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CN116642409A - 振动台专用绝对位移测量装置及扩大吸振器吸振频带方法 - Google Patents

振动台专用绝对位移测量装置及扩大吸振器吸振频带方法 Download PDF

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CN116642409A
CN116642409A CN202310632862.5A CN202310632862A CN116642409A CN 116642409 A CN116642409 A CN 116642409A CN 202310632862 A CN202310632862 A CN 202310632862A CN 116642409 A CN116642409 A CN 116642409A
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CN
China
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main body
vibration
sensor
vibrating table
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Pending
Application number
CN202310632862.5A
Other languages
English (en)
Inventor
卢熹
李盼
张建润
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Southeast University
Original Assignee
Southeast University
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Publication date
Application filed by Southeast University filed Critical Southeast University
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Pending legal-status Critical Current

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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/02—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring length, width or thickness

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

本发明公开了一种振动台专用绝对位移测量装置，包括用于固定该装置的底座、用于消除震动的主体部分和用于安装传感器的夹持装置；底座部分与支撑通过碟形弹簧连接；支撑上部的夹持装置，通过上、下两个压板与螺钉将电涡流位移传感器与主体部分连接；支撑内部有质量块，通过弹簧与加持装置连接；底座上表面安装有传感器；电磁铁支架通过螺纹固定于底座中部；电磁铁支架底部有排线槽，上部安装有电磁铁；传感器采集的信号通过处理系统处理后传递给电磁铁。

