳感器117通常也采用傳感器組對稱布置的方式，分析時 可對傳感器組的測試結果取平均值以減小測試誤差和系統(tǒng)干擾，保證測試的精度。
[0065] 力傳感器118兩端分別與高阻尼微幅隔振器6輸出端和安裝座119固連，并通過安 裝座119固定到測試平臺上。力傳感器118用來實時測量高阻尼微幅隔振器6的輸出載荷(即 阻尼力Fd)，其所測量載荷的最大值一般應在其量程的10%~80%范圍內(nèi)，且測量精度一般 應優(yōu)于0.2 %。為減小測試誤差和系統(tǒng)干擾，力傳感器118應采用傳感器組對稱布置的方式， 通常采用4個力傳感器對稱安裝，分析時可以對傳感器組的測試結果取平均值以，以保證測 試的精度。
[0066] 安裝座119用于力傳感器118與測試平臺10的固定連接，其基頻一般應比高阻尼微 幅隔振器6主要工作頻率高一個數(shù)量級以上，并有足夠的強度，確保在測試過程中不出現(xiàn)損 傷。
[0067] 測試平臺10用于安裝座II和安裝座119的固定安裝，其基頻一般應比高阻尼微幅 隔振器6主要工作頻率高一個數(shù)量級以上，并有足夠的強度，確保在測試過程中不出現(xiàn)損 傷。
[0068] 數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)11用于對加速度傳感器15、加速度傳感器117和力傳感器118 測量數(shù)據(jù)的采集、存儲和處理，通常要求其采樣精度不低于16位、最高采樣頻率不低于 100kHz、最低頻率分辨率優(yōu)于0.01Hz。
[0069] 控制系統(tǒng)12用來對控制驅(qū)動器13發(fā)出激勵信號，由控制驅(qū)動器13驅(qū)動激振器2,輸 出激勵載荷，同時控制系統(tǒng)12根據(jù)力傳感器17反饋的載荷信號實時調(diào)整輸出載荷大小，保 證高阻尼微幅隔振器6受到的激勵載荷滿足要求。
[0070] 整個測試裝置安裝后，系統(tǒng)基頻應大于最大測試頻率(通常應在500Hz以上），以避 免測試平臺共振對測試過程帶來干擾。
[0071] 采用所發(fā)明的高阻尼微幅隔振器性能測試的試驗裝置，對隔振器在不同激勵頻率 下進行性能測試，再根據(jù)本發(fā)明的隔振器性能測試數(shù)據(jù)處理方法，即可得到不同激勵頻率 ?下隔振器的剛度系數(shù)和阻尼系數(shù)的點估計及其置信上限和置信下限。繪制在直角坐標系 中，即可得到高阻尼微幅隔振器的阻尼系數(shù)及其置信限曲線（即c(co)曲線、Cl(co)曲線和Cu (? )曲線），以及剛度系數(shù)及其置信限曲線（即K( co )曲線、Kl( co )曲線和Ku( co )曲線），從而 為隔振器的優(yōu)化選型和衛(wèi)星系統(tǒng)的設計評估提供重要的依據(jù)。
[0072] 當然，本發(fā)明還可有其他多種實施例，在不背離本發(fā)明精神及其實質(zhì)的情況下，熟 悉本領域的技術人員當可根據(jù)本發(fā)明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變 形都應屬于本發(fā)明所附的權利要求的保護范圍。
【主權項】
1. 一種高阻尼微幅隔振器的性能測試裝置，其特征在于，包括：安裝座1(1)、激振器 (2)、加載桿(3)、力傳感器I (4)、加速度傳感器I (5)、加速度傳感器II(7)、力傳感器II(8)、 安裝座11(9)、測試平臺（10)、數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)（11)、控制系統(tǒng)（12)和控制驅(qū)動器(13); 測試對象為高阻尼微幅隔振器(6);其連接關系為： 安裝座1(1)和安裝座11(9)固定于測試平臺（10)上;激振器(2)、加載桿(3)、力傳感器I (4) 、高阻尼微幅隔振器(6)、力傳感器11(8)依次連接并夾持于安裝座1(1)和安裝座11(9) 之間，且安裝座1(1)與激振器(2)固連，力傳感器11(8)與安裝座11(9)固連;加速度傳感器I (5) 、加速度傳感器11(7)分別設于高阻尼微幅隔振器(6)的兩端;激振器(2)輸出端軸線、加 載桿(3)、高阻尼微幅隔振器(6)同軸； 數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)（11)分別與加速度傳感器1(5)、加速度傳感器11(7)和力傳感器 11(8)連接，用于采集加速度傳感器1(5)和加速度傳感器11(7)實時測量的高阻尼微幅隔振 器(6)兩端的加速度值，以及力傳感器11(8)實時測量的高阻尼微幅隔振器(6)輸出的力值， 并根據(jù)加速度值和力值進行性能分析;控制系統(tǒng)（12)分別與控制驅(qū)動器（13)、力傳感器I (4)連接，根據(jù)力傳感器1(4)反饋的載荷信息結合數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)（11)的分析結果輸 出控制指令至控制驅(qū)動器(13);控制驅(qū)動器(13)與激振器⑵連接，根據(jù)控制系統(tǒng)（12)的控 制指令對激振器(2)輸出載荷進行實時控制。2. 如權利要求1所述的高阻尼微幅隔振器的性能測試裝置，其特征在于， 激振器(2)采用電磁激勵裝置結合閉環(huán)控制裝置，其輸出位移范圍應達到0~100μπι、 位移精度應達到〇. Ιμπκ激勵頻率帶寬應滿足0.1Hz~3000Hz。3. 如權利要求1所述的高阻尼微幅隔振器的性能測試裝置，其特征在于， 加載桿(3)內(nèi)設直線軸承。4. 如權利要求1所述的高阻尼微幅隔振器的性能測試裝置，其特征在于， 力傳感器1(4)采用單向力傳感器。5. 如權利要求1所述的高阻尼微幅隔振器的性能測試裝置，其特征在于， 力傳感器1(4)、力傳感器11(8)所測量載荷的最大值在其量程的10%~80%范圍內(nèi)，且 測量精度優(yōu)于0.2%。6. 如權利要求1所述的高阻尼微幅隔振器的性能測試裝置，其特征在于， 加速度傳感器I (5)、加速度傳感器II (7)的靈敏度系數(shù)優(yōu)于lOOOmv/g、測量精度優(yōu)于1 X10-3g〇7. 如權利要求1所述的高阻尼微幅隔振器的性能測試裝置，其特征在于， 加速度傳感器1(5)、加速度傳感器11(7)、力傳感器11(8)采用傳感器組對稱布置的方 式，采用4個加速度傳感器對稱安裝。8. 如權利要求1所述的高阻尼微幅隔振器的性能測試裝置，其特征在于， 數(shù)據(jù)采集與分析系統(tǒng)（11)的采樣精度不低于16位、最高采樣頻率不低于100kHz、最低 頻率分辨率優(yōu)于0.01Hz。9. 如權利要求1所述的高阻尼微幅隔振器的性能測試裝置，其特征在于，整個性能測試 裝置安裝后，系統(tǒng)基頻大于最大測試頻率。
【文檔編號】G01M7/02GK106052989SQ201610319816
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】吳瓊, 羅敏, 徐青華, 趙壽根
【申請人】北京空間飛行器總體設計部