[發明專利]高沖擊加速度傳感器動態特性的溯源校準方法

無效

• 申請號: 200910073637.2
• 申請日: 2009-01-08
• 公開（公告）號: CN101458263A
• 公開（公告）日: 2009-06-17
• 發明（設計）人: 祖靜;范錦彪;王燕;張紅艷;徐鵬;林祖森;李慶豐;康鳳霞
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: G01P21/00
• 分類號: G01P21/00
• 代理公司: 北京太兆天元知識產權代理有限責任公司
• 代理人: 傅 權;馬秦鎖

一.技術領域

本發明公開的高沖擊加速度傳感器動態特性的溯源校準方法屬加速度傳 感器計量技術領域，具體涉及的是一種高沖擊加速度傳感器的動態特性的溯源 校準方法。該方法能夠校準高沖擊加速度傳感器在整個工作帶寬范圍內的動態 特性，并實現溯源。

二.背景技術

高沖擊加速度傳感器被廣泛應用于碰撞過程的加速度測量，尤其是用在彈 體侵徹硬目標的過程中。一種新設計的高沖擊加速度傳感器在研制過程中需要 對其動態特性進行研究，現有的高沖擊加速度傳感器在多次使用后也需要對其 動態特性進行校準。另外在沖擊加速度測試過程中，我們經常發現加速度測試 曲線在峰值加速度后存在零點漂移、加速度曲線的積分與撞擊前彈體的速度不 一致、速度曲線的積分與彈體的位移不一致等現象。這說明在高g值脈沖的作 用下，加速度傳感器的動態特性發生了變化。要從根本上解決這個問題，必須 對高沖擊加速度傳感器在高g值窄脈沖作用下的動態特性進行研究，即校準傳 感器在高沖擊過程中的動態靈敏度及其頻率響應。

高沖擊加速度傳感器的校準方法很多，但都只限于對幅值靈敏度的校準， 而現有的頻率響應校準裝置和校準方法只能在低g值下進行。目前常用的校準 高沖擊加速度傳感器靈敏度的方法有沖擊力法、速度改變法和激光絕對法，且 這三種方法先后成為國際標準ISO?5347/0(1987年)、ISO?16063-1(1998年) 和ISO?16063-13(2001年)規定的校準方法。其中，激光干涉絕對法原理完 善、結果可靠、精度最高，所復現的沖擊加速度量值，直接溯源于激光波長和 時間/頻率量，并且便于復現。

目前常用的加速度傳感器的頻率響應校準方法有正弦振動比較法和沖擊激 勵法。正弦振動比較法可獲得傳感器的完整頻響曲線，且我國已先后建立了高 頻、中頻、低頻振動國家級基準裝置，其最高頻率可達100kHz，但這種校準方 法只能在低g值下進行；而沖擊激勵法目前可實現的校準頻率在50kHz以內， 校準幅值在10⁴g以下，且多數用來校準傳感器的諧振頻率。本發明所提供的校 準方法主要是針對諧振頻率在50kHz以上，幅值在0.5×10⁵g以上的沖擊加速 度傳感器的動態特性進行溯源校準的。

三.發明內容

本發明的目的是：向社會提供這種高沖擊加速度傳感器動態特性的溯源校 準方法。本發明的高沖擊加速度傳感器動態特性的溯源校準方法，對于研究加 速度傳感器在整個工作帶寬范圍內的動態特性，提高高沖擊條件下加速度測試 的精度具有重要的理論意義和實際應用價值。

本發明的技術方案是這樣的：這種高沖擊加速度傳感器動態特性的溯源校 準方法，技術特點在于：在對被校準的高沖擊加速度傳感器實現寬脈沖條件下 溯源校準基礎上，再采用極窄脈沖激勵該高沖擊加速度傳感器，通過測試或計 量儀器，測得該高沖擊加速度傳感器的頻率響應特性，實現其動態特性的溯源 校準。所述的寬脈沖條件是脈寬大于50μs，所述的窄脈沖條件是脈寬小于 10μs。

根據以上所述的高沖擊加速度傳感器動態特性的溯源校準方法，技術特點 還有：所述的采用寬脈沖激勵該高沖擊加速度傳感器的方法是：采用脈寬大于 50μs的寬脈沖激勵該高沖擊加速度傳感器，通過測試或計量儀器，得到該高 沖擊加速度傳感器在準靜態條件下的靈敏度，實現加速度量值的溯源校準。所 述的溯源，即采用寬脈沖激勵被校高沖擊加速度傳感器，由差動式激光多普勒 測速儀測量該加速度傳感器的速度，通過微分得到加速度信號。把加速度傳感 器的輸出信號與激光多普勒測速儀測得的加速度信號比較，求得該加速度傳感 器在準靜態條件下的靈敏度，加速度量值可直接溯源到計量學中的基本量(時 間和長度)。

根據以上所述的高沖擊加速度傳感器動態特性的溯源校準方法，技術特點 還有：所述的對被校準的高沖擊加速度傳感器實現寬脈沖溯源校準的方法是： 對不同固有頻率的被校高沖擊加速度傳感器溯源校準所需的激勵寬脈沖的最 小寬度t₁由公式(1)決定：