專利名稱：大型多維力傳感器標(biāo)定加載臺的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種多維力傳感器標(biāo)定加載臺領(lǐng)域，特別是涉及該領(lǐng)域中適用于大型
多維力傳感器靜、動態(tài)標(biāo)定的加載裝置。
背景技術(shù)：
傳感器本體結(jié)構(gòu)加工完成后，要進(jìn)行加載標(biāo)定實驗，以確定傳感器的輸入輸出關(guān) 系。加載標(biāo)定裝置在傳感器研制期間占據(jù)著非常重要的地位，加載精度的高低直接決定了 傳感器測量精度的等級。對于單維力傳感器而言，加載標(biāo)定一般在標(biāo)定實驗機(jī)上進(jìn)行，加載 標(biāo)定技術(shù)已十分完善與成熟，且已制定了相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)。而對于多維力傳感器加載標(biāo)定， 還沒有較完善與統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)可供參考，目前國內(nèi)外多維力傳感器研究單位基本是研制出多 維力傳感器后，再來開發(fā)相應(yīng)的多維力加載標(biāo)定裝置。 目前多維力傳感器標(biāo)定力加載，大多采用測力環(huán)式和砝碼式兩種加載方式。其 中測力環(huán)式加載采用頂桿方式，由測力環(huán)讀出加載力，然后由加載帽傳遞到力傳感器上， 這種加載方式可以施加較大的加載力，但讀數(shù)精度、加載分辨率均較低。砝碼式標(biāo)定是采 用砝碼提供標(biāo)準(zhǔn)加載力，具有標(biāo)定穩(wěn)定性高，操作方便等優(yōu)點(diǎn)，在中、小量程多維力傳感器 的標(biāo)定中使用較為普遍。但若將上述兩種加載方式應(yīng)用于大型特別是噸級多維力傳感器 的多維標(biāo)定力加載，則面臨著較大困難大型六維力傳感器標(biāo)定加載過程中，需要在傳感 器二十個方向均可施加大量程載荷，采用上述兩種方式設(shè)計的加載臺，結(jié)構(gòu)體積較大，不 但給現(xiàn)場標(biāo)定實驗人員帶來較大勞動強(qiáng)度，且對于較大噸位力加載基本不能實現(xiàn)，更難于 實現(xiàn)對六維力傳感器施加確定的動態(tài)載荷。為了實現(xiàn)大型多維力傳感器加載標(biāo)定，目前 已提出了一些解決方案如中國專利CN101226095A公開的專利技術(shù)，其原理是用千斤頂 來進(jìn)行加載標(biāo)定，解決了大量程力加載，但力加載標(biāo)定過程中不能實現(xiàn)連續(xù)卸載，自動加 載及其動態(tài)標(biāo)定。另外一種可以提供多維加載力的加載臺已被中國專利CN1727861A公 開，這種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了傳感器多個方向加載，但同樣也存在著加載臺結(jié)構(gòu)體積較大，不能自動 加載及其動態(tài)載荷加載等問題。中國專利ZL200810020512.9公開了一種六維力傳感器 標(biāo)定裝置，適用于大量程六維力傳感器的標(biāo)定裝置，但也不能實現(xiàn)標(biāo)定過程中連續(xù)卸載， 中國專利ZL200510050834. 4公開了 一種無級升降式六維力傳感器標(biāo)定裝置，中國專利 ZL200510050822. 1公開了一種并聯(lián)六維力傳感器標(biāo)定裝置，龍門式框架均采用繩索，減速 機(jī)來施加載荷加載，具有結(jié)構(gòu)簡單、制造成本低等優(yōu)點(diǎn)，但不易實現(xiàn)力矩及其大噸位載荷加 載。 近年來，隨著大型六維力傳感器在航空發(fā)動機(jī)矢量測試，風(fēng)洞實驗以及航天器對 接實驗等應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展，對其靜態(tài)及其動態(tài)實時測量精度的等級提出了更高的要 求。因此對傳感器除完成靜態(tài)標(biāo)定外，還要進(jìn)行其動態(tài)標(biāo)定，以提高傳感器動態(tài)實時測量精 度。但目前采用的標(biāo)定加載力方式基本上還是延續(xù)小型六維力傳感器采用的砝碼式加載方 式，標(biāo)定實驗工作勞動強(qiáng)度大，并且加載標(biāo)定力的分辨率不高，特別是動態(tài)加載標(biāo)定實驗更 難于實現(xiàn)。此外，目前多維力加載標(biāo)定臺多都專型專用，通用性較差，尤其是適用于大型六