Description

振动台专用绝对位移测量装置及扩大吸振器吸振频带方法
技术领域
本发明属于动力吸振器的技术领域，具体涉及一种振动台专用绝对位移测量装置及扩大吸振器吸振频带方法。
背景技术
目前通过振动台研究机床的动力学参数常需要测量机床刀尖、机床主轴以及机床其他结构的振动幅值。现有的传感器通常固定于振动台或地面上，固定于振动台上的传感器将会随着振动台的震动产生振动，固定于地面上的传感器也会受到振动台对环境的影响产生震动，影响传感器的测量精度。
发明内容
本发明要解决的技术问题：本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，提供一种消除各个频率的振动所引起的传感器振动的振动台专用绝对位移测量装置及扩大吸振器吸振频带方法。通过对质量块施加外加载荷的方法。
本发明的技术方案：本发明所述的一种振动台专用绝对位移测量装置，包括底座部分、设置在所述底座部分上的主体部分、加速度传感器以及用于处理加速度传感器信号的处理系统；所述主体部分顶部设有用于测量位移的传感器组件，所述底座部分与主体部分通过碟簧连接；
所述主体部分内，沿所述主体部分长度方向，设有压缩弹簧；所述压缩弹簧一端连接所述主体部分上端，另一端连接质量块；
在所述底座部分上，所述质量块下方设有可对所述质量块施加吸力的电磁铁；
所述加速度传感器将获得加速度信号传递给处理系统，所述电磁铁将处理系统传递的信号转化成电磁力施加在质量块上。
进一步的，处理系统将加速度信息转化为电磁力信息的公式为：
式中，F为电磁力；a为加速度传感器测得的加速度幅值；ω为加速度传感器测得的频率；m1为主体部分、夹持装置以及碟簧的总质量；m2为质量块的质量；k2为压缩弹簧刚度；t为时间。
进一步的，所述主体部分、传感器组件以及碟簧中，只有质量块为受电磁铁磁力影响。
进一步的，所述传感器组件包括电涡流位移传感器及固定所述电涡流位移传感器的压板。
本发明还公开了一种扩大吸振器吸振频带方法，包括基于上述振动台专用绝对位移测量装置，通过电磁铁对质量块施加外力，使得该装置在振动台各个频率都有吸振作用；
具体二自由度无阻尼系统运动微分方程为：
令x1＝A1sinωt，x2＝A2sinωt；
可以得到：
式中，m1为主体部分、夹持装置以及碟簧的总质量；m2为质量块质量；k1为碟簧刚度；k2为圆柱压缩弹簧刚度；x1为主体部分位移；x2为质量块位移；F为电磁力；F0为振动台对底座部分施加的力；为等效质量；A1为主体部分震动幅值；A2为质量块震动幅值；t为时间；ω为加速度传感器测得的频率；
所述主体部分振动幅值A1为0，即为0时，动力吸振器达到消振作用；对于振动台提供的不同频率ω的震动，调节使得A1保持为0，在任意频率达到消除主体部分2与夹持装置3振动的作用，保持电涡流位移传感器与地面的相对静止。
有益效果：
本发明与现有技术相比的有益效果：
通过主动式动力吸振器装置减少机床在振动台上实验时传感器测得的各部件震动幅值的误差。其中由电磁铁、电磁铁支架、底座、圆柱压缩弹簧、质量块为主体构成主动式动力吸振器。电磁铁为质量块提供电磁力，当电磁力达到一定要求时整个测量装置的震动能量全部传递到质量块，而保持位移传感器的绝对静止，从而减少机床在振动台上实验时传感器测得的各部件震动幅值的误差。
附图说明
图1为本发明中振动台专用绝对位移测量装置的具体结构示意图；
图2为本发明中振动台专用绝对位移测量装置的整体结构示意图
图3为本发明中振动台专用绝对位移测量装置的俯视图；
图4为本发明中振动台专用绝对位移测量装置的动力学模型图。
具体实施方式
为了加深本发明的理解，下面我们将结合附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明保护范围的限定。
如图1-4所示，本发明的一种振动台专用绝对位移测量装置包括用于固定该装置的底座部分1、用于消除震动的主体部分2、用于安装传感器的夹持装置3以及用于处理加速度传感器信号的处理系统5；
底座部分1包括底座11、排线槽12、电磁铁支架13、电磁铁14、加速度传感器15；底座部分1与主体部分2通过碟簧4连接；主体部分2包括支撑主体21、质量块22以及圆柱压缩弹簧23；夹持装置3位于主体部分2上部；夹持装置3包括用于测量位移的电涡流位移传感器31、螺钉32以及压板33；
电磁铁14安装于电磁铁支架13上表面；电磁铁支架13与底座11螺纹连接；
圆柱压缩弹簧23下部连接质量块22；圆柱压缩弹簧23上部连接夹持装置3；
压板33与螺钉32将电涡流位移传感器31与主体部分2连接；
主体部分2、夹持装置3以及碟簧4中只有质量块22为受电磁铁14磁力影响的材料制作。
在使用时，将本振动台专用绝对位移测量装置放置于待测量装置上，加速度传感器15测量待测量装置的加速度信号并传递给处理系统5；电磁铁14将处理系统5传递的信号转化成电磁力施加在质量块22上；
通过电磁铁14对质量块22施加外力，使得该装置在振动台各个频率都有吸振作用；具体公式为：
二自由度无阻尼系统运动微分方程为：
令x1＝A1sinωt，x2＝A2sinωt；
可以得到：
其中：m1为支撑主体21、夹持装置3以及碟簧4的总质量；m2为质量块22质量；k1为碟簧4刚度；k2为圆柱压缩弹簧23刚度；x1为主体部分2位移；x2为质量块22位移；F为电磁力；F0为振动台对底座部分1施加的力；为等效质量；A1为支撑主体21震动幅值；A2为质量块
22震动幅值；t为时间；ω为加速度传感器15测得的频率；
底座部分1受振动台外力幅值F0表达式为：
F0＝m1a
处理系统5将加速度信息转化为电磁力信息的公式为：
其中：a为加速度传感器15测得的加速度幅值。
一种扩大吸振器吸振频带的方法，主体部分2振动幅值A1为0，即为0时，动力吸振器达到消振作用。对于振动台提供的不同频率ω的震动，调节使得A1保持为0，即可在任意频率达到消除主体部分2与夹持装置3振动的作用，保持电涡流位移传感器15与地面的相对静止，即可测得待测装置的绝对位移。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解本发明不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.一种振动台专用绝对位移测量装置，包括底座部分(1)、设置在所述底座部分(1)上的主体部分(2)、加速度传感器(15)以及用于处理加速度传感器信号的处理系统(5)；所述主体部分(2)顶部设有用于测量位移的传感器组件(3)，其特征在于：所述底座部分(1)与主体部分(2)通过碟簧(4)连接；
所述主体部分(2)内，沿所述主体部分(2)长度方向，设有压缩弹簧(23)；所述压缩弹簧(23)一端连接所述主体部分(2)上端，另一端连接质量块(9)；
在所述底座部分(1)上，所述质量块(9)下方设有可对所述质量块(9)施加吸力的电磁铁(14)；
所述加速度传感器(15)将获得加速度信号传递给处理系统(5)，所述电磁铁(14)将处理系统(5)传递的信号转化成电磁力施加在质量块(22)上。
2.根据权利要求1所述的振动台专用绝对位移测量装置，其特征在于：处理系统(5)将加速度信息转化为电磁力信息的公式为：
式中，F为电磁力；a为加速度传感器(15)测得的加速度幅值；ω为加速度传感器(15)测得的频率；m1为主体部分(2)、夹持装置(3)以及碟簧(4)的总质量；m2为质量块(22)的质量；k2为压缩弹簧(23)刚度；t为时间。
3.根据权利要求1所述的振动台专用绝对位移测量装置，其特征在于：所述主体部分(2)、传感器组件(3)以及碟簧(4)中，只有质量块(22)为受电磁铁(14)磁力影响。
4.根据权利要求1所述的振动台专用绝对位移测量装置，其特征在于：所述传感器组件(3)包括电涡流位移传感器(31)及固定所述电涡流位移传感器(31)的压板(33)。
5.一种扩大吸振器吸振频带方法，其特征在于：基于权利要求1-4中任一所述的振动台专用绝对位移测量装置，通过电磁铁(14)对质量块(22)施加外力，使得该装置在振动台各个频率都有吸振作用；
具体二自由度无阻尼系统运动微分方程为：
令
可以得到：
式中，m1为主体部分(2)、夹持装置(3)以及碟簧(4)的总质量；m2为质量块(22)质量；k1为碟簧(4)刚度；k2为圆柱压缩弹簧(23)刚度；x1为主体部分(2)位移；x2为质量块(22)位移；F为电磁力；F0为振动台对底座部分(1)施加的力；为等效质量；A1为主体部分(2)震动幅值；A2为质量块(22)震动幅值；t为时间；ω为加速度传感器(15)测得的频率；
所述主体部分(2)振动幅值A1为0，即为0时，动力吸振器达到消振作用；对于振动台提供的不同频率ω的震动，调节使得A1保持为0，在任意频率达到消除主体部分2与夹持装置3振动的作用，保持电涡流位移传感器(15)与地面的相对静止。
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