遙測(cè)天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)諧振頻率測(cè)試方法的研究

顏 劍，陳進(jìn)輝

（1 衡陽(yáng)泰豪通信車(chē)輛有限公司 衡陽(yáng) 421001 2 陸軍裝備部駐衡陽(yáng)地區(qū)軍代室 衡陽(yáng) 421001）

引 言

遙測(cè)天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)安裝在汽車(chē)車(chē)艙內(nèi)，用于安裝和升降遙測(cè)天線(xiàn)。當(dāng)遙測(cè)天線(xiàn)需要工作時(shí)，通過(guò)天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)將安裝在其上面的遙測(cè)天線(xiàn)升出車(chē)艙使用；當(dāng)處于運(yùn)輸狀態(tài)時(shí)，又通過(guò)天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)將遙測(cè)天線(xiàn)降到車(chē)艙內(nèi)進(jìn)行收藏。

遙測(cè)天線(xiàn)升起工作時(shí)，為了捕捉目標(biāo)，往往需要進(jìn)行對(duì)精度要求較高的旋轉(zhuǎn)和俯仰等運(yùn)動(dòng)。為保證遙測(cè)天線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的精度，就要求遙測(cè)天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)的諧振頻率不能與遙測(cè)天線(xiàn)的固有頻率相同，以避免與遙測(cè)天線(xiàn)產(chǎn)生共振。

以往遙測(cè)天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)的諧振頻率未進(jìn)行過(guò)測(cè)試，一般是通過(guò)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)判斷天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)是否會(huì)與天線(xiàn)發(fā)生共振。但這種方法可靠度不高。因此，如何對(duì)遙測(cè)天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行諧振頻率測(cè)試，成為急需解決的問(wèn)題。

1 遙測(cè)天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)的工作原理

遙測(cè)天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)底部固定在汽車(chē)的車(chē)艙內(nèi)，天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)的升降托盤(pán)上部用于安裝和升降遙測(cè)天線(xiàn)。因此，遙測(cè)天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)作為遙測(cè)天線(xiàn)的基座，對(duì)遙測(cè)天線(xiàn)運(yùn)行的穩(wěn)定性起到?jīng)Q定作用。

遙測(cè)天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)主要由帶減速器的電機(jī)、傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、底板、升降托盤(pán)和升降機(jī)構(gòu)頂板等部分組成，如圖1 所示。帶減速器的電機(jī)為整套機(jī)構(gòu)提供動(dòng)力。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包含傳動(dòng)軸、換向器、絲桿、絲桿螺母等部件，主要將電機(jī)的動(dòng)力傳遞到升降托盤(pán)，使升降托盤(pán)上下運(yùn)動(dòng)。升降機(jī)構(gòu)底板固定在車(chē)艙內(nèi)地板上，用于整套機(jī)構(gòu)的固定，同時(shí)又作為傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的安裝基面。升降托盤(pán)上部設(shè)置遙測(cè)天線(xiàn)安裝底座，用于安裝天線(xiàn)。升降機(jī)構(gòu)頂板裝在車(chē)艙頂部，對(duì)絲桿起上支撐作用。

其工作原理為：由帶減速器電動(dòng)機(jī)提供動(dòng)力，動(dòng)力通過(guò)傳動(dòng)軸、換向器輸送到四根絲桿處，使絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)；絲桿轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)與其連接的絲桿螺母做垂直軸向移動(dòng)；絲桿螺母又安裝在天線(xiàn)托盤(pán)下部，從而使天線(xiàn)托盤(pán)能升降動(dòng)作。動(dòng)力傳輸路徑如圖2 所示。

2 測(cè)試方法設(shè)計(jì)

2.1 測(cè)試原理

根據(jù)汽車(chē)基本振動(dòng)測(cè)試方法中的頻譜分析法[1]來(lái)測(cè)定遙測(cè)天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)的諧振頻率，即通過(guò)對(duì)天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)的隨機(jī)激勵(lì)、瞬態(tài)激勵(lì)等各種激勵(lì)測(cè)得天線(xiàn)安裝處的振動(dòng)信號(hào)，經(jīng)FFT（Fast Fourier Transform）分析[1]，由頻譜圖中的峰值分量來(lái)確定車(chē)載天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)的諧振頻率。

圖1 天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.1 Schematic diagram of antenna lifting mechanism structure

圖2 動(dòng)力傳輸路徑圖Fig.2 Power transmission path diagram

2.2 測(cè)試內(nèi)容

對(duì)遙測(cè)天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，以獲得天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)垂直方向和水平方向上的諧振頻率。

