一种基于柔性支撑技术的电磁式微力试验机的检验方法技术

一种基于柔性支撑技术的电磁式微力试验机的检验方法，该方法用于检测所述电磁式微力试验机的准静态性能，该方法包括：对所述试验机位移灵敏度及其线性度、位移的量程、分辨力、噪声水平的检测；对所述试验机载荷灵敏度及其线性度、载荷的热稳定性、量程、分辨力、噪声水平；对所述试验机的磁缸的磁场非均匀性；对所述试验机的机架刚度和支撑弹簧垂直刚度及其线性度等性能的检测；确定各项性能检验顺序为：位移检验→载荷检验→支撑弹簧垂直刚度检验；考虑所述试验机的几个自身因素在检验过程中带来的影响，并通过合理手段排除影响，以及通过自我修正来提高检验的准确度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术专利涉及一类材料力学试验机的检验方法，特别是一种检验基于柔性支撑 技术的电磁式微力试验机准静态工作性能的方法。
技术介绍
在材料性能的测试中，为了能够精确测量出所需的材料参数，除了对被测材料特 性有一定了解外，还需要清楚知道所用材料试验机在工作状态下的各项性能，如量程、分辨 力等是否满足测试需求。因此，在每一台材料试验机出厂或投入使用之前，都必须对其工作 性能进行检验。基于柔性支撑技术的电磁式微力试验机是一类新型材料试验机，具有小量程、高 分辨力、高精度等优点，其核心技术是电磁驱动和柔性支撑，往往在准静态条件下使用，因 此，需要检验试验机的准静态性能位移灵敏度及其线性度、位移的量程、分辨力、噪声水 平；载荷灵敏度及其线性度、载荷的量程、分辨力、噪声水平等。但对于该类试验机的检验， 目前暂无相关的检验标准可以参照。
技术实现思路
为填补现有技术中关于如何对基于柔性支撑技术的电磁式微力试验机进行检测 的空白，本专利技术提供，该方法用于 检测基于柔性支撑技术的电磁式微力试验机的准静态性能，该方法包括对所述试验机的 位移灵敏度及其线性度、位移的量程、分辨力、噪声水平的检测；对所述试验机的载荷灵敏 度及其线性度、载荷的量程、分辨力、噪声水平和载荷的热稳定性；对所述试验机的磁缸的 磁场非均勻性；对所述试验机的机架刚度和支撑弹簧垂直刚度及其线性度的检测；由于在 载荷检验之前需要知道位移的量程，在检验支撑弹簧垂直刚度之前需要知道位移灵敏度和 载荷灵敏度，因此，所述检验方法中对所述试验机的各项性能检验顺序为位移检验一载荷 检验一支撑弹簧垂直刚度检验；由于磁缸的磁场非均勻性及支撑弹簧的影响，在检验载荷 灵敏度过程中每个检验点处应保持线圈与磁缸的相对位置不变；由于试验机工作时存在一 定的磁滞，在检验过程中需进行拉压双向检验；由于检验所用的高精度载荷传感器存在一 定柔度，当所述试验机施加载荷较大时，线圈与磁缸的相对位置会发生微小变化，导致所述 试验机输出载荷的测量不准，因此需要通过修正高精度载荷传感器测量到的载荷来修正载 荷灵敏度和支撑弹簧垂直刚度。进一步，利用已校准的高精度位移传感器检验所述基于柔性支撑技术的电磁式微 力试验机所用位移传感器的灵敏度和线性度；根据信号采集卡的量程、位移灵敏度和位移 传感器的线性工作段共同确定所述位移量程；根据位移量程和信号采集卡精度确定所述位 移分辨力；保持环境稳定，低载荷水平下空载保载一段时间，检验所述位移噪声水平。进一步，所述基于柔性支撑技术的电磁式微力试验机所用位移传感器为非接触式 位移传感器电容式位移传感器、电涡流位移传感器或光纤位移传感器。