振动传感器自动标定装置

本文提出的振动传感器自动标定装置由IBM—PC微机、专用测控箱和一系列软件包组成。与低频标准振动台、功率放大器和激光测振仪配合,成功地实现了高精度程控扫频信号输出,低频和超低频振动信号计量与失真度分析,振动台定运动量控制和振动传感器的绝对、相对法标定。为一些要求经常进行大量振动传感器标定的部门提供了一种快速、准确和实用的手段。     

基于MSC的气动式振动台台面性能研究

气动式振动台是一类重要的可靠性强化试验设备,然而早期气动式振动台振动信号的能量在频域内分布不均匀且低频能量较低,这限制了该类设备在可靠性强化试验中的进一步应用.以气动式振动台的关键部件--振动台面为研究对象,应用大型有限元分析软件MSC建立了气动式振动台的有限元模型,仿真分析了两类具有不同形式工程台面的气动式振动台动力学响应;结合低频能量和均匀性指标,建立了气动式振动台的性能评价准则,客观地评价了两类台面性能的优劣程度,从而形成了一套完整的台面性能仿真研究方法,为下一步进行气动式振动台的性能改善乃至自主研发工作奠定了基础.     

基于摩擦自激振动升频效应的超低频振动能量收集

低频振动在环境中广泛存在,针对目前低频振动能量收集效率低的问题,提出将外界低频振动转化成摩擦系统的自激振动,实现低频振动到高频振动的升频转换,以达到提高低频能量收集效率的目的 .为此,首先建立了集总参数模型,从理论上阐明低频振动能量收集方法的可行性,并分析模拟了该模型压电电压与功率的输出特性;其次分别设计了往复摩擦自激振动能量收集试验和压电悬臂梁碰撞能量收集试验,对比分析将低频振动转化为摩擦振动能否提高压电输出功率.试验与仿真结果表明,利用摩擦自激振动能够显著提升振动频率.摩擦自激振动电压幅值随着激励频率的增大而增大,与碰撞电压相比,其电压幅值较低,但是频率得到了大幅提升.由于频率的提升,压电振子的能量输出大幅提升,使得超低频振动能量收集性能明显提高.     

校准用低频垂直向振动台的研究

对测振传感器进行相对校准或绝对校准,都要求作校准用的振动标准装置中的振动台能提供波形近于理论上正弦的振动运动。根据有关研究报告分析,由振动台台面加速度波形失真引起的加速度校准误差△d_a=±0.36da,其中da为台面加速度失真以百分数计。考虑到振动标准装置的总校准误差还和许多别的因素有关,因此一般均规定波形失真度的数值不大于整个标准装置的校准精度。例如,校准精度为≤±2％时,在装置中工作的振动台的加速度波形失真应不大于2％。     

超低频振动台数字化改造

通过改善振动台标定系统的线性来减小其信号失真度是振动台标定系统的一个关键问题,对振动台标定系统实现数字化标定是技术上的重要发展趋势。本文提出采用主频信号提取技术去除由振动台标定系统的非线性引起而产生的噪声信号和减小振动台标定系统的信号失真度。本文同时提出了一种局部细化傅立叶变换方法和采用了数据库来管理振动台对振动仪器的标定结果,编写了数字化标定软件,设计了采集仪,从而实现了XS型超低频振动台标定系统的数字化改造,提高了标定结果的精度。     

三维振动台的正弦扫频分析与模态分析

三维振动台采用振动方法完成对复杂异型曲面工件进行表面强化和抛光处理，为了探讨振动台的固频与振型对强化抛光的影响，本文首先对三维振动台进行Y向与Z向模态试验，得到了三维振动台的各阶模态，为了纵模态分析中确定强化抛光用模态，将模态分析中所得的各阶固频，对三维振动台进行正弦激振，同时将模态分析与正弦激振相结合，获得了适合三维振动台的抛光工艺模态。     

超低频标准振动台非线性运动方程共振/非共振解比较

给出了一类超低频标准振动台非线性运动方程的两种近似解析解——非共振解法和共振解法。通过对其解的组成及方程中系数改变的分析计算 ,可知 ,采用非共振解法 ,在强阻尼的情况下 ,可较好地表达了振幅、相位与频率间的关系 ,且能容易求出解中各次谐波分量值 ,在弱阻尼下 ,则不能全面地反映非线性方程同频多值现象。而共振解法则不管阻尼大小 ,均能较好地反映振幅、相位与频率间的关系 ,缺点是较难求解出各次谐波分量值。通过对两种解析解的比较分析研究 ,为今后设计波形失真度最小的超低频标准振动台结构参数提供了理论依据。     

