[发明专利]一种作用力和加速度综合测试方法

说明书

技术领域

本发明属于工程测试领域，涉及一种作用力测试方法，更具体地说，是涉及一种作用力和加速度综合测试方法。

背景技术

目前，基于应变技术的作用力测试方法及装置有很多，无论是二维的还是三维的，大多都是通过多个单向加速度传感器正交结合在一起的，也就是说所测各方向上都需要布置一个质量块，结构比较复杂。另外，也有只使用一个质量块的一体式加速度传感器，其方法是通过一个质量块即可实现三个正交方向的加速度的测试，但其一个平面的加速度测试构件会对正交方向的加速度产生较大的干扰。现有的基于应变技术的加速度传感器要么是在所测各方向上布置专门的质量块，要么就是在所测方向上布置应变片，测试输出的也只是固定的几个方向上的响应值，方法比较死板和单一。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有测试方法比较死板和单一的缺陷，提出一种作用力和加速度综合测试方法。本发明的测试方法精度高，可以实现作用力、惯性力、加速度等的实时精确监测，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。

为实现上述目的，本发明的技术方案为：

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；所述测试方法是：

一、作用力测试

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≤28.3Gpa；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和第二组电阻应变片信号较大时，取方程(1)和方程(2)计算，得出