[发明专利]一种作用力和加速度综合测试方法

权利要求书

1.一种作用力和加速度综合测试方法，该方法使用的测试装置由可拆卸质量块(1)，轻质弹性杆(2)，第一组电阻应变片(3、4)，第二组电阻应变片(5、6)，第三组电阻应变片(7、8)，电缆(9)，动态数据采集与分析系统(10)和固定底座(11)组成，其中所述轻质弹性杆(2)的下端和固定底座(11)相连接，上端面连接可拆卸质量块(1)，所述的第一组至第三组3组电阻应变片分别布于轻质弹性杆(2)的下端根部，并通过电缆(9)与动态数据采集与分析系统(10)相连接；其特征在于，所述作用力测试方法，包括如下步骤：

第一步：按测试要求将第一组至第三组3组电阻应变片(3～8)在轻质弹性杆(2)下端周面粘贴好，然后将测试装置以轻质弹性杆(2)为基准垂直于作用物体作用力所在平面，通过固定底座(11)将测试装置固定；

第二步：将第一组至第三组3组电阻应变片(3～8)均以半桥方式接入惠斯通电桥；

第三步：将第一组至第三组3组电阻应变片(3～8)所测得的电压变化信号转变3组应变信号ε₁，ε₂和ε₃；根据材料力学弯曲正应力公式推导得测点处的弯矩M_θ及产生此弯矩对应作用力的方向角θ，

E·ε₁＝K·rsin(30+θ)  方程(1)

E·ε₂＝K·rcosθ  方程(2)

E·ε₃＝K·rsin(30-θ)  方程(3)

式中，E为轻质弹性杆(2)的弹性模量；ε₁，ε₂和ε₃为3组应变信号值；系数为轻质弹性杆(2)的惯性矩，M_θ为测点处的弯矩，θ为产生弯矩M_θ对应作用力的方向角，D为轻质弹性杆(2)的直径；r为轻质弹性杆(2)的截面半径；

上述公式中只有弯矩M_θ和角度θ两个未知量，只需两组计算公式组成方程组进行求解；考虑到外部环境对测试精度的影响，电压信号读数越小，外界不稳定因素对监测结果的影响越大，动态数据采集与分析系统(10)通过对比每一时刻采集的三个应变数据，取其中较大值的两个数据进行分析；

当第一组电阻应变片(3、4)和第二组电阻应变片(5、6)信号较大时，取方程(1)和方程(2)计算，得出

θ=arctan[(2ϵ1/ϵ2-1)3],Mθ=E·ϵ2·π·r34·cosθ;]]>

当第一组电阻应变片(3、4)和第三组电阻应变片(7、8)信号较大时，取方程(1)和方程(3)计算，得出

θ=arctan[(ϵ1-ϵ3)3(ϵ3+ϵ1)],Mθ=E·ϵ1·π·r34·sin(θ+30);]]>

当第二组电阻应变片(5、6)和第三组电阻应变片(7、8)信号较大时，取方程(2)和方程(3)计算，得出

θ=arctan[(1-2ϵ3/ϵ2)3],Mθ=E·ϵ2·π·r34·cosθ;]]>

第四步：根据所算得的弯矩M_θ以及第一组至第三组3组电阻应变片(3～8)与作用力作用位置的垂直距离为L，推算到作用物体的作用力F_m，