脉冲型天平高精度全自动校准系统

中国科学院力学研究所于2012年建成JF-12复现飞行条件激波风洞并投入使用.为满足该大型风洞气动力试验中风洞脉冲型天平的高精确度校准需求,根据应用于激波风洞的脉冲型天平的载荷量程特点,研制了一套大载荷脉冲型天平高精度全自动校准系统(AiBCS).本文详细阐述了该天平校准系统的研制方案、设计思路与构想,以及所涉及的关键技术.建成后的天平校准系统,可满足最大法向力±15 kN量程范围的脉冲型天平的高精确度"一键式"全自动校准.本文对同一台天平在不同校准设备的静态校测数据结果也进行了对比分析, AiBCS的校准指标优异.校准后的脉冲型天平可应用在短试验时间激波风洞中开展高精度气动力测量试验,由此AiBCS的研制完成可为脉冲型风洞高焓流动条件下气动力测量技术的发展提供坚实设备基础和技术支撑.     

壁面摩擦应力直接测量技术探讨

自行研制了一台采用误差抵消校准法的阻力天平仪,在一定的雷诺数范围内,对风洞内壁光滑平板壁面,用此天平仪测量了流体的摩擦应力及摩擦系数,用ＩＦＡ３００型热线风速仪测量了相应雷诺数下边界层的平均速度分布,然后 似律法和布拉修斯经验公式分别计算了摩擦应力及磨擦系数。结果对比表明,采用的原理及校准方法合理,所制作的天平仪在试验雷诺数范围内,具有较高的测量精度衅小的相对误差,适用于边界层特性的研究和开发。     

压电晶体传感器驱动电路的研究

在压电晶体传感器中,石英晶体微天平(QCM)因其实时、快速和高敏感度高等优点已经获得了广泛应用.本文给出一套压电晶体传感器驱动电路,该电路基于模拟锁相环的工作原理,能有效地补偿晶体的静态电容,消除相位误差,晶体可以锁定在串联谐振状态下,通过外接设备可以测得精确度较高的晶体谐振频率和动态电阻.内部振荡电路由芯片MC12148外接变容二极管实现,可接入很宽的频率范围内的晶体进行使用.     

压电陶瓷动态驱动电源研究

采用分立元件设计了一种基于电压控制型的可动态应用压电陶瓷驱动电源.该驱动电源由高压放大电路、功率放大电路、过流保护电路和负反馈环节构成,克服了目前常用的压电陶瓷驱动电源所存在的成本高、驱动能力不足、静态纹波大等缺点.最后对实际电路的各项性能进行了测试和分析.结果表明:该电路具有良好的动态和静态性能,能够很好的满足驱动压电微位移平台的要求.     

沥青混合料动态压缩弹性模量试验方法与影响因素

为了研究应变测试方法、加载频率、试验温度和应力幅值对沥青混合料动态压缩弹性模量的影响,用MTS路面材料动态试验系统对常用的两种沥青混合料AC-16和AC-20的动态压缩弹性模量进行了系统的测试,通过分析建立了各因素与动态压缩弹性模量之间的关系,以及动态与静态弹性模量的关系.结果表明,采用侧面法测定的结果与现行规范中的推荐值更接近,也能够消除由顶面法引起的试件端面的接触误差,建议在静态和动态模量试验中首选侧面法,在动态测试中要选择合适的加载频率,使得试验结果的偏差系数控制在20%以下.     

无线通信技术在拖拉机牵引性能测试中的应用

针对拖拉机牵引性能测试系统中,被试车与负荷车之间有线连接繁杂、工作可靠性低及机动性差的问题,采用无线通信技术开发了两车多机通信功能,增强了试验车辆机动性。对自制的数据采集器进行了模拟量通道检测,牵引力通道信号最大误差为3 m V,系统线性度为0. 06%。静态试验结果表明:在良好通信条件下,系统能够进行准确稳定的数据传输,最大有效传输距离为520 m。动态试验结果表明:在两车相距15 m范围内,性能测试系统能够实时进行数据采集、交换及管理。被试拖拉机在无线通信与有线通信测试条件下,试验性能参数最大相对误差为0. 98%,此误差在传感器精度范围内。静动态对比试验结果表明:牵引性能测试系统的振动对无线通信系统的稳定性有一定影响,动态试验数据接收率为97. 36%,能够满足系统稳定性要求。     

