一种利用压电式传感器反推小球质量的测试方法技术

本发明专利技术公开了一种利用压电式传感器反推小球质量的测试方法，提供一种测试装置，所述测试装置包括用于对下落小球进行夹持的柔性夹持爪、用于固定柔性夹持爪且高度可调的测量支架、用于稳固压电式传感器的稳定支撑结构以及与压电式传感器的非受力面直接连接且用于减少压电式传感器的受力面在被下落小球砸中时发生的待测力分流的连接结构；所述压电式传感器的受力面包括第一测试区域、第二测试区域和第三测试区域，压电式传感器的输出端经过放大倍数确定的共射放大电路后输出瞬时受力图谱。本发明专利技术提供了一种操作简单且测量精准度高的压电式传感器的测试方法。

【技术实现步骤摘要】
一种利用压电式传感器反推小球质量的测试方法
本专利技术涉及压电式传感器测试
，具体为一种利用压电式传感器反推小球质量的测试方法。
技术介绍
压电式传感器采用压电陶瓷或压电晶体作为敏感元件，当压电陶瓷受拉压或剪切时，会形成感应电荷和感应电压，通过测量感应电荷或感应电压的大小来获取振动力的幅值。压电式振动力传感器具有性能稳定、测量频带宽等优点，获得了广泛应用。但是，现有的压电式传感器的测试方法的测量精度普遍偏低，在测量微小振动时具有较大的局限性。主要表现为灵敏度难以满足要求，在测量活动部件的微振动时，感应电压的大小往往与背景噪声量级相当，无法准确获取活动部件的扰动特性。现有的压电式传感器的测试方法存在的另一个问题是无法获取精准的测量数据，专利号为CN201410291350.8的专利技术专利专利技术了并联3-SPU六维测力传感器，通过拉压传感器与球铰和万向铰连接构成空间机构，实现六维力测量，由于避免了弹性构件，其刚度和精度均显著提高，但铰链等活动部件会引起小幅摩擦，容易对微小力测量形成干扰。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供了一种利用压电式传感器反推小球质量的测试方法，该测试方法操作简单且测量精准度高。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种利用压电式传感器反推小球质量的测试方法，提供一种测试装置，所述测试装置包括用于对下落小球进行夹持的柔性夹持爪、用于固定柔性夹持爪且高度可调的测量支架、用于稳固压电式传感器的稳定支撑结构以及与压电式传感器的非受力面直接连接且用于减少压电式传感器的受力面在被下落小球砸中时发生的待测力分流的连接结构；所述压电式传感器的受力面包括第一测试区域、第二测试区域和第三测试区域，压电式传感器的输出端经过放大倍数确定的共射放大电路后输出瞬时受力图谱；测试方法包括根据测试策略进行小球下落实验以及依据数据处理策略对实验数据和瞬时受力图谱进行计算求出小球测量质量m；所述测试策略包括调整小球下落方向的下落匹配步骤以及进行测试的第一测试步骤、第二测试步骤、第三测试步骤，所述下落匹配步骤被配置为使第一测试步骤下的小球下落方向落入第一测试区域内部，使第二测试步骤下的小球下落方向落入第二测试区域内部，使第三测试步骤下的小球下落方向落入第三测试区域内部；所述数据处理策略包括：根据公式一从压电式传感器输出的瞬时受力图谱中计算下落小球与压电式传感器第一次接触过程的冲量值I，公式一为：所述小球标准质量为M，下落高度为h,从压电式传感器输出的瞬时受力图谱中读出下落小球与压电式传感器第一次接触的初始时刻t0、第一次接触完成的末时刻t1以及回弹后与压电式传感器第二次下落接触的初始时刻t2；根据公式二计算出冲量变化值，公式二为：I＝ΔP＝mv1-mv0(记v1方向为正方向)；根据公式三计算出v0，公式三为：根据公式四计算出v1，公式三为：将根据公式一计算出的第一次接触过程的冲量值I、根据公式三计算出的v0和公式四计算出的v1的数值带入公式二中，求出小球测量质量m并与小球标准质量为M进行对比。优选的，所述第一测试步骤包括将第一质量小球从第一指定高度无初始速度落下的子步骤A1、将第一质量小球从第二指定高度无初始速度落下的子步骤B1以及将第二质量小球从第二指定高度无初始速度落下的子步骤C1。优选的，所述第二测试步骤包括将第一质量小球从第一指定高度无初始速度落下的子步骤A2、将第一质量小球从第二指定高度无初始速度落下的子步骤B2以及将第二质量小球从第二指定高度无初始速度落下的子步骤C2。