2.3 測(cè)試設(shè)備

CT1010L PCB 加速度傳感器、CT5204 恒流適配器、VXI 數(shù)據(jù)采集設(shè)備、計(jì)算機(jī)等。

2.4 分析軟件

Matlab

2.5 測(cè)試方法設(shè)計(jì)

①車(chē)艙在行駛過(guò)程中，車(chē)艙及天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)會(huì)接收到前、后、側(cè)向和垂直方向振動(dòng)。因此，在天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)中間的天線(xiàn)安裝底座周邊布置4 個(gè)加速度傳感器，分別用于測(cè)量沿車(chē)身前、車(chē)身后、車(chē)側(cè)向、車(chē)垂直方向的加速度，其中，1 號(hào)測(cè)垂直方向加速度，2 號(hào)、4 號(hào)測(cè)前后水平方向加速度，3 號(hào)測(cè)側(cè)向水平加速度。如圖3 所示。

②實(shí)際工況中，由于車(chē)艙在行進(jìn)過(guò)程中，外界會(huì)對(duì)車(chē)艙產(chǎn)生激勵(lì)。車(chē)艙又與遙測(cè)天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)采用剛性連接，振動(dòng)就會(huì)相應(yīng)地傳遞到天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)的天線(xiàn)安裝底座處。

圖3 傳感器安裝及加載位置示意圖Fig.3 Schematic diagram of sensor installation and loading position

為模擬實(shí)際工況，因此對(duì)車(chē)艙加載激勵(lì)，其加載方法如下：將直徑3mm～5mm 的鐵絲拴住在車(chē)艙頂部右后方，用叉車(chē)在底盤(pán)后方拉緊鐵絲（如圖4 所示），沿車(chē)身前后方向進(jìn)行加載，在鐵絲崩斷的瞬間車(chē)艙將產(chǎn)生自由衰減振動(dòng)響應(yīng)。由于車(chē)載天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)底部與車(chē)艙連接，振動(dòng)就會(huì)相應(yīng)地傳遞到天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)的天線(xiàn)安裝底座處。

圖4 加載激勵(lì)試驗(yàn)Fig.4 Loading excitation test diagram

③用MATLAB 和數(shù)據(jù)采集設(shè)備VXI 從加速度傳感器處采集并保存自由衰減振動(dòng)的響應(yīng)信號(hào)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)頻譜分析。

④ 為提高沿車(chē)身側(cè)向方向的信號(hào)測(cè)試精度，改變鐵絲拉緊方向，在側(cè)向?qū)?chē)艙內(nèi)加載負(fù)載，并重復(fù)上述試驗(yàn)步驟和記錄數(shù)據(jù)。

3 測(cè)試結(jié)果

通過(guò)設(shè)置在天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)上的加速度傳感器采集到加速度信號(hào)，通過(guò)公式計(jì)算：a=(2πf)2d（加速度為a，頻率為f，振幅為d），即可取得在一段時(shí)間內(nèi)的振幅變化的信號(hào)，即時(shí)域信號(hào)。

將采集的時(shí)域信號(hào)根據(jù)自相關(guān)函數(shù)[2]，剔除干擾信號(hào)、振動(dòng)噪聲和環(huán)境噪聲，轉(zhuǎn)換成有用的時(shí)域信號(hào)。

通過(guò)傅立葉變換[3]再將有用的時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換成易于分析的頻域信號(hào)，由頻譜信號(hào)圖中的峰值分量來(lái)確定車(chē)載天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)的諧振頻率。

測(cè)試得到的頻譜信號(hào)圖如圖5～圖7 所示。

圖5 垂直方向的振動(dòng)頻率Fig.5 Vibration frequency in vertical direction

圖6 側(cè)向方向的振動(dòng)頻率Fig.6 Vibration frequency in lateral direction

圖7 前后方向的振動(dòng)頻率Fig.7 Vibration frequency in front and back direction

由測(cè)試結(jié)果可知，遙測(cè)天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)垂直方向的最低諧振頻率為12.82Hz，側(cè)向方向的最低諧振頻率為25.64Hz，前后方向的最低諧振頻率為38.46Hz。遙測(cè)天線(xiàn)一般諧振頻率為18Hz 左右，故此遙測(cè)天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)不會(huì)與遙測(cè)天線(xiàn)發(fā)生共振。

4 結(jié)束語(yǔ)

此套遙測(cè)天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)投入實(shí)際使用后，經(jīng)多年使用驗(yàn)證，證明此套機(jī)構(gòu)未與遙測(cè)天線(xiàn)發(fā)生共振現(xiàn)象。因此，設(shè)計(jì)的這套遙測(cè)天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)諧振頻率的測(cè)試方法，能較好地解決遙測(cè)天線(xiàn)升降機(jī)構(gòu)諧振頻率的測(cè)試問(wèn)題。