风洞天平校准台并联复位机构精度分析

并联机构由于具有结构简单和高刚度等优点,被大量应用于工程领域,该文针对风洞天平校准台6-DOF(degree of freedom)并联复位机构进行精度分析。利用D-H(Denavit-Hartenberg)方法分析每条支链运动传递过程,建立包含铰链制造误差的RRRPRR支链运动学模型。利用Qusai-Newton法分析不同结构参数下铰链制造误差对加载中心精度的影响规律。研究结果表明:加载中心精度与铰链偏移误差处于同一数量级,且呈线性关系;为降低铰链偏移误差对加载中心精度的影响,在满足设计要求的前提下,应选择较小定平台和较大动平台、较小平台铰链夹角以及较大的平台间距离。该研究为高精度风洞天平并联复位机构提供了重要的设计依据。     

便携式制动性能测试仪动态校准装置的研制

为了改进便携式制动性能测试仪的校准方法,本文在介绍了便携式制动性能测试仪的组成、使用方法与工作原理的基础上,提出了一种便携式制动性能测试仪的动态校准的新方法,并据此研制了便携式制动性能测试仪动态校准装置.通过对校准装置主要误差来源的分析,提出了减少误差的改进方法.测试结果证明了该校准方法与校准装置是可行的.     

无线通信技术在拖拉机牵引性能测试中的应用

针对拖拉机牵引性能测试系统中,被试车与负荷车之间有线连接繁杂、工作可靠性低及机动性差的问题,采用无线通信技术开发了两车多机通信功能,增强了试验车辆机动性。对自制的数据采集器进行了模拟量通道检测,牵引力通道信号最大误差为3mV,系统线性度为0.06%。静态试验结果表明:在良好通信条件下,系统能够进行准确稳定的数据传输,最大有效传输距离为520m。动态试验结果表明:在两车相距15m范围内,性能测试系统能够实时进行数据采集、交换及管理。被试拖拉机在无线通信与有线通信测试条件下,试验性能参数最大相对误差为0.98%,此误差在传感器精度范围内。静动态对比试验结果表明:牵引性能测试系统的振动对无线通信系统的稳定性有一定影响,动态试验数据接收率为97.36%,能够满足系统稳定性要求。     

无线通信技术在拖拉机牵引性能测试中的应用

针对拖拉机牵引性能测试系统中,被试车与负荷车之间有线连接繁杂、工作可靠性低及机动性差的问题,采用无线通信技术开发了两车多机通信功能,增强了试验车辆机动性。对自制的数据采集器进行了模拟量通道检测,牵引力通道信号最大误差为3mV,系统线性度为0.06%。静态试验结果表明:在良好通信条件下,系统能够进行准确稳定的数据传输,最大有效传输距离为520m。动态试验结果表明:在两车相距15m范围内,性能测试系统能够实时进行数据采集、交换及管理。被试拖拉机在无线通信与有线通信测试条件下,试验性能参数最大相对误差为0.98%,此误差在传感器精度范围内。静动态对比试验结果表明:牵引性能测试系统的振动对无线通信系统的稳定性有一定影响,动态试验数据接收率为97.36%,能够满足系统稳定性要求。     

小力值火箭发动机推力测量静态标定装置研制

以压电石英测力平台为核心,建立起一套小力值火箭发动机推力测量的静态标定装置,解决了静态标定中液压加载出现的问题.通过实验获得了测力平台的各项静态性能指标,并对该静态标定系统进行了不确定度分析.结果表明:该压电石英测力平台具有良好的静态特性,其线性度、重复性指标都在1%以内,且该静态标定系统测量结果的不确定度远小于5%,测量精度比较高.因此,该测力平台的各项静态指标能够满足小力值火箭发动机的推力测试要求.     

露天试车台在拉力载荷作用下的静态变形分析

随着航空发动机研制要求的不断提高,各种功能的露天试车台已经成为航空发动机整机试验体系中不可或缺的组成部分。本文在对露天台结构模型进行有效的简化基础上,利用ANSYS Workbench软件对其在不同拉力载荷作用下产生的静态变形量进行计算与分析,通过与实际测量数据进行对比验证,实现了单立柱悬臂式航空发动机露天试车台架测试性能分析与评估,同时研究了露天环境对其测量结果的影响规律,得到了250kN载荷下模型静态变形校准量。结果表明,ANSYS Workbench计算静态变形整体平均误差为10.1%,发动机处考核点平均误差为5.16%,动架前端考核点平均误差为15.29%,动架后端考核点平均误差为9.85%,对比结果具有很好的吻合度,为露天试车台试验测试数据分析与校准提供了有力保障。     

称重式降水传感器测量误差变化研究

为研究自动气象站称重式降水传感器测量误差的变化规律,提出了一种通过依次添加砝码准确模拟降水量,从而实现现场校准的方法。对2019—2021年传感器现场校准数据进行统计,基于历史校准数据设计了一种计算称重式降水传感器偏离程度及其变化趋势的方法,根据历史校准数据得到传感器偏离程度变化模型。结果表明,现阶段传感器测量误差范围及观测数据质量整体受控可控,总体偏离程度为标准值的2.1%,且逐年增长0.1%。该研究可为气象传感器的测量误差预测、寿命预测提供参考。     

