大型超重力旋转机械结构的微振动测量校准方法

本发明涉及超重力离心，具体是一种大型超重力旋转机械结构的微振动测量校准方法。

背景技术：

1、目前，大型超重力旋转机械结构在高速旋转的过程中会产生微振动，主要原因是机械在试验端和配重端无法做到完全的平衡，随着转速的不断增加，不平衡力会越来越大，振动也会越来越大，大型超重力旋转机械结构的机械部件在长时间的运行过程中会出现磨损和老化，导致配合间隙增大或者表面粗糙度增加，引起微振动，这种微振动为机械振动。同时由于大型超重力旋转机械结构电磁力的不均匀分布或电磁干扰，也可能引起转子和定子之间的微振动，这种微振动是电磁干扰引起的振动。

2、在大型超重力旋转机械结构旋转过程引起的微振动会对两侧吊篮内的一些精密试验操作(如超重力下显微镜操作)或者传感器的测量有着很大的影响。目前，超重力环境下，由于微振动本身产生的加速度对电阻式、电容式、压阻式mems加速度传感器有着很大的影响，且无法直接判别出微振动主要是由于电磁干扰引起的还是机械振动。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种大型超重力旋转机械结构的微振动测量校准方法，可对大型超重力旋转机械结构吊篮内定位于不同高度的加速度传感器进行测量校准，提高超重力环境下，加速度传感器测量数据的准确性。

2、本发明的技术方案为：

3、大型超重力旋转机械结构的微振动测量校准方法，具体包括有以下步骤：

4、(1)、首先在大型超重力旋转机械结构的吊篮中设置位于不同水平高度的加速度传感器，然后启动大型超重力旋转机械结构旋转，不同水平高度的加速度传感器实时采集频域幅值信号，由于不同水平高度的加速度传感器采集的频域幅值信号由电磁干扰和机械振动引起，不同水平高度的加速度传感器受到电磁干扰引起的频域幅值变化相等，不同水平高度的加速度传感器受到机械振动引起的频域幅值变化的比值等于高度平方的比值，由此建立方程，求解得到电磁干扰引起的频域幅值yem(f)；

5、(2)、构建大型超重力旋转机械结构的振动方程模型，具体见下式

6、(3)，根据式(3)求解得到水平方向的真实加速度和垂直方向的真实加速度

7、

8、式(3)中，m表示大型超重力旋转机械结构吊篮内配重块的质量；表示水平方向的真实速度，由求导得到；表示垂直方向的真实速度，由求导得到；x(t)表示水平方向的真实位移，由求导得到；y(t)表示垂直方向的真实位移，由求导得到；表示大型超重力旋转机械结构的综合阻尼系数；k表示大型超重力旋转机械结构的刚度，取值为107～109；kxy表示水平方向的耦合刚度系数，即y方向对x方向的耦合作用，取值为106～107；kyx表示垂直方向的耦合刚度系数，即x方向对y方向的耦合作用，取值为106～107；mu表示不平衡重量，取值为0～10吨；ω表示大型超重力旋转机械结构的旋转角速度；l表示大型超重力旋转机械结构的转臂长度；e表示大型超重力旋转机械结构的转轴偏心距；g表示重力加速度；yem(t)表示电磁干扰引起的时域信号，由电磁干扰引起的频域幅值yem(f)转换得到；

9、(3)、在大型超重力旋转机械结构的吊篮内放置模型箱，模型箱的高度为h，模型箱内底面处的加速度为α底，α底包括有水平方向的真实加速度和垂直方向的真实加速度构建校正方程求解模型箱内任意高度z处的加速度为α(z)，具体见下式(4)：

10、

11、式(4)中，n为微振动随着高度变化的衰减指数，取值为1或2；

12、(4)、大型超重力旋转机械结构吊篮内待校准加速度传感器的测量值为p测(z,t),构建传感器校准方程求解待校准加速度传感器的真实值p真(z,t)，具体见下式(5)：

13、p测(z,t)＝p真(z,t)+ρα(z) (5)；

14、式(5)中，ρ为修正系数，反映了待校准加速度传感器对微振动的敏感度，取值为0.5～1。

15、所述的电磁干扰引起的频域幅值yem(f)的求解过程为：首先在大型超重力旋转机械结构的吊篮内设置配重块，配重块的顶面上连接l型板，l型板的竖直部分上连接有三个位于不同水平高度的加速度传感器，三个加速度传感器分别为邻近l型板竖直部分底端的第一加速度传感器、邻近l型板竖直部分顶端的第三加速度传感器和位于第一加速度传感器和第三加速度传感器之间的第二加速度传感器，第一加速度传感器距离配重块顶面的垂直距离为l1,第二加速度传感器距离配重块顶面的垂直距离为l2，第三加速度传感器距离配重块顶面的垂直距离为l3，然后将大型超重力旋转机械结构进行旋转，第一加速度传感器、第二加速度传感器和第三加速度传感器实时记录频域信号，设定第一加速度传感器、第二加速度传感器、第三加速度传感器受到电磁干扰的频域幅值均为yem(f)、受到机械振动的频域幅值分别为y1(f)、y2(f)和y3(f)，然后建立方程，具体见下式(1)：