3維力傳感器的多維力加載標(biāo)定裝置較少，特別是應(yīng)用于多維力傳感器動態(tài)標(biāo)定能夠提供確定多維力動態(tài)載荷加載的裝置就更鮮于報道，給研制具有良好靜、動態(tài)特性的大型六維力傳感器帶來了障礙。

發(fā)明內(nèi)容
為克服上述現(xiàn)有技術(shù)中大型多維力傳感器標(biāo)定加載臺的不足，本發(fā)明提出了一種
能夠方便地提供大噸位多維力加載、易于實現(xiàn)標(biāo)定力連續(xù)加載、連續(xù)卸載及其動態(tài)加載，且結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，連接拆卸方便的大型多維力傳感器標(biāo)定加載臺解決方案。 本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是標(biāo)定加載臺由加載臺上十字架，加載臺立柱，加載臺下十字架，傳感器固定支座，兩個加載單元及四個加載塊組成；加載單元由加載框架，加載液壓缸，拉壓力傳感器，拉桿組成；加載單元的拉桿可與加載塊五個方向連接，通過調(diào)整兩個加載單元在加載臺立柱和上十字架的安裝方式及其拉桿與加載塊的連接位置，即可實現(xiàn)對多維力傳感器進(jìn)行各維標(biāo)定力加載，考慮到連接拆卸方便，采用了銷軸與孔配合連接方式，有效減小了加載臺的體積；以液壓系統(tǒng)做為動力源，實現(xiàn)大噸位標(biāo)定力的加載，且易于實現(xiàn)自動、連續(xù)，動態(tài)加載。 具體實現(xiàn)方案如下標(biāo)定加載臺由加載臺上十字架，加載臺立柱，加載臺下十字架，傳感器固定支座，兩個加載單元及加載塊組成。加載單元由加載單元框架，加載液壓缸，單維拉壓力傳感器，拉桿組成。上十字架和下十字架通過四個加載臺立柱相連接，下十字架上連接多維力傳感器固定支座，加載臺立柱的同一高度的三個面上設(shè)置用于安裝加載單元的第一安裝孔，上十字架和下十字架端部設(shè)置用于安裝加載單元的第二安裝孔，加載單元和與多維力傳感器相連的加載塊通過銷軸相連接。加載框架安裝在加載臺立柱或上十字架上，加載液壓缸的兩端分別和加載框架的內(nèi)壁、拉壓力傳感器的一端相連接，拉壓力傳感器的另一端與拉桿相連接。拉桿在其一端徑向方向上設(shè)置一個通孔，加載塊的相鄰兩個側(cè)面設(shè)置兩個通孔，其端面設(shè)置一個盲孔，三個孔相互垂直并相交，其內(nèi)安裝所述銷軸。因此加載單元可以連接在每個加載立柱除開口方向的其余五個方向上。通過調(diào)整兩個加載單元在臺架上的安裝位置，并將其拉桿與和多維力傳感器連接的加載塊上對應(yīng)方向上的孔以銷軸相連接；通過加載液壓缸的拉深動作，實現(xiàn)了對安裝在傳感器固定支座上大型多維力傳感器大噸位各維標(biāo)定力加載。施加載荷的具體數(shù)值由與拉桿和加載液壓缸連接的單維標(biāo)準(zhǔn)力傳感器測量；通過自動控制加載油缸壓力，從而實現(xiàn)對多維力傳感器自動加載和動態(tài)加載。
本發(fā)明的有益效果是(l)加載臺結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，體積小且連接拆卸方便，通過組合兩個加載單元的安裝位置，實現(xiàn)了對大型多維力傳感器的各維標(biāo)定力加載。(2)加載力量程大。以液壓系統(tǒng)做為動力源，通過調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力或增大加載油缸缸徑可方便獲得大噸位加載力，同時減少現(xiàn)場標(biāo)定實驗人員勞動強(qiáng)度。(3)加載力連續(xù)調(diào)節(jié)、分辨率高。液壓伺服或比例加載系統(tǒng)易于實現(xiàn)傳感器標(biāo)定過程要求的量程范圍內(nèi)標(biāo)定力連續(xù)加載、連續(xù)卸載，且加載分辨率可通過系統(tǒng)元件調(diào)節(jié)，可實現(xiàn)加載力無級可調(diào)。(4)自動，實時動態(tài)加載。傳感器進(jìn)行動態(tài)標(biāo)定時，需有一標(biāo)準(zhǔn)信號對它激勵。通過液壓伺服系統(tǒng)或比例系統(tǒng)，易于實現(xiàn)自動加載及其確定的動態(tài)加載，以完成傳感器動態(tài)標(biāo)定實驗研究。


