冲击、碰撞试验测试技术——冲击传感器的校准

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冲击传感器的校准

冲击校准又称为瞬态校准。目前多用加速度按半正弦规律变换的冲击脉冲作为校准的运动形式。峰值加速度值和冲击脉冲持续时间是表征这种冲击脉冲的两个主要参量，为了能在几个g到几十万个g的冲击加速度值范围内，在几十毫秒到几十微秒的冲击持续时间内对加速度计进行冲击校准，不断地采用了最新技术，建立了较完善的冲击校准装置和校准方法。冲击校准方法可以用相对比较法，也可以用绝对法。传感器的非线性度用每增加一定的加速度值其灵敏度所增加的百分数来表示。

1．冲击校准装置

目前使用最多的冲击校准装置有机械式的碰撞装置、电磁能释放装置、霍普金斯棒等、利用振动台也可对传感器进行冲击校准。

机械式碰撞装置

冲击摆、跌落台、落球冲击装置、空气枪、空气炮等装置都是利用两个物体的机械碰撞来产生冲击运动的。

（1）冲击摆、跌落台。冲击摆又称“弹道摆”，它与跌落台的原理相似，是两种产生标准冲击运动的冲击校准装置。两者的详细结构不同，但都是把被校的加速度计固定到一质量块上，由该质址块去碰撞另一质量块，或由另一质量块碰撞它。改变互相碰撞的两个物体的质量、材料和几何形状就可以改变加速度脉冲的形状、峰值加速度值及冲击脉冲持续作用时间。冲击摆校准装置的加速度范围大致为几个g到数百个g，冲击持续作用时间约十几毫秒到数百微秒，被校传感器的质量约1～2kg。跌落台校准装置的加速度范围大致为100～20000m／s2，冲击持续作用时间约十几毫秒到数百微秒，被校传感器的质量可达10kg以上。图4.6.1和图4.6.2给出了这两种装置的结构原理图。

（2）落球冲击装置。在该装置中，使一钢球从1m高左右自由下落，下落的钢球与装有加速度计的砧子（预先由磁铁吸住）发生碰撞。碰撞后，砧子得到速度下落，而钢球被卡球器垫圈托住，装在砧子上的加速度计就承受冲击运动。由于钢球下落的高度是固定的，因此碰撞时的能量不变，改变砧子碰撞面上的橡胶衬垫可改变冲击持续作用时间，以获得不同的校准加速度值。冲击脉冲的峰值加速度值决定于砧子的质量、球的质量和衬垫的材料。落球冲击校准装置应当与标准加速度计和标准放大器系统连用，以便在3ms～100μs的冲击持续作用时间和2000～10⁵m／s的加速度范围内对压电式或压阻式传感器进行校准，同时也可用来校准加速度计的共振频率。在该装置上可用绝对法（速度改变法）或比较法进行校准，被校传感器的质量一般在几十克以下。图4.6.3给出了其结构原理图。

（3）空气枪（或炮）。将一弹体在枪中（或炮中）用一定的方式起动并加速，由它去碰撞带有被校加速度计的靶体，从而构成空气枪（或炮）校准装置。用这种方法可得到数万个g到数十万个g的高加速度值冲击，也可进行长冲击持续作用时间、低加速度值的冲击校准。一种精密的冲击加速度计绝对校准器，在空气枪上使用了空气轴承支撑和导向。加速度范围从几百g到20000g，具有近似的半正弦波形，持续时间为100μs～10ms。该装置由一台空气枪、被校加速度计及其电荷放大器、瞬态信号记录仪和微型计算机组成。

这是一台无反冲的压缩空气枪。弹体在膛内加速后，碰撞到一个保持在空气轴承中的靶体上。安装在靶体上的被校加速度计受到弹体碰撞所产生的冲击而被激励。由于该装置使用了空气轴承靶体装置，就为被校加速度计提供了试验过程所要求的平移运动，提供了准确的导向。由于采用铍合金制造靶体，就提供了具有高共振频率的加速度计支架，它不易被激励而产生振铃运动。图4.6.5给出了靶体的结构详图。用这种装置时，可用数字式仪器记录加速度计的速度变化和输出，用计算机计算给出灵敏度值，其估算精确度为±4.5％。

来源：《力学环境试验技术》

STM32TSZ

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