[发明专利]柔性绳索动态扭转特性测试装置及其测试方法

权利要求书

1.一种柔性绳索动态扭转特性测试装置的测试方法，该测试装置包括：主控制器(1)，伺服电机(2)，开关电源(3)，电机驱动器(4)，上支板(5)，支杆(6)，光电测试仪(7)，绳索(8)，重物(9)，反光贴(10)，下支板(12)和轴承(13)；上支板(5)与下支板(12)通过支杆(6)连接，主控制器(1)、伺服电机(2)、开关电源(3)和电机驱动器(4)均固定在上支板(5)上面，电机驱动器(4)与伺服电机(2)连接，伺服电机(2)轴穿过上支板(5)后通过连接器与绳索(8)一端连接，绳索(8)的另一端与重物(9)中心连接，重物(9)底部转轴与下支板(12)上面轴承(13)为间隙配合，伺服电机(2)轴、绳索(8)和轴承(13)均同轴安装；重物(9)上表面的同一圆周上均匀粘有反光贴(10)，光电测试仪(7)装在下支板(12)上面，光电转速传感器对准在重物(9)上的反光贴(10)；主控制器(1)与电机驱动器(4)和光电转速传感器电连接；

所述支杆(6)为三根，均布在同一圆周的上支板(5)与下支板(12)间，通过调节支杆(6)下部的调节螺母(11)，微调支杆(6)的长度，以调节上支板(5)与下支板(12)的平行度；更换不同长度的支杆(6)进而对不同长度的柔性绳索进行测试；

其特征在于，该装置的测试方法的步骤如下：

步骤1)通过闭环控制使伺服电机达到设定转速，重物将随伺服电机旋转，由于绳索扭转阻尼的存在，在忽略空气阻力的条件下，重物转动速度将与伺服电机转速相同，此时系统达到平衡状态；

步骤2)控制伺服电机停止转动并锁死，则重物将因转动速度的存在，在绳索扭转弹性作用下进行扭转振动；

步骤3)利用主控制器的捕获口进行数字信号采集光电转速传感器的电平信号并进行处理与保存，即能得到重物转动的角位移及角速度，进而得到重物的扭转振动曲线；

步骤4)根据重物的扭转振动曲线并应用线性振动理论，计算得到柔性绳索的动态等效刚度和阻尼；具体为：

设J为重物转动惯量，k为绳索试样扭转刚度系数，c为扭转阻尼，A_i为第i个周期的振幅，A_i+1为第i+1个周期的振幅，ω_n为系统无阻尼固有频率，n为阻尼系数，ζ为阻尼比，T_d为振动周期，δ为对数减幅系数，根据扭转振动曲线直接得到系统振动周期T_d与相邻两个周期的振幅A_i与A_i+1，根据公式

计算得到阻尼比ζ与阻尼系数n，再根据公式

得到系统无阻尼固有振动频率ω_n，而后根据关系式

计算得到柔性绳索的刚度系数为k，阻尼为c。

2.根据权利要求1所述的一种柔性绳索动态扭转特性测试装置的测试方法，其特征在于：所述步骤3)中能得到重物转动的角位移及角速度，具体步骤为，由于光电转速传感器是非接触式的，重物圆周上均匀粘有反光贴，光电转速传感器固定在重物上方，当其发射的光束照射到反光贴上时，光电转速传感器接收到反射回来的光信号，输出高电平；当光束照射到两反光贴之间的间隙部分时，无光信号反射回来，此时输出低电平；光电转速传感器输出的数字电平信号通过主控制器的捕获口进行数字信号采集、处理与保存，得到重物转动的角位移及角速度。