[发明专利]用于航天器正弦振动试验的位移幅值测试装置、方法及系统

权利要求书

1.一种用于航天器正弦振动试验的位移幅值测试装置，其特征在于，包括：

加速度传感器：粘贴于目标测试位置，将目标位置加速度转换为电信号，利用同轴电缆连接至数据采集器的加速度信号采集通道；

数据采集器：通过网线连接至采集计算机，用于目标测试位置加速信号与正弦扫频信号的采集，一个采集通道连接至振动控制仪的同步信号输出通道，其余通道接入目标测试位置的加速度传感器；

振动控制仪：信号源通道连接至振动台功率放大器，按目标谱控制振动台输出，控制输入通道接入控制界面的控制传感器，实现控制界面按目标控制谱振动的闭环控制；

振动台：通过电源线连接至振动台功率放大器，通过控制界面的控制传感器连接至振动控制仪，用于产生振动激励；

控制计算机：通过网线连接至振动控制仪，用于与振动控制仪的交互及控制数据存储；

采集计算机：通过网线连接至数据采集器，用于与数据采集器的交互及采集数据存储；

振动台功率放大器：一端连接至振动控制仪的信号源通道，一端连接至振动台的作动装置，将控制仪输出的小信号进行功率放大并驱动振动台振动。

2.一种用于航天器正弦振动试验的位移幅值测试方法，其特征在于，采用权利要求1所述的用于航天器正弦振动试验的位移幅值测试装置，用于航天器正弦振动试验时对航天器上刚性体或准刚性体的位移幅值进行测量，仅使用加速度传感器作为传感设备，在采集正弦振动试验时的正弦扫频时域信号以及测点加速度响应时域信号的基础上进行，包括如下步骤：

步骤1：在被测航天器的目标单机或载荷上粘贴加速度传感器，将传感器极性的正方向与振动台加载方向的正方向保持一致；

步骤2：将加速度传感器的信号线接入数据采集器加速度采集通道；

步骤3：将振动控制仪的同步正弦扫频信号输出通道接入数据采集器的电压采集通道；

步骤4：执行正弦振动试验至工况结束，采集并存储测点的加速度信号及正弦扫频信号时域曲线；

步骤5：基于加速度信号和正弦扫频信号时域曲线，求取测点位置正弦振动试验时的位移幅值数据。

3.根据权利要求2所述的用于航天器正弦振动试验的位移幅值测试方法，其特征在于，基于正弦扫频信号得到任意采样时刻的频率信息，基于试验频率范围、扫频速率和采样频率，得到任意采样时刻的累计相位与频率；

由于加速度响应信号的时域采样点与正弦扫频信号采样点一一对应，且每一个采样时刻的频率已得知，基于最小二乘法求得加速度响应信号的数学描述；

对加速度响应进行两次积分，获得测点位置正弦振动试验时的位移幅值数据。

4.根据权利要求3所述的用于航天器正弦振动试验的位移幅值测试方法，其特征在于，通过累计相位的方式产生扫频信号，相邻两个采样时刻间的相位信息关系如下：

θ(t_n)＝2πf(t_n)Δt+θ(t_n-1)…………(1)

其中，t_n-1为前一个采样时刻；t_n为当前采样时刻；Δt为采样时间间隔；f(t_n)为当前采样时刻的频率；θ(t_n)为当前采样时刻的相位；

加速度响应信号为：

y(t)＝Asin(2πft+φ)…………(2)

分解为：

y(t)＝acos(2πft)+bsin(2πft)…………(3)

其中，

其中，ft表示加速度响应信号t时刻的频率；φ表示加速度响应信号t时刻的相位；a表示加速度信号余弦分量的幅值；b表示加速度信号正弦分量的幅值。

5.根据权利要求4所述的用于航天器正弦振动试验的位移幅值测试方法，其特征在于，对于多个采样时刻，获得如下方程：

基于每一个采样时刻的f(t)和最小二乘法，求得a与b的最优估计，从而求得加速度响应信号；

对式(2)进行两次积分，得到测点位移，表达式为：

利用加速度传感器获得测点位置正弦振动试验时的位移幅值数据