一种负阶跃力源上升时间的评价

　　介绍了一种负阶跃力源上升时间的测量过程,通过在脆性材料断裂试件两侧粘贴细导线,获得其上下两个端面断裂时间差的测量结果,从而估计获得该动态力源产生的负阶跃力的上升时间,对于钢质材料,上升时间可小于30μs,低时可达到12·5μs。而对于陶瓷材料,上升时间可小于10μs,最低时可达到1μs。该结果可用于动态力源的设计和力传感器动态特性校准的参考。

　　0　引言

　　动态力一般是指随时间变化的力,对其自身及变化过程进行测量记录的质量,取决于所用的力传感器的动态特性[1]。该动态特性的校准,需要使用动态力激励源[2-4],尽管有多种不同形式的动态力源,如正弦力源、冲击力源、阶跃力源等,人们对它们的要求主要集中在两个方面:①激励幅度量程;②激励频率范围。前者决定了它能激励的传感器量程,后者决定了它能激励多宽的传感器频带。

　　负阶跃力源的上升时间(或称下降时间)是决定校准频带宽度的关键指标,本文主要介绍一种使用断裂方法产生负阶跃力的动态力源上升时间的评价过程及其结果。

　　1　负阶跃力源及其特点

　　一种典型的负阶跃方法力传感器动态特性校准系统原理框图,如图1所示。

　　                                                                                                            图1　力传感器动态特性校准原理框图

　　该系统由三部分组成:①动态力源(包括动态力发生装置,液压装置,力源检测装置);②数据采集系统;③计算机数据处理系统。

　　如图2所示,动态力源是由液压装置通过压头p、断裂试件m、垫块a与b作用到力传感器q上,当施加的力值F大到一定量值后,导致试件m发生断裂,将对传感器q产生F到0的负阶跃力激励,从而激励出传感器q的动态特性。通过数据采集、计算机系统的模式识别,可以最终获得传感器q的传递函数等动态特性。

　　该方法中,阶跃力幅度的变化和控制通过如下手段实现:①选用不同材质和规格的断裂试件;②调整垫块a与b的间距以及与压头p的相对位置;③在断裂试件上人为制造预损伤。

　　阶跃力上升时间的选取主要通过选用不同材质和规格的断裂试件达到目的,尽量控制让它小于某个已知值。

　　实际上,在力传感器动态特性校准中,除了传感器自身因素外,安装条件及状态也是影响其校准结果的重要因素,人们获得的实验结果,应该是传感器特性及其安装条件和状态综合作用的结果,安装条件及状态的变化将带来校准结果的变化,若不进行规定和统一,传感器的动态特性校准结果将很难具有良好的重复性。