圖1為大型多維力傳感器標(biāo)定加載臺的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為加載單元與加載塊連接示意圖； 圖3所示為多維力傳感器X正向標(biāo)定力加載實施示意圖； 圖4所示為多維力傳感器z正向標(biāo)定力加載實施示意圖； 圖5所示為多維力傳感器y負(fù)向標(biāo)定力矩加載實施示意圖； 圖6所示為多維力傳感器z正向標(biāo)定力矩加載實施示意圖。
具體實施例方式
圖1為大型多維力傳感器標(biāo)定加載臺的結(jié)構(gòu)示意圖，包括上十字架(6)，加載臺立 柱(7)，下十字架(8)，兩個加載單元和四個加載塊(5)，上十字架(6)和下十字架(8)通過 四個加載臺立柱(7)相連接，下十字架(8)上連接多維力傳感器固定支座(9)，加載臺立柱
(7) 同一高度的三個面上設(shè)置用于安裝加載單元的第一安裝孔，上十字架(6)和下十字架
(8) 端部設(shè)置用于安裝加載單元的第二安裝孔。加載框架(1)安裝在所述加載臺立柱(7) 的第一安裝孔。 圖2為加載單元與加載塊連接示意圖，由加載框架(1)、加載液壓缸(2)、單維拉壓 力傳感器(3)、拉桿(4)組成，加載液壓缸(2)的兩端分別和加載框架(1)的內(nèi)壁、單維拉壓 力傳感器(3)的一端相連接，單維拉壓力傳感器(3)的另一端與拉桿(4)相連接，加載單元 和與多維力傳感器相連的加載塊(5)通過銷軸(10)相連接。 圖3所示為多維力傳感器11的x正向標(biāo)定力加載實施示意圖，多維力傳感器11 固定在多維力傳感器固定支座9上，此時只需安裝一個加載單元，加載框架1安裝于加載臺 立柱7上，加載液壓缸2的兩端分別和加載框架1的內(nèi)壁、單維拉壓力傳感器3的一端相連 接，單維拉壓力傳感器3的另一端與拉桿4相連接，拉桿4和與多維力傳感器11相連的加 載塊5在其端面水平盲孔內(nèi)通過銷軸10相連接。通過加載液壓缸2收縮帶動與單維拉壓 力傳感器3相連接的拉桿4運(yùn)動，從而完成對多維力傳感器x正向標(biāo)定力加載。x負(fù)向標(biāo)定 力加載及其y正、負(fù)向標(biāo)定力加載，可參考上述實施方式，將加載框架1安裝在加載臺立柱 7相應(yīng)的位置。 圖4所示為多維力傳感器z正向標(biāo)定力加載實施示意圖，多維力傳感器11固定在 多維力傳感器固定支座9上，此時需安裝兩個加載單元，分別將兩個加載框架1安裝在上十 字架6端部相應(yīng)的第二安裝孔，加載液壓缸2的兩端分別和加載框架1的內(nèi)壁、單維拉壓力 傳感器3的一端相連接，單維拉壓力傳感器3的另一端與拉桿4相連接，拉桿4和與多維力 傳感器11相連的加載塊5在其垂直通孔內(nèi)通過銷軸10相連接。通過兩個加載液壓缸2同 時帶動與單維拉壓力傳感器3相連接的拉桿4運(yùn)動，完成對多維力傳感器11的z正向標(biāo)定 力加載。 圖5所示為多維力傳感器y負(fù)向標(biāo)定力矩加載實施示意圖，對多維力傳感器施加 標(biāo)定力矩時，都需兩個加載單元同時使用，當(dāng)在y負(fù)向施加標(biāo)定力矩時，其中一個加載單元 安裝于上十字架6上，即加載框架1安裝在上十字架6端部第二安裝孔，加載液壓缸2的兩 端分別和加載框架1的內(nèi)壁、單維拉壓力傳感器3的一端相連接，單維拉壓力傳感器3的另 一端與拉桿4相連接，拉桿4和與多維力傳感器11相連的加載塊5在其側(cè)面通孔內(nèi)通過銷軸10相連接。另一個加載單元去掉加載框架1后安裝于下十字架8上，即加載液壓缸2的兩端分別和十字架8、單維拉壓力傳感器3的一端相連接，單維拉壓力傳感器3的另一端與拉桿4相連接，拉桿4和與多維力傳感器11相連的加載塊5在其垂直通孔內(nèi)通過銷軸10相連接。