[发明专利]一种应变计动态特性检测装置及其测试方法

权利要求书

1.一种应变计动态特性检测装置，其特征在于：包括激振器(1)、推杆(2)、阻抗头(3)、磁座(4)、试件(5)、信号采集仪(6)、夹具平台(7)、应变计(8)、标准应变获取装置(9)、夹具(10)、信号发生器(11)和功率放大器(12)；

所述激振器(1)和夹具(10)固定在夹具平台(7)上；试件(5)沿竖直方向固定在夹具(10)上；应变计(8)和标准应变获取装置(9)分别安装在试件(5)靠近夹具(10)的应力集中区域的两侧，且应变计(8)与标准应变获取装置(9)的测点相重合；阻抗头(3)安装在试件(5)距离夹具(10)的远端，阻抗头(3)与应变计(8)位于试件(5)的同侧，且阻抗头(3)与应变计(8)的中心位于试件(5)的中心线上；应变计(8)和标准应变获取装置(9)分别粘贴于试件(5)上，阻抗头(3)通过磁座(4)吸附于试件(5)上；阻抗头(3)、应变计(8)和标准应变获取装置(9)分别通过各自的线缆与信号采集仪(6)相连；激振器(1)和阻抗头(3)分别与推杆(2)的两端相连；信号发生器(11)通过线缆与功率放大器(12)相连，功率放大器(12)通过线缆与激振器(1)相连。

2.如权利要求1所述的应变计动态特性检测装置，其特征在于：标准应变获取装置(9)为压电材料制成的高精度应变传感器。

3.使用如权利要求1或2所述的应变计动态特性检测装置的应变计动态特性测试方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

步骤1：获取已知激励下的应变计的响应信号；

搭建上述应变计动态特性检测装置，利用信号发生器(11)输出特征已知的激励信号，激振器(1)产生相应的激励并作用于试件(5)上磁座(4)吸附的区域，利用信号采集仪(6)获取阻抗头(3)的激励信号，与信号发生器(11)输出的激励信号进行对比，验证激励的一致性；与此同时，利用信号采集仪(6)获取同一测点的应变计(8)的应变信号和标准应变获取装置(9)的标准应变信号B(j)；

步骤2：计算当前激励下的应变计(8)获取的应变信号幅值σ和标准应变信号幅值σ₀；

步骤2.1：对应变计(8)获取的应变信号进行经验模态分解，得到有限个本征模态函数(IMF)和一个残余函数之和的形式，即：

式中，x(t)为应变计(8)获取的应变信号，单位为με；为各个IMF分量，单位为με；r(t)为残余函数，单位为με；

步骤2.2：计算各个IMF分量的能量占比：

式中，为第i个IMF分量，单位为με；E_i(j)为第i个IMF分量的能量参数；x(j)为应变计(8)获取的应变信号，单位为με；E_x(j)为应变计(8)获取的应变信号x(j)的能量参数；j为信号的样本点编号；N为信号的样本点总数；ER(i)为第i个IMF分量的能量占比；

步骤2.3：将各个IMF分量按照能量占比从大到小进行排序，得到新的IMF序列：

γ₁(j),γ₂(j)…

步骤2.4：将能量占比最大的IMF分量γ₁(j)作为IMF组合信号H(j)的初始值，将IMF组合信号H(j)与利用标准应变获取装置(9)测取的标准应变信号B(j)进行相关性分析，得到第一相关系数r的初始值：

式中，Cov(H,B)为H(j)与B(j)的协方差，Var(H)和Var(B)分别为H(j)和B(j)的方差；

步骤2.5：将IMF组合信号H(j)的初始值γ₁(j)和γ₂(j)相加并与标准应变信号进行相关性分析，计算第二相关系数z；

与第一相关系数r对比，若第二相关系数z大于等于第一相关系数r，则将γ₁(j)和γ₂(j)作为新的IMF组合信号H(j)，并将第二相关系数z的值赋给第一相关系数r；若相关系数减小，则按能量占比顺序继续将H(j)与下一个IMF分量相加与标准应变信号进行相关性分析；

步骤2.6：重复步骤2.5，当所有IMF分量均经过叠加并完成相关性分析后迭代终止，筛选得到最终的IMF组合信号H(j)即为应变计(8)获取的有效应变信号G(j)；

步骤2.7：分别对筛选出的有效应变信号G(j)进行峰谷值提取并过滤掉小载荷循环，计算峰值序列均值为PT，谷值序列均值为PD，求得应变计(8)获取的有效应变信号的幅值σ为：

σ单位为με

步骤2.8：对标准应变获取装置(9)的标准应变信号B(j)进行峰谷值提取并过滤掉小载荷循环，计算峰值序列均值为PT₀，谷值序列均值为PD₀，求得标准应变获取装置(9)的标准应变信号的幅值σ₀为：

σ₀单位为με

步骤3：时域分析

重复步骤1和步骤2，通过对比应变计(8)获取的有效应变信号幅值σ和标准应变信号幅值σ₀，得到该应变测量系统在特定频率和幅值激励下的动态应变幅值特征；利用应变计(8)获取的应变信号x(j)和筛选得到的有效应变信号G(j)计算得到误差信号ε(j)：

ε(j)＝x(j)-G(j)，单位为με；

步骤4：频域分析

分别对筛选得到的有效应变信号G(j)和标准应变信号B(j)进行傅里叶变换，得到G(j)的主频为f(Hz)，B(j)的主频为f₀(Hz)，对比二者的一致性得到该应变测量系统在特定频率和幅值激励下的动态应变频率特征，f和f₀差值的绝对值即为应变测量系统在当前激励下的频率误差f_ε(Hz)；

f_ε＝|f-f₀|，单位为Hz。

4.如权利要求3所述的应变计动态特性测试方法，其特征在于：步骤1中，所述激励信号为幅值和频率一定的交变载荷信号。