CN104568354A - 一种基于超声波传感器柔性铰接板振动测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于超声波传感器柔性铰接板振动测量装置，包括铰接板、多个超声波传感器、A/D数据采集卡、计算机及显示器，所述铰接板由柔性板Ⅰ及柔性板Ⅱ通过铰链连接构成，多个超声波传感器安装在铰接板的正前方；多个超声波传感器将采集到的电信号经过A/D数据采集卡传输到计算机，所述计算机与显示器连接，计算机经过解耦运算可以得到铰接板的弯曲和扭转振动信息，用于振动分析或控制。发明通过合理布置多个超声波传感器，使测量的效果达到最佳。

Description

一种基于超声波传感器柔性铰接板振动测量装置

技术领域

本发明涉及柔性铰接板振动检测领域，具体涉及一种基于超声波传感器柔性铰接板振动测量装置。

背景技术

在航空航天领域，存在着大量像太阳能帆板这类柔性结构，随着航天器复杂程度的增加以及对能量、精度要求的提高，太阳能帆板这类航天结构越来越向着大型化和柔性化方向发展，更大的太阳能帆板可以转换更多的太阳能为航天器提供更加充足的能量，柔性化可减轻航天器质量，有助于降低成本，减少运行能耗。常见的太阳能帆板一端与航天器相连，另一端自由伸展，呈对称布置，并且是由多块矩形帆板连接而成，具有很长的跨度和较大的柔性。大跨度，低刚度的太阳能帆板处于无阻尼的太空环境中，宇宙风、微粒子流和温度冲击等空间环境以及航天器变轨、帆板伸展和收拢等自身激励都不可避免的会对其产生干扰；一旦受到这种干扰的作用，其产生的大幅值振动很难在短时间内自然衰减下来，特别是低阶的振动将会持续很长时间；如果不对这种振动进行抑制的话，势必将会影响航天器的正常工作，而进行振动测量是振动控制的基础。现有技术中，研究模拟太阳能帆板结构的弯曲模态和扭转模态振动控制，一般忽略连接铰链的刚度的影响，将太阳能帆板简化成柔性板结构。现有技术对柔性铰接板振动测量通常采用压电片、加速度传感器以及PSD传感器，但此类传感器都为接触式传感器，会对被测体的振动产生严重影响，降低测量精度。

发明内容

为了克服现有技术存在的缺点与不足，本发明提供一种基于超声波传感器柔性铰接板振动测量装置。

本发明采用如下技术方案：

一种基于超声波传感器柔性铰接板振动测量装置，包括铰接板、多个超声波传感器、A/D数据采集卡、计算机及显示器；

所述铰接板由柔性板Ⅰ及柔性板Ⅱ通过铰链连接构成，所述铰接板的一端通过机械夹持装置与底座固定，铰接板的另一端为自由端，所述多个超声波传感器安装在铰接板的正前方；

所述多个超声波传感器将采集到的电信号经过A/D数据采集卡传输到计算机，所述计算机与显示器连接。

所述超声波传感器具体有8个，分别为第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七及第八超声波传感器。

所述第一、第二及第三超声波传感器通过第一支架分别安装在柔性板Ⅰ的中心点及靠近铰链一侧的上下两端，所述第四、第五、第六、第七及第八超声波传感器通过第二支架分别安装在柔性板Ⅱ的中心点及柔性板Ⅱ的四个角。

还包括磁性底座，所述第一、第二支架分别通过磁性底座安装在底座上。

所述机械夹持装置包括等腰梯形夹板及矩形柱状支架，所述等腰梯形夹板通过螺栓安装在矩形柱状支架上。

本发明的有益效果：

(1)通过将两块柔性板经铰链连接成铰接板，其动力学特性与实际的太阳能帆板结构更为接近，在此基础上进行振动测量研究更具有实际意义。

(2)本装置安装了多个传感器来检测各个测量点处的振动，能测量铰接板的多阶低模态振动，同时在铰链两边安装了传感器，可以得到铰链对铰接板振动的影响。

(3)采用超声波传感器，为非接触式测量，没有负载效应。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明图1中的主视图。

图中示出：

1-柔性板Ⅰ，2-第一超声波传感器，3-第二超声波传感器，4-第一铰链，5-第四超声波传感器，6-柔性板Ⅱ，7-第六超声波传感器，8-第七超声波传感器，9-第八超声波传感器，10-第五超声波传感器，11-第二铰链，12-第三超声波传感器，13-第一磁性底座，14-第二磁性底座，15-底座，16-矩形柱状支架，17-等腰梯形夹板。

具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1、图2所示，一种基于超声波传感器柔性铰接板振动测量装置，包括铰接板、多个超声波传感器、A/D数据采集卡、计算机及显示器；

