标准动态力发生装置国内外研究现状

　　1　引言

　　随着社会的发展和科学的进步,人们涉足的领域越来越广,对计量测试技术也越来越多地提出新的要求。动态力值计量问题越来越引起人们的重视。人们对力值计量在相当长的一段时间里仅局限于静态力值的计量,随着近代高精度测试仪器的发展,力值静态计量的手段与方法已日趋完善,计量精度也在不断提高。而对于动态力值则往往是采用“静标动用”的方法进行,即仅依据计量器具静态校准的数据结果作为动态测试的依据。其结果是,在静态校准中精度很高的计量器具,在动态测试中却可能出现高达百分之百的动态误差。由此可见,动态力值计量具有广泛而深远的意义,尤其在确保国家的航空航天工业向高、精、尖迈进,确保军事工业向现代化方向发展,乃至确保综合国力的增强均有着举足轻重的作用。

　　标准动态力发生装置用于复现标准动态力。动态力值国家基准由标准动态力发生装置组成,它的研究状况充分地反映了一个国家在动态力值计量技术中的地位。根据标准动态力发生装置输出力信号的形式,目前国内外可查询到的力源装置可分为稳态正弦激振力源、脉冲式力源及阶跃式力源等。

　　2　稳态正弦激振力源

　　该力源的特点是输出稳态正弦激励信号,可通过扫频的方法得出力传感器的动态特性。力源一般由电磁振动台产生,其基本原理是通电线圈(动圈)在磁场中将受到洛伦兹力:

式中F(t)———磁场中动圈所受力

　　n———动圈的匝数

　　I(t)———动圈中电流

　　L———动圈每匝长度

　　B———动圈所在磁场的磁感应强度

　　图1为德国PTB实验室中的振动台力源示意图[2],它为一种典型的稳态正弦激振力源。信号分析仪中信号源产生一定频率的正弦周期信号,经功率放大器推动电磁振动台工作,振动台台面上安装着待标力传感器,力传感器上连着负载质量块,负载质量块上安装着测量其加速度大小的加速度计,则力传感器上感受到力 F的大小为:

式中m_load———负载质量块的质量

　　m_end———力传感器的等效质量

　　a———负载质量块的加速度大小(加速度计输出)

　　由式(2)知,只要改变负载质量块的质量,即可改变力值。设力传感器输出由二次仪表测得为Uf,力传感器在该频率点下的灵敏度为Sf,则结合式(2)可得

　　改变力值大小(改变mload),由式(3)得出一组方程之后,可由最小二乘法得到该频率点下的Sf与mload(假设力传感器的动态特性与所加力值无关)。

　　在一定频率范围内改变信号源输出信号的频率,可得不同频率点下的传感器灵敏度,即可得传感器的动态特性指标—灵敏度频率响应。