压电能量俘获结构及其升频转换技术的发展现状

压电材料作为一种良好的机电换能元件,具有体积小、成本低、工作性能可靠等优势,但如何设计压电振子高效地俘获环境振动能,仍是本领域的关键技术难题。以定频式、调频式和宽频式三类典型压电振子为代表的结构共振频率匹配设计能部分解决上述难题,但面向环境低频、超低频振动能俘获,上述振子仍面临输出功率低、可靠性差等问题,途径之一是通过机械式升频转换技术将低频激励转换成压电振子的高频振荡,同时突破超低频压电元件功率密度低的限制。几类机械式升频转换技术被区分并简要介绍,重点阐述一种借助非线性系统内共振现象实现的机械升频转换方法。内共振升频技术具有激励加速度阈值低、升频转化能量损失少等优势,进一步拓宽压电振子领域内的机械式升频转换研究。     

气体静压轴承单跨四圆盘结构稳定性试验分析

在气体静压轴承支承的单跨四圆盘结构转子试验台上,试验研究轴承-转子系统的振动特性。采用轴心轨迹、时域分析、频谱图等振动测试分析方法,呈现了半速涡动、双低频、低频共振等非线性动力学现象;分析了半速涡动、双低频、低频共振随转速的变化关系,定性分析了工频与低频的能量转化关系。结果表明:升速过程中采用较高升速率可避免低频振动的发生,降速过程中过大的降速率会引起半速涡动及双低频振动现象;试验中低频振幅增加导致工频能量减少,转速下降。     

基于S/PDIF信号解码的数字加速度计校准方法

Polytec公司的外差激光干涉仪可输出24位精度、固定输出延时与量化采样率的索尼/飞利浦数字接口格式（sony/philips digital interface format, 简称S/PDIF）数字信号。常规外差激光干涉法的数字加速度计动态校准存在处理数据量较大、导致时间开销或系统成本增加的问题。利用现场可编辑逻辑门阵列（field programmable gate array,简称FPGA）对Polytec外差激光干涉仪输出S/PDIF数字信号的实时解码,实现了以S/PDIF数字信号对其他传输协议的微机电系统（micro electromechanical systems, 简称MEMS）数字加速度计的振动台动态校准。通过与常规外差激光干涉法校准结果对比,证实了该方法具有较高的校准精度。本方法有效减少了校准系统的数据处理量,使其适用于低频振动校准,且具有较强的抗干扰能力。     

Output waveform analysis of an electro-hydraulic vibrator controlled by the multiple valves

The existing research of the electro-hydraulic vibrator mainly focuses on system stability, working frequency width and output waveform distortion. However, this high frequency performance of the electro-hydraulic vibrator is difficult to be improved greatly due to fast insufficiently frequency response of the servo valve itself and limited compensation capability of the control structure in the vibrator system. In this paper, to realize high frequency vibration, an improved two-dimensional valve （here within defined as a 2D valve） as a main control component is adopted to the parallel connection with a servo valve to control the electro-hydraulic vibrator, Because the output waveforms of this electro-hydraulic vibrator are incapable to be verified through timely feedback as in the conventional electro-hydraulic servo system, the analysis to the output waveform becomes crucial to the design and control of the electro-hydraulic vibrator. The mathematical models of hydraulic actuation mechanism and the orifice area of the parallel valves connection are established first. And then the vibration process is divided into two sections in terms of the direction of the flow, the analytical expression of the excited waveform is solved. Based on relationships exist between working states and the control parameters the analytical results, the vibration boundary positions and the are derived. Finally an experimental system was built to validate the theoretical analysis. It is verified that this electro-hydraulic vibration system could achieve high working frequency, up to 2 000 Hz. The excited waveform is similar to the sinnsoidal waveform. And the ascent and decent slopes of the waveforms are somewhat asymmetrical. This asymmetry is not only caused by the change of the direction of the elastic force but also dependent on the bias position of the vibration. Consequentky the distortion of effective working waveform is less tha~ 10%. This electro-hydraulic vibrator controlled by the multiple valves could not only greatly enhance the working frequency but also precisely control the vibration characteristic variables such as waveform shape.     