进一步，利用已校准的高精度载荷传感器检验所述基于柔性支撑技术的电磁式微 力试验机的载荷灵敏度和线性度；不同载荷水平下保载长时间，检验所述载荷的热稳定性； 根据所述试验机所能提供的最大载荷、信号采集卡的量程和载荷灵敏度共同确定所述载荷 量程；根据载荷量程和信号采集卡精度确定所述载荷分辨力；保持环境稳定，低载荷水平 下保载一段时间，检验所述载荷噪声水平。进一步，通过检验线圈与磁缸不同相对位置处载荷灵敏度来检验所述磁缸的磁场 非均勻性。进一步，通过刚性件将所述试验机上下夹具连接，直接加载，记录原始载荷-原始 位移曲线，检验所述机架刚度。进一步，令所述试验机空载运行，通过原始载荷-原始位移曲线检验支撑弹簧的 垂直刚度和线性度。进一步，利用已检验得到的位移灵敏度和支撑弹簧垂直刚度修正高精度载荷传感 器测量的载荷值，通过迭代计算来修正载荷灵敏度和支撑弹簧垂直刚度。此检验方法在长期实验观察的基础上，结合所述基于柔性支撑技术的电磁式微力 试验机的实际使用工况，提出了磁缸的磁场非均勻性、载荷的热稳定性和支撑弹簧垂直刚 度及其线性度几个重要的检验性能。考虑了所述试验机几个固有因素在检验过程中的影 响，并通过合理的检验手段排除影响，提高检验准确度。所述检验方法具有连续采集检验数 据，自动化程度高，通过自我修正提高检验准确度的优点。下面介绍本专利技术中所要涉及的几个概念的定义。1)灵敏度灵敏度是测量系统输出量的增量Ay对输入量的增量Δχ的比值，通常的传感器属于线性传感器，此时，灵敏度可由式(1-1) ΔΓ5=——(1-1)ΔΛΓV ’图Ia中所表示的为通过线性拟合特性直线的斜率得出灵敏度图。定义灵敏度系数S为灵敏度s的倒数，这样，就可以直接将传感器的输出量乘以灵 敏系数得到被测量。2)线性度线性度是指测量系统的输出与输入之间数量关系的线性程度。如图Ib所示，通常 用选定的拟合直线与检验曲线间的最大偏差ALmax与测量系统满量程输出值Yfs之间比值 的百分数表示{ AL λrL = 1--2^ χ 100%(1-2)V Yps j3)噪声噪声指对被测量的随机干扰，由振动、电磁、热等因素引起，这种干扰损害所需信 号的质量并降低实际测量的可靠性，如图Ic中所示错误！未找到引用源。。可以用式(1-3) 给出的被测量随机波动的最大值与最小值间的差值表示rN = yfflax-yfflin(1-3)也可以用式(1-4)所给出的随机变量标准偏差表示Zu-^)2σ =η-\(1-4)4)磁滞磁滞表示在正(输入量增大)反(输入量减小)行程期间输出-输入特性曲线不 重合的现象。如图Id中所示，在数值上用同一输入量下所得滞后偏差的最大值与系统满量 程输出值之间的比值表示 rHΔ// Yfs(1-5)5)稳定性在这里，稳定性是指测量量随时间不变化的能力，如图Ie中所示，可用测量量的 降幅与测量量初始值的比值表示 rH =FlaxΔ Fmχ 100%(1-6)附图说明图Ia为灵敏度的定义；图Ib为线性度的定义；图Ic为噪声的定义；图Id为磁滞的定义；图Ie为稳定性的定义；图2为基于柔性支撑技术的电磁式微力试验机整体结构示意图图3为位移传感器灵敏度系数的检验结果；图4为位移传感器线/非线性度的检验结果；图5为载荷灵敏度系数的检验结果；图6为载荷线/非线性度的检验结果；图7为载荷灵敏度系数随位置变化关系；图8为磁场非均勻性的检验结果；图9为载荷的热稳定性的检验结果；图10支撑弹簧垂直刚度的检验结果；图11机架刚度的检验结果；图12载荷噪声水平的检验结果；图13位移噪声水平的检验结果。具体实施例方式本专利技术所采用的试验机为基于柔性支撑技术的电磁式微力试验机，该试验机包括 线圈1、磁缸2、支撑弹簧3、电控平移台4、上定位台5、夹具6、传动轴7、位移传感器目标板 8、位移传感器探头9和计算机处理系统10 ；计算机处理系统具体包括计算机11、信号发生 卡12、功率放大器13和信号采集卡14。