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压电杆式天平六维力测量研究

振动与冲击 2024年第17期43卷 177-183页

作者：钱致光任宗金王宇航王郁赫徐馨大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024

风洞测力天平是飞行器气动力研究的重要设备。针对某些风洞实验中飞行器模型内腔空间有限、高动态测量的现实需求,提出了单晶片面域划分多区域测量的压电式多维力测量方法。计算了六维力下石英晶片感应电荷密度分布,由此划分晶片面域,... 详细信息

风洞测力天平是飞行器气动力研究的重要设备。针对某些风洞实验中飞行器模型内腔空间有限、高动态测量的现实需求,提出了单晶片面域划分多区域测量的压电式多维力测量方法。计算了六维力下石英晶片感应电荷密度分布,由此划分晶片面域,得到六维力解耦公式,并使用COMSOL软件对压电晶片施加力/力矩,仿真晶片感应电荷分布,验证理论模型的正确性。开发压电杆式天平及其标定装置,对压电杆式天平进行静动态标定试验,天平非线性误差不超过1.31%,重复性误差不超过1.00%,固有频率高于2 700 Hz,验证了在天平安装空间狭小情况下,使用压电晶片分区面域测量高频六维动态力的可行性。

关键词：压电式天平电荷分布六维力测量分区面域标定试验

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压电式多维力传感器研究

仪表技术与传感器 2024年第3期 29-32,56页

作者：张军仲育颉任宗金钱敏王郁赫张鹏大连理工大学机械工程学院高性能精密制造全国重点实验室

针对传统压电测力仪有效测试区域有限、在不同测试位置输出结果不一致、扭矩值获取繁琐的等问题,基于传感器布置方式及石英晶片切型的特点,提出一种采用正八边形晶片的多维力传感器。在理论分析的基础上,通过计算仿真验证了正八边形晶... 详细信息

针对传统压电测力仪有效测试区域有限、在不同测试位置输出结果不一致、扭矩值获取繁琐的等问题,基于传感器布置方式及石英晶片切型的特点,提出一种采用正八边形晶片的多维力传感器。在理论分析的基础上,通过计算仿真验证了正八边形晶片的设计合理性。对研制的多维力传感器进行了标定实验,标定结果显示:各传感器切向灵敏度高、各向线性及重复性好、向间干扰小,具有良好的测试性能。

关键词：切削力测量压电式测力仪压电传感器标定实验

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六维压电风洞盒式天平研究

传感器与微系统 2024年第10期43卷 31-34页

作者：焦林虎任宗金张军李小刚王碧玲大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024 中国航空工业空气动力研究院辽宁沈阳110034

风洞试验是气动力载荷的精确测量手段。针对风洞试验中高频多维气动力的测量特点,采用压电测量元件,开发了一种适用于风洞试验中高频六维气动力测量的盒式天平。根据力与力矩平衡关系建立了输入与输出之间的理论输出模型,通过力传递关... 详细信息

风洞试验是气动力载荷的精确测量手段。针对风洞试验中高频多维气动力的测量特点,采用压电测量元件,开发了一种适用于风洞试验中高频六维气动力测量的盒式天平。根据力与力矩平衡关系建立了输入与输出之间的理论输出模型,通过力传递关系及有限元仿真对气动热作用下天平被动输出进行了分析,并通过标定试验获得了天平性能指标。结果表明,该盒式天平在结构和材料上可抵抗测试过程中的温变干扰,温变影响系数小于0.5%,线性度和重复性误差分别低于0.4%和0.5%,最大相间干扰解耦后低于1.5%,三向一阶固有频率皆高于3000Hz,具有高固有频率、高精度的优良性能。

