[发明专利]频率连续可调的动态应变校准方法

说明书

本发明公开的频率连续可调的动态应变校准方法，属于计量测试领域。本发明的方法通过基于悬臂梁的动态应变校准装置实现，校准装置包括振动激励器、悬臂梁、激光干涉仪、数据采集系统、数据分析系统、应变解调仪、被校应变计、微位移机构、柔性杆件。启动动态应变激励系统产生正弦应变；通过激光干涉仪测量梁在垂直方向的位移，经计算得到各点的标准应变值；被校应变计安装于悬臂梁表面，应变解调仪对应变计信号进行解调，数据采集系统同步采集激光干涉仪和应变解调仪的输出信号，数据处理系统比较标准应变值和被校应变测量系统的输出，实现对应变计的动态校准。本发明能够满足应变计进行频率连续变化的动态校准的需求，适用校准频段为0至500Hz。

技术领域

本发明涉及一种校准方法，具体涉及一种频率连续可调的动态应变校准方法，属于计量测试领域。

背景技术

动态应变是机械动载荷测试和健康监测的重要参数。准确可靠的动态应变测量数据对于判断机械结构可靠性、确定机器的健康状态、检测结构损伤有重要意义。

目前一般采用应变计测量应变，对应变计的动态特性缺乏有效的校准方法及装置，长期存在以静态校准代替动态校准的做法，这在原理上存在误差，无法满足结构动态应变测量的需求。因此需要一种可实现频率连续变化的动态应变校准方法，实现频率连续可调的动态应变校准。

发明内容

为解决静态校准代替动态校准的问题，本发明公开的频率连续可调的动态应变校准方法要解决的技术问题是：满足应变计进行频率连续变化的动态校准的需求，适用校准频段为0至500Hz。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的频率连续可调的动态应变校准方法，通过基于悬臂梁的动态应变校准装置实现，所述校准装置包括振动激励器、悬臂梁、激光干涉仪、数据采集系统、数据分析系统、应变解调仪、被校应变计、微位移机构、柔性杆件。悬臂梁一端固定，另一端通过柔性杆件安装在振动激励器上构成动态应变激励系统，激光干涉仪安装在微位移机构上作为基准测量系统测量垂直方向的振动，被校应变计与应变解调仪连接作为被校动态应变测量系统。

启动动态应变激励系统产生一定频率和幅值的正弦应变。通过激光干涉仪测量梁在垂直方向的位移，经计算得到各点的标准应变值。被校应变计安装于悬臂梁表面，应变解调仪对应变计信号进行解调，数据采集系统同步采集激光干涉仪和应变解调仪的输出信号，数据处理系统比较标准应变值和被校应变测量系统的输出，实现对应变计的动态校准。

本发明公开的频率连续可调的动态应变校准方法，包括如下步骤：

步骤一：利用振动激励源驱动柔性杆件带动悬臂梁运动，在悬臂梁上产生动态应变。调节激励源的激励信号频率和幅值，产生不同频率和幅值的动态应变。

步骤二：利用激光干涉仪测量悬臂梁上表面各点沿着垂直方向的位移，微位移机构带动激光干涉仪沿着悬臂梁轴向运动，测量悬臂梁上表面沿轴向的位移分布Y(x)。

步骤三：已知悬臂梁的结构尺寸和材料参数，并且测量到悬臂梁上表面沿轴向的位移分布Y(x)，求悬臂梁上表面任意一点的应变。

步骤三求悬臂梁上表面任意一点的应变包括静力分析法、有限元计算方法。

采用静力分析法求悬臂梁上表面任意一点的应变具体实现方法如下：

在低频振动时，忽略惯性力的影响。

根据静力学公式，对于矩形等截面悬臂梁，梁上各点应变随时间变化的关系为：

式中：L为悬臂梁的长度，h为悬臂梁的厚度，x为悬臂梁上表面应变计粘贴中心距悬臂梁固定端的长度，ω(t)为悬臂梁自由端的挠度随时间的变化。上述悬臂梁的特征参数L、h、x由几何量测量直接获得，悬臂梁在自由端某点的挠度随时间的变化ω(t)由激光干涉仪直接测量得到，由此获得应变随时间的变化关系。