[发明专利]一种基于电磁感应原理的雷电冲击力振动测量传感器

说明书

本发明涉及一种基于电磁感应原理的雷电冲击力振动测量传感器，包括振动传递机构、强磁源、数据采集装置、屏蔽装置，振动传递机构包括连杆和切割线；强磁源包括N磁极、S磁极；数据采集装置包含微电流放大器和数据采集终端；屏蔽装置包含屏蔽箱；本发明针对雷击实验过程中，雷电冲击力作用时间短，实验板振动频率高、振幅小的特点，利用切割磁感线产生感应电流的方式采集振动数据。与现有技术相比，本发明具有设计结构可靠、造价低，适用于多种雷电实验平台等优点。

技术领域

本发明涉及振动力学技术领域，尤其是涉及一种基于电磁感应原理的雷电冲击力振动测量传感器。

背景技术

随着复合材料在飞机蒙皮中的大量应用，因其低电导率和低热导率的特性，雷击损伤会对复合材料造成严重的破坏，现有研究表明，除雷击造成的热损伤以外，雷电冲击力也是造成复合材料损伤的原因之一，但因试验观测手段缺乏，深入研究较少。为研究雷击损伤中雷电冲击力对复合材料层压板的影响，需要试验观测雷击过程中的复合材料层压板振动情况。

传统的振动测量方式可分为接触式测量和非接触式测量。接触式测量主要有力测量和加速度测量为主。因雷电冲击力造成的振动有阻尼衰减的过程，接触式力测量会产生严重的阻尼干扰，加速度测量也存在着无法屏蔽雷击实验中的瞬间强电磁场干扰，导致无法采集数据或者数据严重失真的情况。非接触式测量主要有激光测量和DIC(DigitalImage Correlation)测量等方式。其中激光测量的工程应用中少有满足雷电实验所需响应频率的产品，高频激光测量需要专用实验台，与雷击实验本身的试验台兼容困难，且造价高。DIC测量需要配备满足响应频率的超高速摄像头，价格更为昂贵。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于电磁感应原理的雷电冲击力振动测量传感器。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于电磁感应原理的雷电冲击力振动测量传感器，包括与试验板的测量点连接的振动传动机构，用以为振动传动机机构提供磁场的强磁源，与振动传动机构连接的数据采集装置，以及用以隔绝放电过程中产生的强磁环境的屏蔽装置。

其中，所述振动传动机构包括与试验板的测量点连接的连杆及与连杆的另一端连接的切割线。

所述强磁源包括对应设置并设有一定间距的N磁极和S磁极，连杆与切割线所在平面与N磁极、S磁极之的磁感线垂直。

所述数据采集装置包括与所述切割线依次连接的微电流放大器、示波器和数据处理模块。

进一步地，所述连杆跟随测量点同步振动，使切割线做切割磁感线运动，进而切割N磁极和S磁极之间的磁场，将运动转化为点信号，进而产生感应电流，电流通过微电流放大器将切割磁感线产生的微小感生电流放大后，由示波器采集，并通过数据处理模块内处理为所需振动参数。

进一步地，数据处理模块处理所需振动参数的具体内容为：

数据处理模块将示波器采集到的电信号I(t)，通过已知的物理参数，获取每一时刻对应的测量点速度随时间变化v(t)：

式中，B为磁场强度、L为切割线长度、R为切割线电阻；

根据测量点速度随时间变化v(t)，通过积分获取测量点振幅位移随时间变化d(t)：

式中，T_i为第i个周期的起始点，t为第i周期内某一时刻，T_-1/2为雷电流施加的起始点；

基于所得位移随时间变化d(t)，通过插值拟合得到频率随时间变化曲线，令频率f_j为：