优选的，所述第三测试步骤包括将第一质量小球从第一指定高度无初始速度落下的子步骤A3、将第一质量小球从第二指定高度无初始速度落下的子步骤B3以及将第二质量小球从第二指定高度无初始速度落下的子步骤C3。优选的，所述柔性夹持爪上设置有与第一质量小球直接接触的第一软橡胶连接部，用于减少柔性夹持爪张开时产生的机械振动。优选的，所述柔性支架被设置为还包括用于减少压电式传感器受环境干扰产生机械振动的第二软橡胶连接部。优选的，所述第二软橡胶连接部与压电式传感器直接相连。优选的，所述测量支架上竖直开设有第一滑槽，且测量支架下方设有第一无杆气缸，测量支架的上部设有与第一滑槽相匹配的水平调整板，第一无杆气缸用于驱动水平调整板沿第一滑槽上下移动。优选的，所述水平调整板上通过第二滑槽滑动安装有第一伸缩气缸，所述第一伸缩气缸的自由端固定连接有连接杆。优选的，所述柔性夹持爪的一端固定安装第一夹持气缸，第一夹持气缸用于驱动柔性夹持爪进行夹持或放松的操作；所述第一夹持气缸远离柔性夹持爪的一端与连接杆固定连接。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的利用压电式传感器反推小球质量的测试方法，通过设置传感器稳固步骤，且传感器稳固步骤被配置为利用柔性支架对压电式传感器进行稳固夹持，以减少待测力的分流，并且通过在柔性夹持爪上设置有与第一质量小球直接接触的第一软橡胶连接部，用于减少柔性夹持爪张开时产生的机械振动。柔性支架被设置为包括减少压电式传感器在被下落小球砸中时发生的位置偏移的稳定支撑结构，由此减少了测量过程中产生的机械振动以及待测力的分流，提高了测量数据的准确度。本专利技术的利用压电式传感器反推小球质量的测试方法，通过将压电式传感器的输出端经过放大倍数确定的共射放大电路后输出瞬时受力图谱，由此可以将待测量的微振动的感应电压的大小进行放大，由此提高了压电式传感器测试的准确度。附图说明图1为本专利技术一种利用压电式传感器反推小球质量的测试方法的子步骤B1中压电式传感器的输出端经过放大倍数为的共射放大电路后输出瞬时受力图谱；图2为本专利技术一种利用压电式传感器反推小球质量的测试方法中柔性支架和测量支架连接的结构示意图；图3为本专利技术一种利用压电式传感器反推小球质量的测试方法中测量支架的结构示意图；图4为本专利技术一种利用压电式传感器反推小球质量的测试方法中柔性夹持爪的结构示意图；图5为本专利技术一种利用压电式传感器反推小球质量的测试方法中稳定支撑结构的结构示意图。图中：1、测量支架；101、第一滑槽；102、水平调整板；103、第二滑槽；104、第一伸缩气缸；105、连接杆；106、第一夹持气缸；2、柔性夹持爪；201、第一软橡胶连接部；3、连接结构；301、第二软橡胶连接部；4、压电式传感器；5、稳定支撑结构。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。如图2所示，本专利技术提供的一种实施例：一种利用压电式传感器4反推小球质量的测试方法，提供一种测试装置，所述测试装置包括用于对下落小球进行夹持的柔性夹持爪2、用于固定柔性夹持爪2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种利用压电式传感器反推小球质量的测试方法，其特征在于，提供一种测试装置，所述测试装置包括用于对下落小球进行夹持的柔性夹持爪、用于固定柔性夹持爪且高度可调的测量支架、用于稳固压电式传感器的稳定支撑结构以及与压电式传感器的非受力面直接连接且用于减少压电式传感器的受力面在被下落小球砸中时发生的待测力分流的连接结构；/n所述压电式传感器的受力面包括第一测试区域、第二测试区域和第三测试区域，压电式传感器的输出端经过放大倍数确定的共射放大电路后输出瞬时受力图谱；/n测试方法包括根据测试策略进行小球下落实验以及依据数据处理策略对实验数据和瞬时受力图谱进行计算求出小球测量质量m；/n所述测试策略包括调整小球下落方向的下落匹配步骤以及进行测试的第一测试步骤、第二测试步骤、第三测试步骤，所述下落匹配步骤被配置为使第一测试步骤下的小球下落方向落入第一测试区域内部，使第二测试步骤下的小球下落方向落入第二测试区域内部，使第三测试步骤下的小球下落方向落入第三测试区域内部；/n所述数据处理策略包括：/n根据公式一从压电式传感器输出的瞬时受力图谱中计算下落小球与压电式传感器第一次接触过程的冲量值I，公式一为：