关键词：风洞试验高频多维气动力压电盒式天平气动热作用分析标定实验

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压电力传感器信号处理与采集系统设计

仪表技术与传感器 2024年第9期 13-17页

作者：孟庆增任宗金李新阳张军龚熙杰大连理工大学机械工程学院

为解决旋转式压电测力仪电荷信号的处理和传输难题,设计了一套基于压电力传感器的信号处理与采集系统。设计基于ADA4530-1的信号调理电路实现传感器输出电荷信号的转换放大,基于STM32实现模数转换,采用蓝牙模块实现信号的无线传输,搭建... 详细信息

为解决旋转式压电测力仪电荷信号的处理和传输难题,设计了一套基于压电力传感器的信号处理与采集系统。设计基于ADA4530-1的信号调理电路实现传感器输出电荷信号的转换放大,基于STM32实现模数转换,采用蓝牙模块实现信号的无线传输,搭建基于LabVIEW的上位机软件进行力信号的采集。利用标准压电传感器对信号处理与采集系统进行实验测试,结果表明:信号调理电路模块的测量误差在0.2%以下,无线传输功能正常,上位机软件能够实时采集力信号数据,相对误差在0.5%以下,能够满足使用需求。

关键词：旋转式测力仪压电信号调理无线传输上位机实验测试

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全动舵面载荷测量的压电天平设计与误差分析

哈尔滨工业大学学报 2018年第1期50卷 181-185页

作者：李盼杨睿任宗金钱卫大连理工大学机械工程学院辽宁大连116024 大连理工大学航空航天学院辽宁大连116024

针对大载荷、狭窄安装空间的全动舵面气动载荷测量风洞试验,设计一种四支点三向力压电传感器并联式天平.选择压电石英作为天平的力敏元件,讨论四支点三向力传感器在其中的空间布局及其测量原理,研究并联式天平的标定方法,并对天平进行... 详细信息

针对大载荷、狭窄安装空间的全动舵面气动载荷测量风洞试验,设计一种四支点三向力压电传感器并联式天平.选择压电石英作为天平的力敏元件,讨论四支点三向力传感器在其中的空间布局及其测量原理,研究并联式天平的标定方法,并对天平进行静态标定、复合加载试验.应用基于标定矩阵的求解矩阵广义逆的静态解耦算法进行解耦,从传感器等效作用点偏移的角度,利用ANSYS有限元软件分析并联式压电天平误差产生机理.实验结果表明:该天平的最大非线性误差和重复性误差分别为1.352%、1.019%,最大向间干扰系数为2.865%,复合加载对竖直力的测量精度影响较小,而对弯矩影响较为明显;天平静态标定指标均满足测试精度要求,但不同加载方向及其大小对传感器间距的影响各异,复合加载时,间距影响相互叠加,使天平测量精度降低,此天平并不适用于多向载荷测量.

关键词：风洞天平压电传感器天平标定解耦等效作用点

轨/姿控火箭发动机推力矢量动态测试系统测量原理与动态性能

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航空学报 2009年第11期30卷 2037-2044页

作者：任宗金孙宝元张军钱敏大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室辽宁大连116024

基于国防和航天对轨/姿控火箭发动机脉冲推力矢量动态测试的重大需求,以压电石英为力敏,研制了压电式推力矢量动态测试系统。在探讨推力矢量描述参数及计算的基础上,提出了一种推力矢量测量方案。根据静力平衡原理,推导了求解推力矢量... 详细信息

基于国防和航天对轨/姿控火箭发动机脉冲推力矢量动态测试的重大需求,以压电石英为力敏,研制了压电式推力矢量动态测试系统。在探讨推力矢量描述参数及计算的基础上,提出了一种推力矢量测量方案。根据静力平衡原理,推导了求解推力矢量的一般方程。改进了非线性模态分析方法,以所获取的实际动态响应曲线为基础,建立了测试系统的理论动力学模型,利用拉普拉斯变换与逆变换、卷积定理,研究了系统的动态性能和脉冲推力测量性能。针对脉冲推力测量过程中所产生的误差,提出了一种基于理论动力学模型的加速度补偿算法。实验结果证明了测量方案和加速度补偿算法的可行性。