16、

17、式(1)中，y实1(f)、y实2(f)和y实3(f)分别为第一加速度传感器、第二加速度传感器和第三加速度传感器实时记录的频域信号，不同高度的加速度传感器受到机械振动的频域幅值y1(f)、y2(f)、y3(f)满足下式(2)；

18、

19、式(2)中，β为待求解的振动常数；

20、然后将式(2)带入式(1)，求解得到振动常数β和电磁干扰的频域幅值yem(f)。

21、所述的第一加速度传感器、第二加速度传感器和第三加速度传感器均为多个，即l型板的竖直部分上连接有三排加速度传感器，y实1(f)为多个位于同一高度的第一加速度传感器实时记录的频域信号的平均值，y实2(f)为多个位于同一高度的第二加速度传感器实时记录的频域信号的平均值，y实3(f)为多个位于同一高度的第三加速度传感器实时记录的频域信号的平均值。

22、所述的由下式(6)计算得到：

23、

24、式(6)中，f0表示线性阻尼系数，取值为1～10，c1和c2是非线性阻尼系数，取值范围都为0.1～10。

25、所述的待校准加速度传感器为iepe加速度传感器。

26、本发明的优点：

27、(1)、对于机械振动，随着大型超重力旋转机械结构吊篮内加速度传感器定位水平高度的增加，振动幅度会放大；而电磁干扰引起的振动则对不同水平高度的加速度传感器，响应幅度基本相同，因为电磁干扰是环境中的干扰信号，对不同位置的加速度传感器影响相同，基于上述原理，建立方程，求解得到电磁干扰的频域幅值和受到机械振动的频域幅值，获知得到主要引起微振动的原因。

28、(2)、本发明根据大型超重力旋转机械结构转臂模态的不同，构建振动方程模型，求解微振动下的真实加速度，便于对不同高度微振动下的真实加速度进行校正，并最终建立传感器校准方程，实现加速度传感器测量值的校准，从而消除振动对实验测量的干扰，确保加速度传感器读数的准确性。

1.大型超重力旋转机械结构的微振动测量校准方法，其特征在于：具体包括有以下步骤：

2.根据权利要求1所述的大型超重力旋转机械结构的微振动测量校准方法，其特征在于：所述的电磁干扰引起的频域幅值yem(f)的求解过程为：首先在大型超重力旋转机械结构的吊篮内设置配重块，配重块的顶面上连接l型板，l型板的竖直部分上连接有三个位于不同水平高度的加速度传感器，三个加速度传感器分别为邻近l型板竖直部分底端的第一加速度传感器、邻近l型板竖直部分顶端的第三加速度传感器和位于第一加速度传感器和第三加速度传感器之间的第二加速度传感器，第一加速度传感器距离配重块顶面的垂直距离为l1，第二加速度传感器距离配重块顶面的垂直距离为l2，第三加速度传感器距离配重块顶面的垂直距离为l3，然后将大型超重力旋转机械结构进行旋转，第一加速度传感器、第二加速度传感器和第三加速度传感器实时记录频域信号，设定第一加速度传感器、第二加速度传感器、第三加速度传感器受到电磁干扰的频域幅值均为yem(f)、受到机械振动的频域幅值分别为y1(f)、y2(f)和y3(f)，然后建立方程，具体见下式(1)：

3.根据权利要求2所述的大型超重力旋转机械结构的微振动测量校准方法，其特征在于：所述的第一加速度传感器、第二加速度传感器和第三加速度传感器均为多个，即l型板的竖直部分上连接有三排加速度传感器，y实1(f)为多个位于同一高度的第一加速度传感器实时记录的频域信号的平均值，y实2(f)为多个位于同一高度的第二加速度传感器实时记录的频域信号的平均值，y实3(f)为多个位于同一高度的第三加速度传感器实时记录的频域信号的平均值。

4.根据权利要求1所述的大型超重力旋转机械结构的微振动测量校准方法，其特征在于：所述的由下式(6)计算得到：

5.根据权利要求1所述的大型超重力旋转机械结构的微振动测量校准方法，其特征在于：所述的待校准加速度传感器为iepe加速度传感器。