【技术特征摘要】
1.一种利用压电式传感器反推小球质量的测试方法，其特征在于，提供一种测试装置，所述测试装置包括用于对下落小球进行夹持的柔性夹持爪、用于固定柔性夹持爪且高度可调的测量支架、用于稳固压电式传感器的稳定支撑结构以及与压电式传感器的非受力面直接连接且用于减少压电式传感器的受力面在被下落小球砸中时发生的待测力分流的连接结构；
所述压电式传感器的受力面包括第一测试区域、第二测试区域和第三测试区域，压电式传感器的输出端经过放大倍数确定的共射放大电路后输出瞬时受力图谱；
测试方法包括根据测试策略进行小球下落实验以及依据数据处理策略对实验数据和瞬时受力图谱进行计算求出小球测量质量m；
所述测试策略包括调整小球下落方向的下落匹配步骤以及进行测试的第一测试步骤、第二测试步骤、第三测试步骤，所述下落匹配步骤被配置为使第一测试步骤下的小球下落方向落入第一测试区域内部，使第二测试步骤下的小球下落方向落入第二测试区域内部，使第三测试步骤下的小球下落方向落入第三测试区域内部；
所述数据处理策略包括：
根据公式一从压电式传感器输出的瞬时受力图谱中计算下落小球与压电式传感器第一次接触过程的冲量值I，公式一为：
所述小球标准质量为M，下落高度为h,从压电式传感器输出的瞬时受力图谱中读出下落小球与压电式传感器第一次接触的初始时刻t0、第一次接触完成的末时刻t1以及回弹后与压电式传感器第二次下落接触的初始时刻t2；
根据公式二计算出冲量变化值，公式二为：I＝ΔP＝mv1-mv0(记v1方向为正方向)；
根据公式三计算出v0，公式三为：
根据公式四计算出v1，公式三为：
将根据公式一计算出的第一次接触过程的冲量值I、根据公式三计算出的v0和公式四计算出的v1的数值带入公式二中，求出小球测量质量m并与小球标准质量为M进行对比。


2.根据权利要求1所述的一种利用压电式传感器反推小球质量的测试方法，其特征在于：所述第一测试步骤包括将第一质量小球从第一指定高度无初始速度落下的子步骤A1、将第一质量小球从第二指定高度无初始速度落下的子步骤B1以及将第二质量小球从第二指定高度无初始速度落下的子步骤C1。

【专利技术属性】
技术研发人员：黄学坤，
申请(专利权)人：宁波高新区琪明机械设备有限公司，
类型：发明
国别省市：浙江;33