计算机11发送指令给发生卡12，发生卡12按计算5机指令产生相应的载荷驱动电压信号15，再经功率放大器13放大后传递给线圈1。由位移 传感器探头9探测到的位移电压信号16和由流过线圈1的电流转化成的载荷电压信号17 经功率放大器13放大后传递给信号采集卡14，并通过信号采集卡14输入计算机11。1、位移检验1. 1位移灵敏度和线性度检验参见图2，卸掉上定位台5和夹具6，将已校准的高精度位移传感器A与传动轴7 固接在一起，用于测量传动轴7的上下垂直位移。由于传动轴7与位移传感器目标板8固 接在一起，因此，位移传感器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于柔性支撑技术的电磁式微力试验机的检验方法，其特征为：该方法用于检测基于柔性支撑技术的电磁式微力试验机的准静态性能，该方法包括：对所述试验机的位移灵敏度及其线性度、位移的量程、分辨力、噪声水平的检测；对所述试验机的载荷灵敏度及其线性度、载荷的热稳定性、载荷的量程、分辨力、噪声水平；对所述试验机的磁缸的磁场非均匀性；对所述试验机的机架刚度和支撑弹簧垂直刚度及其线性度等性能的检测；所述检验方法中对所述试验机的各项性能检验顺序为：位移检验→载荷检验→支撑弹簧垂直刚度检验；由于磁缸的磁场存在非均匀性，在检验载荷灵敏度过程中每个检验点处应保持线圈与磁缸的相对位置不变；由于试验机工作时存在一定的磁滞，在检验过程中需进行拉压双向检验；由于检验所用的高精度载荷传感器存在一定柔度，当所述试验机施加载荷较大时，线圈与磁缸的相对位置会发生微小变化，导致所述试验机输出载荷的测量不准，因此需要通过修正测量到的载荷来修正载荷灵敏度和支撑弹簧垂直刚度。

【技术特征摘要】
一种基于柔性支撑技术的电磁式微力试验机的检验方法，其特征为该方法用于检测基于柔性支撑技术的电磁式微力试验机的准静态性能，该方法包括对所述试验机的位移灵敏度及其线性度、位移的量程、分辨力、噪声水平的检测；对所述试验机的载荷灵敏度及其线性度、载荷的热稳定性、载荷的量程、分辨力、噪声水平；对所述试验机的磁缸的磁场非均匀性；对所述试验机的机架刚度和支撑弹簧垂直刚度及其线性度等性能的检测；所述检验方法中对所述试验机的各项性能检验顺序为位移检验→载荷检验→支撑弹簧垂直刚度检验；由于磁缸的磁场存在非均匀性，在检验载荷灵敏度过程中每个检验点处应保持线圈与磁缸的相对位置不变；由于试验机工作时存在一定的磁滞，在检验过程中需进行拉压双向检验；由于检验所用的高精度载荷传感器存在一定柔度，当所述试验机施加载荷较大时，线圈与磁缸的相对位置会发生微小变化，导致所述试验机输出载荷的测量不准，因此需要通过修正测量到的载荷来修正载荷灵敏度和支撑弹簧垂直刚度。2.根据权利要求1中所述的检验方法，其特征为利用已校准的高精度位移传感器检 验所述基于柔性支撑技术的电磁式微力试验机所用位移传感器的灵敏度和线性度；根据信 号采集卡的量程、位移灵敏度和位移传感器的线性工作段共同确定所述位移量程；根据信 号采集卡的量程、位移灵敏度和信号采集卡精度确定所述位移分辨力；保持环境稳定，低载 荷...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭光健，郇勇，张泰华，
申请(专利权)人：中国科学院力学研究所，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]