固有频率和阻尼度的测试方法研究

　　本文的研究目的是经过技术研究和试验分析，建立扭矩传感器的动态特性的计量测试方法。鉴于扭矩传感器是弹性敏感元件，在动态状况下，一般可简化或等效成一个多自由度和小阻尼的线性系统，其固有频率ωn和阻尼度ξ是两个最基本和最主要的动态参数，它反映了扭矩传感器最基本的动态特性指标。通过研究阶跃激励法、正弦激励法、力锤激励法三种试验方法，了解了扭矩传感器的动态特性，为建立扭矩传感器动态特性的计量测试方法打下基础。

　　1 测试方法

　　1.1 阶跃激励法

　　阶跃激励法是在扭矩传感器输入端加一纯扭矩，另一端用法兰固定，在受力圆周上配置两只加速度计(图1)。当用电磁分离器或剪切器剪断钢丝时，扭矩传感器突然卸载，形成负阶跃扭矩，通过加速度计的信号来判断相位、峰值、频率。加速度计和扭矩的输出信号同时送到动态信号采集与分析装置，电磁分离器信号也同时输入动态信号采集与分析装置。经数据处理，得出传感器的固有频率和阻尼度。

　　1.2 正弦激励法

　　正弦激励法是在扭矩传感器输入端加一正弦激励(图2)。力值的大小由动态性能好的力值传感器测量，该力值乘以圆盘半径，即为扭矩。加速度计配置和功用与阶跃激励法一样。将二个加速度计信号、力传感器信号、扭矩传感器信号同时输入动态信号采集与分析装置。经数据处理得出固有频率和阻尼度。

　　1.3 力锤冲击激励法

　　力锤冲击激励法，采用力锤锤击产生力矩(图3)。加速度计配置和功用与阶跃激励法相同。将扭矩传感器信号、加速度计信号、力锤信号同时输入动态信号采集与分析装置。经数据处理和相关分析，得到传感器固有频率和阻尼度。

　　1.4 其它相关动态参数的获得

　　上述三种方法测量的是扭矩传感器的固有频率和阻尼度，其它如延时、超调量等参数都可通过计算得到。

　　2 关键技术

　　实施上述测试方法并得到满意的效果必须进行理论上的探索和具体方法实施技术的研究，本文采用结构动力学分析和传递函数测量法，根据模态试验理论，将扭矩传感器安装在专门设计的计量装置上，对扭矩传感器施加已知的标准动态扭矩激励，用力传感器和加速度传感器测出动态输入和输出响应，通过数据采集装置和计算机组成的动态信号分析仪进行数据处理，求出时域、频域的各项动态参数，并用相关和相干分析以及现代信号分析方法排

　　除噪声和干扰，判别测试结果的准确性并进行补偿校正，这种方法是可以得到动态扭矩的有关参数的，从而可建立起一套完整的动态扭矩计量测试方法。