关键词：推力测量模态分析动态响应加速度

轨/姿控火箭发动机推力动态测试系统建模分析

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大连理工大学学报 2008年第5期48卷 668-672页

作者：孙宝元任宗金钱敏张军大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室辽宁大连116024

根据轨/姿控火箭发动机脉冲点火方式下动态推力测试的特点和要求,设计了推力动态测试系统并进行动力学建模,采用模态分析理论研究系统的动态性能,并进行幅频特性与相频特性分析,为该系统在微阻尼条件下测试的不失真提供了理论依据.结合... 详细信息

根据轨/姿控火箭发动机脉冲点火方式下动态推力测试的特点和要求,设计了推力动态测试系统并进行动力学建模,采用模态分析理论研究系统的动态性能,并进行幅频特性与相频特性分析,为该系统在微阻尼条件下测试的不失真提供了理论依据.结合该模型,对测试信号进行傅里叶变换,通过系统幅相频特性与不同频率信号进行代数运算的方法,求得了测试系统动态测试误差,从理论上证明测试系统动态性能满足设计要求.

关键词：火箭发动机动态测试动态性能

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组合支撑方式下气动多维力多点测量研究

中国机械工程 2022年第2期33卷 170-175,186页

作者：任宗金李洋徐田国吕江山洪吉大连理工大学机械工程学院大连116024

飞行器的设计通常需以其模型在风洞试验中所获取的气动载荷为依据。对于大尺寸、大长径比的飞行器模型,其测试空间受限,常规支撑装置与测量方法难以满足风洞试验的尺寸与动态特性要求。针对上述问题,以压电传感器为核心测试元件,提出了... 详细信息

飞行器的设计通常需以其模型在风洞试验中所获取的气动载荷为依据。对于大尺寸、大长径比的飞行器模型,其测试空间受限,常规支撑装置与测量方法难以满足风洞试验的尺寸与动态特性要求。针对上述问题,以压电传感器为核心测试元件,提出了一种结合张线支撑和尾部支撑的组合支撑方式,开发了一种支撑装置与测试元件一体化的气动多维力测试系统。分析了模型所受气动力与支撑反力之间的平衡关系,建立了作用在模型上的气动多维力与测力单元输出的力学模型。对所需测力单元进行静态标定,以获取各测力单元的输入输出性能。对系统整体进行标定实验,静态标定实验结果表明,测试系统非线性与重复性误差均小于1%,向间干扰最大值为2.04%;动态脉冲激励实验结果表明,该测试系统三个方向的一阶固有频率分别为195 Hz、136 Hz和273 Hz,测试系统的动态特性得到了显著提高。

关键词：气动多维力压电传感器风洞试验组合支撑标定实验

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三向力作用下石英晶块应力分布及力传感研究

压电与声光 2019年第5期41卷 661-665页

作者：任宗金刘帅张军赵毅大连理工大学机械工程学院

针对当前压电三向力传感器采用多片叠堆而存在定位难、制作过程复杂的问题,该文提出了一种以立方体石英晶块作为力敏元件的新型压电三向力测试装置。对空间三向力作用下压电石英晶块表面应力分布规律进行研究,由压电效应“力-电”转换... 详细信息

针对当前压电三向力传感器采用多片叠堆而存在定位难、制作过程复杂的问题,该文提出了一种以立方体石英晶块作为力敏元件的新型压电三向力测试装置。对空间三向力作用下压电石英晶块表面应力分布规律进行研究,由压电效应“力-电”转换公式建立各表面应力与感生电荷密度的数学模型。在得到特定面域内电荷量与三向力间映射关系的基础上,完成了新型压电三向力测试装置的结构设计,并进行了静态标定实验。实验结果表明,该新型压电三向力测试装置的线性度为1.39%,重复性为4.52%,向间干扰为5.02%,说明利用石英晶块也可实现三向力测量。

关键词：三向力测量压电效应石英晶块分区面域解耦