基于共振梁的高温动态应变校准装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114295097A(43)申请公布日2022.04.08(21)申请号202111490042.4(22)申请日2021.12.08(71)申请人中国航空工业集团公司北京长城计量测试技术研究所地址100095北京市海淀区温泉镇环山村(72)发明人黄彩霞张力隋广慧尹肖(74)专利代理机构北京正阳理工知识产权代理事务所(普通合伙)11639代理人王松(51)Int.Cl.G01B21/32(2006.01)G01B11/16(2006.01)G05D23/19(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图4页(54)发明名称基于共振梁的高温动态应变校准装置(57)摘要本发明涉及一种基于共振梁的高温动态应变校准装置，属于计量测试领域。本发明公开的装置，包括振动台、功率放大器，信号发生器，共振梁、差分式激光测振仪、反光微珠、加热炉，温度控制系统、温度传感器、测试温度指示仪、隔热连接机构、水循环冷却系统、数控微位移机构，应变信号调理器、数据采集系统、数据处理系统。本发明为高温应变传感器动态参数标定校准提供了一种标准动态应变激励源。CN114295097ACN114295097A权利要求书1/2页1.基于共振梁的高温动态应变溯源校准装置，其特征在于：包括：振动激励器、共振梁、隔热冷却模块、加热炉和差分式激光测振仪；共振梁通过连杆与振动台连接，达到同频共振的目的；所述共振梁置于加热炉中；所述加热炉上开设测量孔，所述激光测振仪通过测量孔实现对共振梁的差动位移进行实时动态测量采集；所述隔热冷却模块包括陶瓷垫片、连杆和水循环冷却系统；所述陶瓷垫片置于连杆与振动台之间；所述连杆为中空结构；所述水循环冷却系统中的冷却水经过连杆流出，对连杆降温，隔绝共振梁的温度与振动激励器的温度。2.如权利要求1所述装置，其特征在于：还包括：安装在共振梁上的测试温度指示仪以及加热炉和加热炉温控系统，所述加热炉和加热炉温控系统主要用于加热并保持共振梁的测试温度，测试温度指示仪主要用于监测共振梁的实际温度。3.如权利要求1所述装置，其特征在于：所述连杆，根据简化的梁杆结构模态分析，连杆高度100mm直径50mm的一阶模态是1004Hz，故在连杆的机械设计中，采用连杆高度为100mm，直径60mm。4.如权利要求2所述连杆，其特征在于：所述连杆，我们可以选用：长度为100mm，直径为大于50mm的连杆；还可以选用长度小于100mm，直径为50mm的连杆；或者选用使用简化梁杆结构模态分析得出的一阶模态大于1000Hz的其它连杆结构尺寸。5.采用如权利要求1所述装置进行高温动态应变溯源校准的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一、打开水循环冷却系统、加热炉以及加热炉温控系统，保证水循环冷却系统工作正常，将共振梁加热至校准温度，并稳定15分钟以上；步骤二、确定矩形等截面共振梁的一阶固有频率f1；在靠近共振梁表面端点处，任意选取一个测量点，测量点的横向坐标为xL；所述测量点的振幅为YL；调节振动激励器的振动频率f，观察所述测量点的差动振幅YL，当出现差动振幅YL陡然变大时，即为共振梁的实际一阶固有频率f1；步骤三、在振动激励器的一阶谐振频率f2条件下，调节振动激励器的振幅，采集所对应的共振梁的幅值；所述一阶协振频率f2在f1(1±0.5％)内；确定一阶协振频率f2，然后调整振动激励器的激励，采集到相同频率下不同激励时对应的共振梁的差动幅值YL；步骤四、根据测量得到共振梁固定端与测量点的差动动态幅值，可得到所述测量点在垂直方向幅值和时间的关系曲线：Y(t)＝ASin(2πf2t+θ)(1)其中，Y(t)为测量点在t时刻的垂直方向相对于固定端的差动位移，A是幅值系数，t为时间，f2为一阶谐振频率，θ为振动相位；步骤五、所述矩形等截面共振梁，其结构的中心惯性主轴在同一平面内，外载荷也作用在此平面内，共振梁在该平面内做垂直方向振动，共振梁主要变形为弯曲变形；在一阶共振频率状态下，共振梁一阶振型曲线为：Y(x,T)＝A[cosβx‑chβx‑0.734(sinβx‑shβx)](2)其中A为幅值系数，L为共振梁的长度，x为共振梁的横向坐标，KT为校准温度的温度系数；β为共振系数；T为校准温度；2CN114295097A权利要求书2/2页β＝1.875/(LKT)(3)通过将测量点处的测量值YL代入式(2)，确定幅值系数A；在一阶共振状态下，则根据共振理论，以及步骤三得到的幅值，确定参数A为：其中xL为激光测振仪探头Ⅱ位置的横坐标；步骤六、将振型曲线(2)变换为应变曲线：其中h为梁厚度的一半，d2Y(x)/dx2表示Y(x)对x的二阶导数；步骤七、共振梁被校应变计安装点的标准应变为：2ε(xs,t,T)＝AhKTβ