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一种宽频三轴加速度测量方法

阅读:947发布:2020-05-13

专利汇可以提供一种宽频三轴加速度测量方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且一种宽频三轴 角 加速 度测量方法,通过对四个或者三个三轴线 加速度计 进行合理布局,通过推导测量方法,用来在较宽频段上对三轴角振动进行测试,同时设计 频率 较高的底座,使其能够在较宽频段内实现对三轴 角加速度 的测量,本 发明 提高了三轴角振动测量装置的频带宽度,具有成本低、拓宽 频率范围 的特点。,下面是一种宽频三轴加速度测量方法专利的具体信息内容。

1.一种宽频三轴加速度测量方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一、建立固连系OXYZ,在角加速度测量位置固连系OXYZ中取四个线加速度计测点A、B、C、D,A点位于固连系OXYZ的原点,测点B、C、D分别位于轴X、Y、Z上,与测点A距离为r,根据点的加速度合成公式,有:
其中,aAX表示A点沿X方向的加速度,通过线加速度计进行测量,εX、εY、εZ分别为沿坐标系三个方向的角加速度分量,对公式(1)、(2)、(3)进行化简,可得:
aBY=aAY+εZr+ωXωYr (5)
aBZ=aAZ-εYr+ωXωZr (6)
aCX=aAX-εZr+ωXωYr (7)
aCZ=aAZ+εXr+ωYωZr (9)
aDX=aAX+εYr+ωXωZr (10)
aDY=aAY-εXr +ωYωZr (11)
观察公式(4)-(12),可以得到三轴角加速度的测量公式为:
由于aAX、aAY、aAZ、aBX、aBY、aBZ、aCX、aCY、aCZ、aDX、aDY、aDZ均可由线加速度计进行测量,因此,按公式(13)关系,可以利用四只三轴线加速度计组合,测量三轴角加速度;
步骤二、将四个线加速度计安装在高频角加速度计底座上,按步骤一中所述的固连系OXYZ的四个位置三个方向布置,该底座第一阶模态频率在6000Hz以上,按照加速度传感器设计中使用第一阶模态频率1/3至1/2的惯例,频带宽度达到2000Hz以上;然后将角加速度计安装在需要测量角加速度的位置,根据公式(13)得到三轴角加速度;
步骤三、高频角振动振幅较小,针对小振幅的微振动情况,有
εX,εY,εZ □ωX,ωY,ωZ
(14)
ωX,ωY,ωZ□1
由公式(4)-(12)及公式(14),可以得到微振动情况下的三轴角加速度测量公式为:
公式(15)给出了一种在微振动情况下,利用三只三轴线加速度计测量三轴角加速度
的方法:
微振动情况下,将三只线加速度计安装在高频角加速度计底座表面上,分别按直角位置布置,该底座第一阶模态频率在6000Hz以上,按照加速度传感器设计中使用第一阶模态频率1/3至1/2的惯例,测量频带宽度达到2000Hz以上,然后将角加速度计安装在需要测量角加速度的位置,根据公式(15)得到微振动情况下三轴角加速度。

说明书全文

一种宽频三轴加速度测量方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种三轴角加速度测量方法,特别涉及一种宽频三轴角加速度测量方法。

背景技术

[0002] 角振动测量与线振动测量一样,是振动测量的一项重要内容。目前测量角振动的方法主要是利用陀螺或利用线加速度计组合,测量频带均比较有限,无法准备地对宽频角振动进行测量。
[0003] 陀螺是测量角运动的一种主要方法,然而用于振动测量领域,其测试频带宽度有明显不足,一般在1000Hz以下,无法满足振动试验要求。也可以采用线加速度计组合的方法进行测量,但这种方法目前主要用于单轴角振动测量场合,也没有考虑线加速度计组合安装底座的频率特性,因此测试频带比较有限,无法对高频三轴角振动进行测量。