基于电液伺服控制实现的连铸机结晶器振动装置

针对采用电动机驱动偏心凸轮传统结晶器振动装置存在的缺点,开发研制了基于电液伺服系统实现的结晶器振动装置及其计算机控制系统。为了满足连铸工艺对跟踪非正弦给定振动波形的要求,基于智能控制的基本思想对一些控制方法进行了改进,有效地抑制了非对称负载造成的静差并提高了系统的相频宽。联机试验表明,所研制的结晶器电液伺服振动装置及其计算机控制系统能够根据连铸工艺要求实时、准确、方便地改变振动波形,从而有效地提高了连铸自动化水平。     

A novel approach for realization of primary vibration calibration standard by homodyne laser interferometer in frequency range of 0.1 Hz to 20 kHz

The paper discusses the primary vibration calibration standard of NPL, India capable of calibrating the reference accelerometers in frequency range from 0.1 Hz to 20 kHz as per ISO 16063-11. The excitation subsystem produces constant vibration at a specified amplitude and frequency, while the measurement system uses NI interface for measuring the quadrature output. The acceleration level and voltage level at the calibration frequency f is determined by applying a Discrete Fourier Transform to the voltage and displacement signals, and then examining the spectral component at frequency f. A PC-based data acquisition system acquires the accelerometer voltage signal and analog quadrature interferometer photodetector signal pair as well as a digital quadrature pair whereby the software processes the demodulated photodetector signals to reconstruct the armature displacement. The validation of the calibration results for standard reference accelerometers with manufacturer results and uncertainty in calibration in entire frequency range 0.1 Hz to 20 kHz is reported in the present work.     

三坐标测量机驱动的摄像机标定技术

为了降低摄像机的标定费用和提高标定精度,提出了一种基于三坐标测量机平动的摄像机标定技术,对该技术的原理、数学模型、标定步骤和标定精度进行了研究。根据摄像机标定的基本原理,利用三坐标测量机沿X、Y、Z轴移动和正交精度都很高的特点,以三坐标测量机带动待标定摄像机产生和白色陶瓷标准球球心(标定特征点)在X、Y、Z轴方向上的相对平动,得到标定特征点在测头坐标系中不同位置的坐标;在每一个确定位置,摄像机拍摄标定特征点的像,经图像处理后,计算出像点在计算机帧存坐标系中的坐标。引入测头坐标系,建立了该项摄像机标定技术的数学模型,给出了标定步骤,组建了标定系统。比对标定实验结果表明,基于三坐标测量机平动的摄像机标定系统与专用标定系统的标定精度相当,数据相差在±1μm以内,满足工程实际精度要求,成本低、标定效率高。     

振弦应变传感器校准装置的设计

基于弹性体振动理论,建立了振弦应变传感器输出频率与应变的数学模型表达式,提出该类传感器的校准方法,设计了校准装置.该装置利用计算机自动采集数据,并与电子表格结合,实现对振弦应变传感器进行可靠校准.     

压电振子及流体对泵近场噪声的影响

研究了压电振子的弯曲振动形变及振动辐射噪声.首先建立压电泵压电振子振动方程,导出弯曲振动形变函数;提出用微平面活塞振动理论简化压电振子振动模型,推导了近场声压理论计算方程及泵内流体对泵噪声贡献量方程;最后把理论计算结果与试验结果进行比较分析,分别得出在不同频率下压电振子及泵内流体对泵噪声贡献的大小.在输入频率为50 Hz时,泵噪声的理论值为45 dB,实际值为37 dB,泵内流体对泵噪声的影响较大,实际值与理论值的相对误差为21.6%;在输入频率为120 Hz时,泵噪声的理论值为61 dB,实际值为62 dB,泵内流体对泵噪声的影响较小,实际值与理论值的相对误差为1.6%,证明了本研究所提出理论的正确性.     

阻尼吸振器吸收机械阻尼振动的频率特性分析与试验研究

从两自由度双阻尼弹簧振子振动系统的振动频率特性分析入手,探讨了用阻尼吸振器吸收机械阻尼振动的性能,并对阻尼吸振器参数的选择原则作了分析,同时,通过模型试验对理论分析的结果作了验证。     

基于新振动时效测控装置的硬件研究

振动时效测控装置是一复杂的整体,其中数据处理及激振器是其重要组成部分,激振器工作时的参数取决于工件的本身特性,数据处理的正确性决定了整个系统工作的有效性和稳定性。论文研究一种采用振动时效方法降低、消除、均化金属构件的残余应力的测控装置,此装置采用单片机控制,调速方式为交流变频调速,激振器由交流电动机驱动。     

一种三自由度并联机构的运动学标定

以一种三自由度并联机构测量机为研究对象,给出了机构的正解运动学模型,在此基础上阐述了运动学标定方法,给出了标定步骤,通过计算机编程对其进行了参数辨识.对标定前后的运动学参数与实际值进行了比较,标定前后的测头误差也进行了比较,从而验证了标定方法的正确可行性.