动态试验机真实试验力公式推导与结构解析

一、动态测试中的核心问题

在电液伺服动态试验中，称重传感器测量的总力 包含两部分：

1. 试样真实受力​：需测量的目标值。

2. 系统惯性力：由称重传感器自身、夹具及固定装置的总质量和其加速度  产生。
   此惯性力会引入动态误差（可能占读数的很大比例），需通过物理建模和信号处理消除。

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二、动态测量解决方案

1. 加速度计位置设计

• 负载轴中心安装：加速度计直接位于称重传感器中心，与负载轴线重合。

• 消除偏心误差：
  若加速度计偏离负载轴（偏心距离为 ），测得的加速度会包含线加速度  和角加速度 的耦合项（），导致相位和幅值误差。
  传感器设计确保 ，仅测量纯线加速度 ，规避角加速度干扰。

2. 原理公式推导

• 牛顿第二定律：系统总力为真实力与惯性力之和：

  

• 动态校正公式：从总力中扣除惯性力分量，得到真实力：

  

  关键参数：

  • ：称重传感器、夹具及固定装置的等效总质量（需预先标定）。

  • ：加速度计直接测得的负载轴向线加速度。

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三、信号处理与操作实现

1. 自动校正流程

• 加速度信号集成：加速度计信号由试验机控制器实时处理。

• 系统调谐：在自动调谐阶段，控制器完成以下步骤：

  1. 标定总质量 mm（通过已知激励响应）。

  2. 同步采集  和  。

  3. 动态计算 。
     耗时 <1分钟，且操作一致性高，减少人为误差。

2. 手动模式

• 用户可选项：关闭自动校正，手动输入 或调整校正系数。

• 应用场景：针对特殊工况或用户自定义参数需求。

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四、技术优势总结

设计特性	解决的问题	实际效果
负载轴中心加速度计	偏心误差（幅值/相位失真）	测量纯线加速度，信号无畸变
自动调谐算法	操作员设置差异及耗时	一键完成，设置时间<1分钟
动态惯性力补偿公式	高频测试中惯性力占比过大	真实力误差降低，支持更高测试频率
手动/自动模式切换	特殊工况适应性不足	灵活满足不同用户需求

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五、应用效果

• 动态误差减少：公式  直接剥离惯性力，显著提升高频测试精度。

• 频率提升：传统传感器因相位滞后限制频率，力传感器通过中心加速度计实现信号同步，允许频率加倍操作。

• 生产效率：更高测试频率 + 快速自动设置 → 缩短测试周期，提升产能。

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六、公式的物理意义扩展

若考虑多自由度运动（如横向振动），需引入加速度矢量分解：

其中  为负载轴方向单位向量。传感器通过单轴精密对齐，将问题简化为标量计算，避免多维耦合复杂度。