[发明专利]一种作用力和加速度综合测试方法

摘要

本发明公开了一种作用力和加速度综合测试方法，该方法基于的测试装置由可拆卸质量块，轻质弹性杆，3组电阻应变片，电缆，动态数据采集与分析系统和固定底座组成，测试方法是采用3组电阻应变片，在测试过程中，动态数据采集与分析系统通过对比每一时刻采集的3组应变数据，取其中值较大的两个数据进行分析，实现作用力、惯性力、加速度的实时精确监测，并通过利用两个装置垂直交错布置的方法，可以实现运动物体三维惯性力和加速度的测试。本发明的测试方法减小了信号干扰对测试精度的影响，测试精度高。

主权项

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$\mathrm{\θ}=\arctan \left[\frac{({2\mathrm{\ϵ}}_1/{\mathrm{\ϵ}}_2-1)}{\sqrt{3}}\right],M_{\mathrm{\θ}}=\frac{E\·{\mathrm{\ϵ}}_2\·\mathrm{\π}\·r^3}{4\·\cos \mathrm{\θ}};$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$\mathrm{\θ}=\arctan \left[\frac{({\mathrm{\ϵ}}_1-{\mathrm{\ϵ}}_3)}{\sqrt{3}({\mathrm{\ϵ}}_3+{\mathrm{\ϵ}}_1)}\right],M_{\mathrm{\θ}}=\frac{E\·{\mathrm{\ϵ}}_1\·\mathrm{\π}\·r^3}{4\·\sin (\mathrm{\θ}+30)};$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$\mathrm{\θ}=\arctan \left[\frac{(1-{2\mathrm{\ϵ}}_3/{\mathrm{\ϵ}}_2)}{\sqrt{3}}\right],M_{\mathrm{\θ}}=\frac{E\·{\mathrm{\ϵ}}_2\·\mathrm{\π}\·r^3}{4\·\cos \mathrm{\θ}};$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，