[发明专利]力传感器的动态校准方法、稳定性验证方法及装置

说明书

本申请提出一种力传感器的动态校准方法、稳定性验证方法及装置。该方法包括：建立被校准力传感器的参数化数学模型；参数化数学模型包括被校准力传感器的幅频特性和相频特性；进行落锤试验，获得被校准力传感器的输出响应；根据参数化数学模型和输出响应，获得被校准力传感器的模型参数；根据模型参数进行力传感器的动态力的校准。本申请实施例的技术方案通过建立被校准力传感器的参数化数学模型，依据传递函数的频谱特性辨识模型参数，采用频率分析法判断动态校准模型的稳定性，从而实现动态力的校准，克服静态特性指标无法实现力传感器动态校准的缺点。

技术领域

本申请涉及计量技术领域，尤其涉及一种力传感器的动态校准方法、稳定 性验证方法及装置。

背景技术

力传感器动态校准是实现机械结构动态载荷高精度测量的基础，被广泛地 应用于起落架着陆冲击载荷试验、机翼载荷校准试验、整车碰撞试验等动态力 学特性的评估，对精密高端装备的力学计量意义重大。

目前，常用的动态力校准方法有三种。第一种是正弦力校准法，例如， PrilepkoMY.在激振器上实现力传感器动态校准；Nozato H.等采用多组传感器 信息融合实现该方法的修正；张力等采用激光干涉法实现100kHz扫频模式正 弦力校准。第二种是阶跃力校准法，例如，Kobusch M.等采用激光多普勒干涉 技术实现阶跃力校准；张力等采用快开阀在10μs～100μs下降时间实现了 1.2MN负阶跃力校准等。第三种是冲击力校准法，例如利用落锤结构能实现120 kN冲击力的校准；Meng F.等进一步实现了200kN冲击力校准；Jain S K.等通 过对标准载荷的放大实现1MN冲击力校准等。这些校准方法为力传感器的动 态测量提供了条件。但是，动态校准过程目前仍然沿用静态分析方法，仅通过 峰值、脉宽及灵敏度等静态指标很难评价被校准力传感器的时变特性。

力传感器动态校准是通过其特性参数复现的，准确辨识其特性参数是提高 动态校准能力的关键。

发明内容

本申请实施例提供一种力传感器的动态校准方法、稳定性验证方法及装置， 以解决相关技术存在的问题，技术方案如下：

第一方面，本申请实施例提供了一种力传感器的动态校准方法，包括：

建立被校准力传感器的参数化数学模型；参数化数学模型包括被校准力传 感器的幅频特性和相频特性；

进行落锤试验，获得被校准力传感器的输出响应；

根据参数化数学模型和输出响应，获得被校准力传感器的模型参数；

根据模型参数进行力传感器的动态力的校准。

在一种实施方式中，建立被校准力传感器的参数化数学模型包括：

建立被校准力传感器的二阶近似模型；二阶近似模型包括顶部质量块、基 部质量块以及压电材料，压电材料具有弹性特征和阻尼特征；

根据二阶近似模型建立表示被校准力传感器的幅频特性和相频特性的参数 化数学模型。

在一种实施方式中，参数化数学模型为：

其中，A(ω)为幅频特性，为相频特性，a为灵敏度，m₁为顶部质量块 的质量，m₂为基部质量块的质量，k为弹性结构的劲度系数，f为阻尼结构的阻 尼系数。

在一种实施方式中，进行落锤试验，获得被校准力传感器的输出响应包括：

将落锤从预设位置释放，与被校准力传感器发生垂直碰撞；在碰撞瞬态通 过激光测振仪高速采集落锤的速度变化量v(t)，被校准力传感器同步输出瞬态 信号u(t)。

在一种实施方式中，根据参数化数学模型和输出响应，获得被校准力传感 器的模型参数包括：