所述铰接板由柔性板Ⅰ1及柔性板Ⅱ6通过第一、第二铰链4、11连接构成，所述铰接板的一端通过机械夹持装置与底座15固定，铰接板的另一端为自由端，所述多个超声波传感器安装在铰接板的正前方，所述机械夹持装置由等腰梯形夹板17及矩形柱状支架16构成，所述等腰梯形夹板17通过螺栓安装在矩形柱状支架16上。

本实施例中超声波传感器具体是8个，分别为第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七及第八超声波传感器2、3、12、5、10、7、8、9，所述八个超声波传感器距离铰接板的测量距离为200mm，其中第一、第二、第三超声波传感器2、3、12通过第一支架分别安装在柔性板Ⅰ1的中心点及靠近铰链一侧的上下两端，第四、第五、第六、第七及第八超声波传感器5、10、7、8、9通过第二支架分别安装在柔性板Ⅱ6的中心点及柔性板Ⅱ6的四个角。

所述第一、第二支架分别通过第一、第二磁性底座13、14安装在底座15上，所述第一支架由一个竖杆及三个横杆构成，三个横杆安装在竖杆的上、中、下位置，三个横杆上分别安装第二、第一、第三超声波传感器。

所述第二支架也是安装在一个竖杆上的三个横杆构成，第一横杆两端安装第四、第七超声波传感器，第二横杆安装第六超声波传感器，第三横杆两端安装第五及第八超声波传感器。

所述八个超声波传感器不断发出超声波脉冲，超声波脉冲到达铰接板后立刻被反射回来，通过超声波脉冲从发出到接收所用的时间实时计算出传感器到铰接板的距离，传感器将距离转换成电压或电流等电信号，将此电信号经过A/D数据采集卡后输入到计算机，计算机和显示器相连。

本装置的工作过程如下：

第一步用击振力锤击起铰接板的振动；

第二步用超声波传感器实时测量传感器与铰接板的距离并转换为电信号，将此电信号经过A/D数据采集卡后输入到计算机；

第三步由于第二步中检测到的信号为传感器与铰接板的距离信号而非铰接板的振动位移信号，必须经过信号的处理来得到铰接板的振动位移信号，例如，由于超声波传感器和与铰接板的平衡位置安装距离相等，且它们的检测点处弯曲位移相等且同向，扭转位移相等且反向，通过将两传感器检测到的信号相加可得到铰接板的弯曲振动位移，相减可得到铰接板的扭转振动位移。由于本装置安装了八个超声波传感器，基本上能够反映铰接板的多阶低模态振动，同时由于柔性板通过铰链连接成铰接板，铰链的刚度也会对铰接板的振动产生重要影响，装置安装了四个超声波传感器用来分别测量第一铰链和第二铰链左右两边的振动位移，如此可以得到在铰接板振动时第一铰链和第二铰链产生的位移。由于本装置重点在于提出一种测量装置，应用时可以根据需要选择传感器的数目和信号处理的方法来达到不同的测量目的。

图1中的虚线连接表示电信号和信号处理装置的连接图。

在本实施例中，柔性板Ⅰ1和柔性板Ⅱ6的尺寸可选500mm×500mm×2mm，材料为环氧树脂，弹性模量为34.64GPa，泊松比为0.33；超声波传感器2、3、5、7、8、9、10、12选用德国森萨帕特公司生产的传感器，型号为UMT30-350-A-IUD-L5，传感器极限工作范围为600mm，测量范围为65～350mm，超声波频率400kHz，分辨率0.025mm，模拟量输出0～10V/4～20mA。磁性底座13、14选用MTI公司的产品；A/D数据采集卡可选用台湾泓格科技股份有限公司生产的型号为PCI-1800H A/D转换数据采集卡；计算机可选用台湾研华IPC610机箱，PCA-6006主板，生产单位：台湾研华科技公司。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于超声波传感器柔性铰接板振动测量装置，其特征在于，包括铰接板、多个超声波传感器、A/D数据采集卡、计算机及显示器；

所述铰接板由柔性板Ⅰ及柔性板Ⅱ通过铰链连接构成，所述铰接板的一端通过机械夹持装置与底座固定，铰接板的另一端为自由端，所述多个超声波传感器安装在铰接板的正前方；

所述多个超声波传感器将采集到的电信号经过A/D数据采集卡传输到计算机，所述计算机与显示器连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于超声波传感器柔性铰接板振动测量装置，其特征在于，所述超声波传感器具体有8个，分别为第一、第二、第三、第四、第五、第六、第七及第八超声波传感器。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述第一、第二及第三超声波传感器通过第一支架分别安装在柔性板Ⅰ的中心点及靠近铰链一侧的上下两端，所述第四、第五、第六、第七及第八超声波传感器通过第二支架分别安装在柔性板Ⅱ的中心点及柔性板Ⅱ的四个角。

4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，还包括磁性底座，所述第一、第二支架分别通过磁性底座安装在底座上。

5.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述机械夹持装置包括等腰梯形夹板及矩形柱状支架，所述等腰梯形夹板通过螺栓安装在矩形柱状支架上。