基于复影响系数的载重轮胎动平衡机标定算法

动平衡是检测轮胎质量的重要技术指标．研究了载重轮胎动平衡检测设备的核心技术,即系统参数标定算法．针对轮胎一轮辋．主轴动力学系统的复影响系数方程,提出了基于最小二乘的标定算法来解算影响系数．验证实验中在轮辋上安装砝码,来检测参数标定精度,其质量计算误差在±1％的范围内．与传统的参数标定方法相比,本算法能够更有效地消除系统误差的影响,求解得出的影响系数方程能够更准确地表征轮胎不平衡质量与主轴支承振动信号间的对应关系．     

基于小波去噪的MEMS陀螺仪随机误差校准算法

微机电系统(micro electro mechanical system,MEMS)陀螺仪具有体积小、成本低、功耗低等特点,在微姿态测量系统中应用极其广泛。由于在制作工艺、材料等方面会引入额外的随机噪声,且瞬态电压的不稳定也会造成MEMS陀螺仪在上电阶段产生随机波动误差,严重影响微姿态测量系统的启动时间和测量精度。因此,基于多分辨分析特性的小波变换分析技术,提出了一种改进的小波去噪算法,通过对MEMS陀螺仪的数据进行3层小波分解,剔除高频分量和电压不稳定产生的突变信号,并对低频分量进行重构,最终得到校准以后的陀螺仪数据,实现陀螺仪随机误差的快速校准。实验验证结果表明,通过3层小波分解后,随机误差均值小于0.05 °/s,系统启动时间小于0.1 s,具有较好的噪声抑制和迅速启动能力。     

卷帘式快门CMOS数字相机测速系统标定技术

为了实现对高速公路车辆速度进行限制, 建立了基于卷帘式CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）图像传感器的相机测速系统, 并对该系统采用的标定技术、 测速算法等进行了研究。卷帘式快门数字相机测量速度是利用卷帘式快门曝光, 具有一定的延时, 对运动物体拍摄会产生一定的畸变, 通过对图像的畸变部分进行图像处理和计算, 即可得到运动物体的速度参数。根据相机成像的几何原理, 分析了相机的标定原理, 根据相机测速时的特点, 提出了简单、 有效的标定方法。进一步研究了相机标定和测速的实验方法和步骤, 进行了标定及测速实验。经实验验证： 利用卷帘式快门CMOS数字相机方法对运动目标测速值较精确, 误差在2.5%以内。基本满足高速公路相机测速系统精度要求。     

电压互感器宽频误差自动测量装置及试验研究

为准确测量电压互感器的宽频误差,基于测差原理,运用锁相放大器和Lab VIEW技术,研制了一套电压互感器宽频误差测量装置,实现了互感器误差测量的自动化与智能化。介绍了宽频误差测量基本原理及装置整体设计方案,并通过工频误差校准、自校结果比对、频率特性及稳定性等试验,对该装置的性能进行了测试与验证。测试结果表明,装置在50 Hz～10k Hz范围内,其比差测量精度优于5×10~(-7),角差测量精度优于0. 2μrad,且频率响应特性十分平坦。     

基于相关拟合校准技术的MEMS平面微运动纳米精度测量

微电子机械系统（MEMS）谐振器周期运动过程中各个时刻的运动特性及其动态特性参数为MEMS器件的设计提供重要参考．提出一种基于相位相关技术的亚像素运动估计算法,可对相关拟合方法进行误差校准补偿,从而提高对物体运动的分辨力,实现纳米精度测量．利用该算法对MEMS器件的运动历程做分析,得到特定驱动频率下MEMS器件的幅度一相位曲线．利用扫频测量原理,获得了MEMS器件的幅频特性．实验结果表明,该方法具有较好的测量精度,测量分辨力优于5nm．     

激光跟踪系统“鸟巢”坐标的球面标定法

深入分析了激光跟踪测量系统坐标系的特点,建立了采用高精度约束球面标定激光跟踪测量系统(LTS)的初始状态参量和结构误差参量的方法.通过数学仿真搜索出采用约束球面进行系统标定时的最佳约束球半径、最佳采样点个数等,并采用仿真方法评估系统噪声对标定结果的影响.使用三坐标测量机和QC20-W高精度伸缩球杆仪建立了球面约束标定的实验装置,对激光跟踪系统执行了球面约束标定实验.实验结果表明,采用高精度约束球面作为约束条件可以提高系统的未知参数标定精度和测量精度.