基于加速度传感器阵列六自由度振动测试方法研究.pdf

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1、仪器仪表／检测／监控现代制造工程（ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）２０１４年第８期基于加速度传感器阵列六自由度振动测试方法研究陈海龙，汪伟，栾军英（军械工程学院一系火箭炮教研室，石家庄０５０００３）摘要：利用多个加速度传感器组成传感器阵列进行六自由度振动测试，但该方法振动线速度、角速度等参数是通过对加速度信号进行积分方法获得的，数值积分随时间增长的积累误差迅速增大，限制传感器阵列长时间测量。介绍传感器阵列测试方法，对数值积分误差进行分析，并提出用基于经验模态分解（ＥＭＤ）

2、的理论数据处理方法解决上述问题，通过仿真和实验验证了该方法的有效性。关键词：经验模态分解；传感器阵列；振动测试；累积误差；六自由度中图分类号：ＴＪ０６文献标志码：Ａ文章编号：１６７１—３１３３（２０１４）０８—００９７—０６SixdegreesoffreedomvibrationtesttechnologyresearchbasedonsensorarrayＣｈｅｎＨａｉｌｏｎｇ，ＷａｎｇＷｅｉ，ＬｕａｎＪｕｎｙｉｎｇ（ＯｒｄｎａｎｃｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｌｌｅｇｅ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ０５

3、０００３，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｔｈｅｓｅｎｓｏｒａｒｒａｙｃａｎｃａｒｒｙｔｈｅｓｉｘ-ＤＯＦｖｉｂｒａｔｉｏｎｔｅｓｔ，ｂｕｔｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｐｒｅｓｅｎｔａｐｒｏｂｌｅｍｏｆｄｉｆｆｉｃｕｌｔｔｏｉｎｓｔａｌｌｔｈｅｓｅｎｓｏｒａｎｄｈａｖｅａｂｉｇｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｅｒｒｏｒ．Ｖｉｂｒａｔｉｏｎｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔｔｅｓｔｓｕｓｕａｌｌｙｔｈｒｏｕｇｈｉｎｔｅｇｒａｌｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎａｃｃｅｌｅｒａｔｉｏｎｓｉｇｎａｌ，ｔｈｉｓｐｒｏ-ｄｕｃｅｓａｎａｃｃｕｍｕｌａ

4、ｔｉｏｎｏｆｅｒｒｏｒｓｗｈｅｎｔｉｍｅｇｒｏｗｔｈ，ｌｉｍｉｔｅｄｔｈｅｔｉｍｅｏｆｓｅｎｓｏｒａｒｒａｙｔｅｓｔ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅＥＭＤｔｈｅｏｒｙｏｆｓｅｎｓｏｒａｒｒａｙｔｅｓｔｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙａｄｄｒｅｓｓｔｈｅｓｅｐｒｏｂｌｅｍｓｂｙｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｔｏｐｒｏｖｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓｏｆｔｈｅｍｅｔｈｏｄ．Keywords：ＥＭＤ；ｓｅｎｓｏｒａｒｒａｙ；ｖｉｂｒａｔｉｏｎｔｅｓｔ；ｔｈｅｃｕｍｕｌａｔｉ

5、ｖｅｅｒｒｏｒ；ｓｉｘ-ＤＯＦ０引言１三轴加速度传感器阵列方案振动测试对产品的可靠性、工作环境以及机械故１．１阵列构型障诊断等都有着重要的参考意义，测试车辆、舰船和加速度传感器技术和性能的不断提高，为传感器飞机等运动体的振动状态日益受到人们的关注。但阵列测试技术工程化应用提供了条件。现有研究常测量任意振动情况下六自由度运动参数时，绝对式位用的有六加速度传感器、九加速度传感器、十二加速［３］移传感器存在体积大、质量大、安装困难及动态范围度传感器以及一些其他构型的传感器阵列。本文小等缺陷，在实践中难以应用

6、。普通的单自由度多点使用的是四个三轴加速度传感器组成阵列的方案，减测量存在安装繁琐、布线复杂、多个传感器之间相对少了传感器阵列中传感器的使用个数，保证了安装在［１］位置测量和同步测试困难问题。而多目ＣＣＤ等立同一坐标轴的敏感方向的正交性，在狭小的空间中也体视觉测试技术存在设备复杂、操作困难及动态测试便于安装，同时，在Z轴及Y轴的负方向未布置传感范围小的问题。器，便于载体的设计与安装。借鉴无陀螺捷联惯性导航的相关技术，将传感器加速度传感器阵列方案如图１所示，O-XYZ为建立阵列测试技术运用到振动环境中，

7、可以有效地对较高的载体坐标系，Ai-aixaiyaiz为三轴加速度传感器元件坐频率下多自由度线振动与角振动耦合效果进行绝对标系。A１、A２、A３与A４为四个三轴加速度传感器，安装在测量。其具有成本低、反应快且可靠性高等诸多优坐标轴上的位置到原点O的距离分别为l１、l２、l３与l４，［２］点，在工程上具有较广阔的发展前景。三轴加速度传感器的三个敏感轴与坐标系对应轴平行。本文介绍该方案的传感器阵列排布构型以及推１．２振动参数的解算导出参数的解算公式。并应用经验模态分解方法消以A表示加速度传感器的十二个敏感

8、轴上测量除积分误差，使得该方案能够运用到工程测试中，具到的加速度信号，设l１＝l２＝l３＝l４＝l，由运动学知识有重要的工程应用意义。可知，任意加速度传感器输出为：９７２０１４年第８期现代制造工程（ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）式中：ｇx、ｇy、ｇz为三轴加速度传感器三个方向上受到的重力加速度。角加速度项为：·ωx＝（a１y－a１z＋a２y－a２z＋２a３z－２a４y）／（４l）·ωy＝（－a１x－a１z－a２x＋a２z＋