模拟微重力环境的缆绳振动特征参数地面测量装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及模拟微重力环境的缆绳振动特征参数地面测量装置及方法，测量装置包括直线电机、试验台、第一三维转台、第二三维转台、水平相机和竖直相机，所述试验台和第一三维转台分别与所述直线电机的动子相连接并由动子带动在竖直方向直线运动，所述水平相机安装在所述第一三维转台上并水平朝向所述试验台上方布置；所述竖直相机通过第二三维转台安装在所述直线电机顶部并竖直朝向所述试验台上侧面布置。本发明专利技术的测量装置可以模拟空间微重力环境，可以为试验样品提供微重力环境，与试验样品的使用环境一致，数据真实可靠；该装置可以每隔几分钟测试一组缆绳、试验块a和试验块b的位移和角度数据，数据采集效率高，通过多次测量取平均值，可以减少误差，计算出准确的缆绳振动特征参数数据。振动特征参数数据。振动特征参数数据。

【技术实现步骤摘要】
模拟微重力环境的缆绳振动特征参数地面测量装置及方法


[0001]本专利技术涉及缆绳振动特征参数测量相关
，具体涉及一种模拟微重力环境的缆绳振动特征参数地面测量装置及方法，即在地面模拟微重力环境，测量缆绳的振动特征参数。

技术介绍

[0002]期刊《机械科学与技术》中的“空间主动隔振系统的缆绳刚度测试装置”给出了空间缆绳刚度的测量装置，但是该装置没有模拟微重力环境。“空间主动隔振系统的缆绳刚度测试装置”公开了一套缆绳刚度测试装置。该测试系统主要由桁架结构、光学平台、六维位移台、六维力和力矩传感器、控制器、工控机、显示器、LabVIEW软件等组成。六维位移台由1个三轴位移台、1个旋转台、2个倾斜台以及2个直角固定块组成。如图2所示，它的安装顺序从左到右依次为2个直角块、1个倾斜台、1个倾斜台、1个旋转台、1个三轴位移台。六维位移台的三轴位移台在三个方向的位移、1个旋转台的旋转、2个倾斜台的倾斜分别驱动，3个方向的位移和3个方向的旋转没有耦合，每次都使六维位移台沿一个自由度方向运动。缆绳刚度测试的基本原理为：缆绳一端与六维力和力矩传感器相连，力和力矩传感器固定在桁架结构上，另一端与六维位移台上的直角块固定，实验过程中缆绳处于自由松弛状态，六维位移台带动缆绳一端仅沿一个自由度作低速往复运动，另一端的六维力和力矩传感器测量缆绳所受的力和力矩，并通过LabVIEW软件存储到.txt文档中。然后数据导入到Matlab，绘出线缆的位移、转角与力和力矩的关系，并用最小二乘法拟合求解斜率，即缆绳刚度。
[0003]“空间主动隔振系统的缆绳刚度测试装置”公开的一套缆绳刚度测试装置，该装置在地面有重力的环境下测试缆绳刚度。缆绳一端与桁架结构固定，另一端通过六维力和力矩传感器与六维位移台，缆绳悬置在空中，受地球重力影响，通过该装置测试的数据与微重力环境下的测试数据有误差。该装置每次使六维位移台沿一个自由度方向运动，用六维力和力矩传感器采集力或力矩值，用最小二乘法拟合求解斜率，即缆绳在该自由度上的刚度。但是在空间使用的缆绳实际工况是在六个自由度同时运动，在六个自由度上受的力与力矩相互耦合，关联性强，需要同时测量，因此通过该装置测试的数据与空间微重力环境下缆绳的受力情况不相符。