該實施方式通過兩個加載液壓缸2同時帶動與單維拉壓力傳感器3相連接的拉桿4運(yùn)動，可完成對傳感器的y負(fù)向力矩施加。參考此實施方式，可實現(xiàn)對多維力傳感器11的z負(fù)向標(biāo)定力加載，y正向標(biāo)定力矩及其x正、負(fù)向標(biāo)定力矩加載。 圖6所示為多維力傳感器11的z正向標(biāo)定力矩加載實施示意圖，此時將兩個加載單元安裝在兩個相對加載臺立柱如圖中所示的兩個側(cè)面，此時加載框架1安裝于加載臺立柱7上，加載液壓缸2的兩端分別和加載框架1的內(nèi)壁、單維拉壓力傳感器3的一端相連接，單維拉壓力傳感器3的另一端與拉桿4相連接，拉桿4和與多維力傳感器11相連的加載塊5在其水平通孔內(nèi)通過銷軸IO相連接。通過兩個加載液壓缸2同時帶動與單維拉壓力傳感器3相連接的拉桿4運(yùn)動，從而完成對多維力傳感器11的z正向標(biāo)定力矩加載。參考此實施方式，通過改變兩個加載單元的安裝位置，可實現(xiàn)對多維力傳感器11的z負(fù)向標(biāo)定力矩加載。
權(quán)利要求
一種大型多維力傳感器標(biāo)定加載臺，其特征是該加載臺包括上十字架(6)，加載臺立柱(7)，下十字架(8)，加載單元和加載塊(5)，所述上十字架(6)和下十字架(8)通過四個加載臺立柱(7)相連接，下十字架(8)上連接多維力傳感器固定支座(9)，所述加載臺立柱(7)同一高度的三個面上設(shè)置用于安裝加載單元的第一安裝孔，所述上十字架(6)和下十字架(8)端部設(shè)置用于安裝加載單元的第二安裝孔，所述加載單元和與多維力傳感器相連的加載塊(5)通過銷軸(10)相連接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的大型多維力傳感器標(biāo)定加載臺，其特征是加載單元由加載框架(1)、加載液壓缸(2)、單維拉壓力傳感器(3)、拉桿(4)組成，加載液壓缸(2)的兩端分別和加載框架(1)的內(nèi)壁、單維拉壓力傳感器(3)的一端相連接，單維拉壓力傳感器(3)的另一端與拉桿(4)相連接。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大型多維力傳感器標(biāo)定加載臺，其特征是加載框架(1)安裝在所述加載臺立柱(7)的第一安裝孔。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的大型多維力傳感器標(biāo)定加載臺，其特征是加載框架(1)安裝在上十字架(6)端部第二安裝孔。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的大型多維力傳感器標(biāo)定加載臺，其特征是所述拉桿(4)在其一端徑向方向上設(shè)置一個通孔，所述加載塊(5)的相鄰兩個側(cè)面設(shè)置兩個通孔，其端面設(shè)置一個盲孔，三個孔相互垂直且相交，其內(nèi)安裝所述銷軸(10)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種大型多維力傳感器標(biāo)定加載臺，該加載臺由上十字架(6)，加載臺立柱(7)，下十字架(8)，多維力傳感器固定支座(9)，加載單元及加載塊(5)組成。加載單元由加載框架(1)，加載液壓缸(2)，單維拉壓力傳感器(3)，拉桿(4)組成。通過組合兩個加載單元的不同安裝位置，及拉桿(4)與加載塊(5)的連接位置，可實現(xiàn)對多維力傳感器的標(biāo)定加載。同現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、緊湊；標(biāo)定加載力量程大，加載精度高，且通過調(diào)節(jié)液壓系統(tǒng)壓力易實現(xiàn)加載力連續(xù)可調(diào)，易于實現(xiàn)標(biāo)定力自動及動態(tài)加載，特別適用于大型多維力傳感器靜、動態(tài)標(biāo)定加載。
文檔編號G01L25/00GK101776506SQ20101010394
公開日2010年7月14日 申請日期2010年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月28日
發(fā)明者丁長濤, 趙延治, 趙鐵石 申請人:燕山大學(xué)