[发明专利]一种基于电容式位移传感器三角翼振动测量装置与方法

说明书

技术领域

本发明涉及铝合金板悬臂结构振动检测领域，具体涉及一种基于电容式位移传感器三角翼振动测量装置与方法。

背景技术

空天飞行器在超高速飞行的时候，受到气动力、弹性力和惯性力等的耦合作用，使飞行器的三角翼结构产生颤振现象，颤振及振动均会造成结构的疲劳寿命以及工作性能的下降，甚至危及飞行员和乘客的生命和财产安全，因此需要对三角翼的颤振与振动进行测量以用于振动分析或控制。现有技术针对悬臂板结构测量由采用压电片、加速度传感器和PSD传感器等通过优化配置实现弯曲和扭转模态在检测和驱动上解耦，进行振动主动控制。但上述解耦对于悬臂板结构的形状有较高的要求，往往要求悬臂板为中心对称的规则形状，否则便会出现较大的误差，而且上述传感器都是接触式测量，会对悬臂板结构的振动产生影响，形成较大的负载效应。近几年，用于位置、位移以及厚度等测量的非接触式传感器和测试系统取得了显著的进展，而电容式位移传感器便是其中典型的代表。电容式位移传感器的优点是原理简单、可互换探头器和电子线路不需要现场调节和校准、结实受保护的无源探头在高温下能继续工作、线性度好、分辨率和稳定度高。缺点是被测件的材料必须是导电的，探头和被测件之间间隙内的电介质之电介质常数不随时间、温度和机械应力而变化。

中国专利申请号为200810027187.9中，发明名称“基于加速度传感器的绕性悬臂板振动控制装置与控制方法”中，利用两个安装在绕性板自由端两个边角位置的加速度计来作为测量传感器，但加速度计在某种意义上是一质量块，安装于悬臂板上会对测量件的质量分布产生较大的影响，产生负载效应，从而影响测量件的振动。

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电容式位移传感器三角翼振动测量装置与方法。

本发明采用如下技术方案：

一种基于电容式位移传感器三角翼振动测量装置，包括三角翼，所述三角翼为等腰直角三角形，其中一条直角边通过机械夹持装置固定为悬臂板，所述电容式位移传感器探头通过支架安装在悬臂板的正前方，所述电容式位移传感器探头检测悬臂板的振动信号传输到电容位移传感器多通道测量系统处理后，经过A/D数据采集卡后输入到计算机，计算机与显示器连接。

所述电容式位移传感器探头具体为三个，分别为第一、第二及第三电容式位移传感器探头，根据振动位移云图确定位置。

所述机械夹持装置包括矩形柱状支架及等腰梯形夹板，所述等腰梯形夹板的上底边固定在矩形柱状支架上，所述等腰梯形夹板的下底边与三角翼固定。

所述三角翼的材料为铝合金。

还包括底座，磁性底座及竖直支架，所述磁性底座安装在底座上，所述竖直支架安装在磁性底座上，所述竖直支架上安装第一、第二及第三水平支架，所述第一水平支架安装第一电容式位移传感器探头，所述第二水平支架安装第二电容式位移传感器探头，所述第三水平支架安装第三电容式位移传感器探头。

一种基于电容式位移传感器三角翼振动测量装置的测量方法，包括如下步骤：

第一步 在ANSYS软件中分析铝合金板三角翼的固有频率和振型，得到前3阶固有频率，在计算机上设计以各阶固有频率为中心频率的三种数字滤波器；

第二步 铝合金板三角翼的振动引起第一、第二及第三电容式位移传感器探头的电容变化，将电容变化信号传输到电容位移传感器多通道测量系统处理后，经过A/D数据采集卡后输入到计算机中；

第三步 在计算机中将各个电容位移传感器探头测得的位移信号通过不同的数字滤波器后得到铝合金板三角翼在前三阶固有频率下振动的振动位移。

本发明的有益效果：

(1)本发明针对铝合金板三角翼结构，采用等腰直角三角形结构，同时考虑结构形状的非对称性对其振动的影响，合理布置传感器，其动力学特性与实际的空间飞行器三角翼结构更为接近，在此基础上进行振动测量研究，更具有实际意义。

(2)本发明采用电容式位移传感器，实现非接触式测量，不产生负载效应，减小了测量误差。

(3)本发明通过设计数字滤波器，对测得的信息进行处理，能较准确的得到被测体的前三阶振动位移。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1主视图；

图3是图1的俯视图；

图4是图1的左视图；

图5是铝合金板三角翼的一阶振动位移云图；

图6是铝合金板三角翼的二阶振动位移云图；

图7是铝合金板三角翼的三阶振动位移云图。

图中示出：