技术实现思路

[0004]本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种模拟微重力环境的缆绳振动特征参数地面测量装置及方法。
[0005]本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种模拟微重力环境的缆绳振动特征参数地面测量装置，包括直线电机、试验台、第一三维转台、第二三维转台、水平相机和竖直相机，所述试验台和第一三维转台分别与所述直线电机的动子相连接并由动子带动在竖直方向直线运动，所述水平相机安装在所述第一三维转台上并水平朝向所述试验台上方布置；所述竖直相机通过第二三维转台安装在所述直线电机顶部并竖直朝向所述试验台上侧
面布置。
[0006]本专利技术的有益效果是：本专利技术的测量装置可以模拟空间微重力环境，可以为试验样品提供微重力环境，与试验样品的使用环境一致，数据真实可靠；该装置可以每隔几分钟测试一组缆绳、试验块a和试验块b的位移和角度数据，数据采集效率高，通过多次测量取平均值，可以减少误差，计算出准确的缆绳振动特征参数数据。
[0007]在上述技术方案的基础上，本专利技术还可以做如下改进。
[0008]进一步，所述试验台通过支架安装在所述直线电机的动子上，所述支架一端位于所述试验台径向方向的外侧，所述第一三维转台安装在所述支架的一端。
[0009]采用上述进一步方案的有益效果是：方便安装水平相机，并使水平相机对准试验台上方。
[0010]进一步，所述试验台呈环形且套设在所述直线电机上。
[0011]采用上述进一步方案的有益效果是：可以根据需要调整样品组件的摆放位置，也方便调整水平相机和竖直相机的位置。
[0012]进一步，所述直线电机上设有电控箱，所述电控箱通过线缆与所述直线电机的定子相连。
[0013]采用上述进一步方案的有益效果是：电控箱为直线电机定子供电。
[0014]进一步，所述第一三维转台、第二三维转台、水平相机、竖直相机分别为两个，两个所述第一三维转台呈预设角度布置使对应连接的两个水平相机在同一水平面上呈预设角度布置，两个所述第二三维转台呈所述预设角度布置使对应连接的两个竖直相机呈所述预设角度布置。
[0015]采用上述进一步方案的有益效果是：采用两组转台、相机，可同时记录两个试验块的位移和角度，可同时计算出缆绳的阻尼、频率、拉压刚度和扭弯刚度等特征参数，测量更加精确、真实可靠。
[0016]一种模拟微重力环境的缆绳振动特征参数地面测量方法，采用上述测量装置实现，包括以下步骤：
[0017]S1，直线电机的定子加电，利用直线电机的动子带动试验台、第一三维转台和水平相机运动到起始位置；
[0018]S2，将缆绳两端分别与试验块a或/和试验块b连接成为试验组件，并将试验组件自由摆放在试验台上；调整竖直相机和水平相机的初始位置，使竖直相机在竖直方向对准试验块a或/和试验块b，使水平相机在水平方向对准试验块a或/和试验块b；
[0019]S3，利用直线电机的动子带动试验台、试验组件、第一三维转台和水平相机向上加速运动，待速度达到预定值后，动子减速，使试验组件与试验台分离，控制动子的速度，使水平相机的水平线与试验块a或/和试验块b平齐；
[0020]S4，利用水平相机记录试验块a或/和试验块b在竖直方向的位移和角度，利用竖直相机记录试验块a或/和试验块b在水平方向的位移和角度，计算得到缆绳的振动特征参数。
[0021]本专利技术的有益效果是：本专利技术的测量方法，可以模拟空间微重力环境，测试缆绳在微重力条件下六个自由度上的振动特征参数相关参数。
[0022]进一步，根据试验块a或试验块b在竖直方向或水平方向的位移和角度，拟合试验块a或试验块b在三个方向的位移时间历程曲线方程或角度时间历程曲线方程为：
其中，X为试验块a或试验块b在三个方向任意方向的位移或角度；t为时间；A为试验块a或试验块b的振幅；n为试验块a或试验块b衰减系数、ω为试验块a或试验块b振动的角频率、为试验块a或试验块b振动的相位。
[0023]进一步，根据所述位移时间历程曲线方程或所述角度时间历程曲线方程，并利用系统辨识方法，计算得到缆绳的阻尼、频率、拉压刚度和扭弯刚度。
[0024]进一步，根据所述位移时间历程曲线方程，计算出缆绳的衰减系数阻尼比周期根据计算出的衰减系数、阻尼比、周期，推算出缆绳的阻尼缆绳固有频率根据ω＝2πf，计算出缆绳的角频率根据k1＝ω2m，计算出缆绳的拉压刚度其中，m为试验块a或试验块b的质量。
[0025]进一步，根据所述角度时间历程曲线方程，计算出缆绳的衰减系数阻尼比周期根据计算出的衰减系数、阻尼比、周期，推算出缆绳的阻尼缆绳的固有频率根据ω＝2πf，计算出缆绳的角频率根据k2＝ω2J，计算出缆绳的扭弯刚度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.模拟微重力环境的缆绳振动特征参数地面测量装置，其特征在于，包括直线电机、试验台、第一三维转台、第二三维转台、水平相机和竖直相机，所述试验台和第一三维转台分别与所述直线电机的动子相连接并由动子带动在竖直方向直线运动，所述水平相机安装在所述第一三维转台上并水平朝向所述试验台上方布置；所述竖直相机通过第二三维转台安装在所述直线电机顶部并竖直朝向所述试验台上侧面布置。2.根据权利要求1所述模拟微重力环境的缆绳振动特征参数地面测量装置，其特征在于，所述试验台通过支架安装在所述直线电机的动子上，所述支架一端位于所述试验台径向方向的外侧，所述第一三维转台安装在所述支架的一端。3.根据权利要求1所述模拟微重力环境的缆绳振动特征参数地面测量装置，其特征在于，所述试验台呈环形且套设在所述直线电机上。4.根据权利要求1所述模拟微重力环境的缆绳振动特征参数地面测量装置，其特征在于，所述直线电机上设有电控箱，所述电控箱通过线缆与所述直线电机的定子相连。5.根据权利要求1至4任一项所述模拟微重力环境的缆绳振动特征参数地面测量装置，其特征在于，所述第一三维转台、第二三维转台、水平相机、竖直相机分别为两个，两个所述第一三维转台呈预设角度布置使对应连接的两个水平相机在同一水平面上呈预设角度布置，两个所述第二三维转台呈所述预设角度布置使对应连接的两个竖直相机呈所述预设角度布置。6.模拟微重力环境的缆绳振动特征参数地面测量方法，其特征在于，采用权利要求1至5任一项测量装置实现，包括以下步骤：S1，直线电机的定子加电，利用直线电机的动子带动试验台、第一三维转台和水平相机运动到起始位置；S2，将缆绳两端分别与试验块a和试验块b连接成为试验组件，并将试验组件按预设位置摆放在试验台上；调整竖直相机和水平相机的初始位置，使竖直相机在竖直方向对准试验块a或/和试验块b，使水平相机在水平方向对准试验块a或/和试验块b；S3，利用直线电机的...

【专利技术属性】
技术研发人员：崔宪莉，席隆，董文博，张建泉，张永康，王喆，于梦溪，
申请(专利权)人：中国科学院空间应用工程与技术中心，
类型：发明
国别省市：