发明内容

[0004] 为了克服上述现有技术缺陷,本发明的目的在于提供一种宽频三轴角加速度测量方法,通过对多个三轴线加速度计进行合理布局,实现对三轴角加速度的测量;同时为该布局设计频率较高的底座,使其能够在较宽频段内实现对三轴角加速度的测量。
[0005] 为了达到上述目的,本发明的技术方案是这样实现的:
[0006] 一种宽频三轴角加速度测量方法,包括以下步骤:
[0007] 步骤一、建立固连系OXYZ,在角加速度测量位置固连系OXYZ中取四个线加速度计测点A、B、C、D,A点位于固连系OXYZ的原点,测点B、C、D分别位于轴X、Y、Z上,与测点A距离为r,根据点的加速度合成公式,有:
[0008]
[0009]
[0010]
[0011] 其中,aAX表示A点沿X方向的加速度,通过线加速度计进行测量,εX、εY、εZ分别为沿坐标系三个方向的角加速度分量,对公式(1)、(2)、(3)进行化简,可得:
[0012]
[0013] aBY=aAY+εZr+ωXωYr (5)
[0014] aBZ=aAZ-εYr+ωXωZr (6)
[0015] aCX=aAX-εZr+ωXωYr (7)
[0016]
[0017] aCZ=aAZ+εXr+ωYωZr (9)
[0018] aDX=aAX+εYr+ωXωZr (10)
[0019] aDY=aAY-εXr+ωYωZr (11)
[0020]
[0021] 观察式公式(4)-(12),可以得到三轴角加速度的测量公式为:
[0022]
[0023] 由于aAX、aAY、aAZ、aBX、aBY、aBZ、aCX、aCY、aCZ、aDX、aDY、aDZ均可由线加速度计进行测量,因此,按公式(13)关系,可以利用四只三轴线加速度计组合,测量三轴角加速度;
[0024] 步骤二、将四个线加速度计安装在高频角加速度计底座上,按步骤一中所述的固连系OXYZ的四个位置三个方向布置,该底座第一阶模态频率在6000Hz以上,按照加速度传感器设计中使用第一阶模态频率1/3至1/2的惯例,频带宽度达到2000Hz以上;然后将角加速度计安装在需要测量角加速度的位置,根据公式(13)得到三轴角加速度;
[0025] 步骤三、高频角振动振幅较小,针对小振幅的微振动情况,有:
[0026] εX,εY,εZ□ωX,ωY,ωZ
[0027] (14)
[0028] ωX,ωY,ωZ□1
[0029] 由公式(4)-(12)及公式(14),可以得到微振动情况下的三轴角加速度测量公式为:
[0030]
[0031] 公式(15)给出了一种在微振动情况下,利用三只三轴线加速度计测量三轴角加速度的方法;
[0032] 微振动情况下,将三只线加速度计安装在高频角加速度计底座表面上,分别按直角位置布置,该底座第一阶模态频率在6000Hz以上,按照加速度传感器设计中使用第一阶模态频率1/3至1/2的惯例,测量频带宽度达到2000Hz以上,然后将角加速度计安装在需要测量角加速度的位置,根据公式(15)得到微振动情况下三轴角加速度。
[0033] 本发明有以下优点:
[0034] (1)拓宽了角振动测量的频率范围。采用本发明可以在较宽频带上对三轴角振动进行测量,测量频带宽度与线振动测量频带宽度相同。
[0035] (2)便于实际应用。按照本发明方法,利用线加速度计测量信号进行加权平均即可测得三轴角振动情况。在工程用多通道振动控制仪中,一般都具备测量信号加权平均功能,因此可以方便的对三轴角振动情况进行测量。
[0036] (3)在微振动情况下,采用三只三轴加速度计即可测量三轴角加速度,可以降低试验成本。附图说明
[0037] 图1是三轴角振动测量原理图。
[0038] 图2是宽频三轴角加速度计设计示意图。
[0039] 图3是适用于微振动的宽频三轴角加速度计设计示意图。

具体实施方式

[0040] 下面结合附图对本发明作详细叙述。
[0041] 一种宽频三轴角加速度测量方法,包括以下步骤:
[0042] 步骤一、参照图1,建立固连系OXYZ,在角加速度测量位置固连系OXYZ中取四个线加速度计测点A、B、C、D,A点位于固连系OXYZ的原点,测点B、C、D分别位于轴X、Y、Z上,与测点A距离为r,根据点的加速度合成公式,有:
[0043]
[0044]
[0045]
[0046] 其中,aAX表示A点沿X方向的加速度,通过线加速度计进行测量,εX、εY、εZ分别为沿坐标系三个方向的角加速度分量,对公式(1)、(2)、(3)进行化简,可得
[0047]
[0048] aBY=aAY+εZr+ωXωYr (5)
[0049] aBZ=aAZ-εYr+ωXωZr (6)
[0050] aCX=aAX-εZr+ωXωYr (7)
[0051]
[0052] aCZ=aAZ+εXr+ωYωZr (9)
[0053] aDX=aAX+εYr+ωXωZr (10)
[0054] aDY=aAY-εXr+ωYωZr (11)
[0055]
[0056] 观察公式(4)-(12),可以得到三轴角加速度的测量公式为
[0057]
[0058] 由于aAX、aAY、aAZ、aBX、aBY、aBZ、aCX、aCY、aCZ、aDX、aDY、aDZ均可由线加速度计进行测量,因此,按公式(13)关系,可以利用四只三轴线加速度计组合,测量三轴角加速度;
[0059] 步骤二、参照图2,四只三轴线加速度计安装的方式为:将四个线加速度计安装在高频角加速度计底座上,可以利用通用压板或胶粘的方式,按步骤一中所述的固连系OXYZ的四个位置三个方向布置,该底座第一阶模态频率在6000Hz以上,按照加速度传感器设计中使用第一阶模态频率1/3至1/2的惯例,频带宽度达到2000Hz以上;然后将角加速度计安装在需要测量角加速度的位置,根据公式(13)得到三轴角加速度;
[0060] 步骤三、一般来说,高频角振动振幅较小,针对小振幅的微振动情况,有
[0061] εX,εY,εZ□ωX,ωY,ωZ
[0062] (14)
[0063] ωX,ωY,ωZ□1
[0064] 由公式(4)-(12)及公式(14),可以得到微振动情况下的三轴角加速度测量公式为:
[0065]
[0066] 公式(15)给出了一种在微振动情况下,利用三只三轴线加速度计测量三轴角加速度的方法;
[0067] 微振动情况下,三只三轴线加速度计的安装方式为:将三个线加速度计安装在高频角加速度计底座表面上,可以利用通用压板或胶粘的方式,分别按直角位置布置,如图3所示,该底座第一阶模态频率在6000Hz以上,按照加速度传感器设计中使用第一阶模态频率1/3至1/2的惯例,测量频带宽度达到2000Hz以上,然后将角加速度计安装在需要测量角加速度的位置,根据公式(15)得到微振动情况下的三轴角加速度。在微振动测量情况下,只使用了三只三轴线加速度计,成本更低,但仅适用于小振幅的微振动情况。
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