基于力矩平衡原理的物体重量重心测量系统的研究及应用

　　一、概述

　　确定物体重量及重心的位置在工程上有着非常重要的意义，特别是在有安全要求的物体应用上尤显其重要性。如在飞机的飞行过程中，飞机重心必须限定在一个相当小的设计要求范围内，尤其是飞机的起飞和降落飞机重心的准确度直接影响着飞机的飞行安全;在汽车、火车的机车的重心关系到汽车、机车的牵引的运动性、运行的稳定性和转向的安全性;在机载各种机器设备的研制过程中，各种机器设备重量重心的确定是设计减震系统必不可少的一项工作;在机车、船舶、坦克等重型工程装备中，重心的检测和测定也是一项必不可少的步骤。由于重心的测量原理已经特别明确，针对不同的被测对象可以采用不同的测量方法;目前测量物体重心坐标方法有引力法、悬挂法、力矩平衡法、质量矩守恒法等多种，对于重量较大的物体重心测量，力矩平衡法是现在最常用的一种，利用力矩平衡原理测量物体重量及重心的方式目前有三种方式：称重平台式、悬挂式、千斤顶式;无论何种方式都是通过 3 点、4点或多支撑点的测力传感器感知力值的大小，再通过采集系统对传感器感知力值数据信号的采集，通过计算机软件对该信号的解算，便得到物体重心的位置值，这便是本文将要介绍的基于力矩平衡原理的物体重量重心测量系统。

　　二、系统的基本原理和组成

　　(一) 系统组成和原理

　　系统由多套测力传感器 (或称重平台)、一套称重仪表箱 (含有数字模块、电源模块、RS232连接器等)、一台笔记本电脑 (含相应的软件) 等部件组成。

　　通过各测力传感器 (或称重平台) 感知的力信号通过数字模块进行采集、A/D转换、处理，然后通过信号线与笔记本电脑连接，由笔记本电脑中的相关软件对仪表采集传输的信号进行处理解算得到物体重心数据。系统组成原理图如图 1 所示。

　　(二) 系统的支撑操作组合方式

　　利用力矩平衡原理测量物体重量及重心的方式目前有称重平台式、悬挂式、千斤顶式三种，因系统支撑操作不同而有多种组合。其一，单一的称重平台式是在每一测力的支撑点下放置一台称重平台，通过称重平台感受被测物体施加的力;其二，悬挂式是通过多套拉式测力传感器将被测物体以一定的要求悬挂起来，由拉式测力传感器感知被测物体施加的力;其三，千斤顶式是在每一支撑点下的千斤顶头部配装一压式测力传感器，通过千斤顶顶推测力传感器，测力传感器顶起被测物体进行测力;其四，在每一称重平台上放置一千斤顶，将称重平台作为千斤顶的底座平台，由千斤顶支撑被测物体，通过称重平台感知所测力;以上这四种组合形式可根据被测物体的实际情况，灵活组合和使用。