[發(fā)明專利]一種基于參數(shù)擬合的沖擊波形峰值測量方法

有效

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• 申請日: 2014-08-06
• 公開（公告）號: CN104796116B
• 公開（公告）日: 2017-08-01
• 發(fā)明（設計）人: 梁志國;李新良;朱振宇
• 申請（專利權）人: 中國航空工業(yè)集團公司北京長城計量測試技術研究所
• 主分類號: H03K5/1532
• 分類號: H03K5/1532
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發(fā)明屬于振動沖擊、機械工程領域以及計量測試技術領域，涉及一種沖擊波形的峰值測量方法，特別涉及由于機械碰撞、電氣沖擊、氣體沖擊、液體沖擊、聲沖擊、光沖擊、爆炸等形成的沖擊波形的峰值測量方法。

背景技術

沖擊波形屬于脈沖波，脈沖峰值的計算與確定是脈沖測量中的基本問題。沖擊測量在很多情況下都和安全性以及武器裝備等的毀傷性能有關。例如，人們會在航天器降落回收時測量其落地時的最大加速度，以便評估和判定是否超出了人體和設備的承受能力極限，并進而采取防護性技術措施；槍彈、炮彈、火箭彈等動能武器直接命中目標時，其最大沖擊加速度將體現(xiàn)其殺傷效果，人們需要通過測量沖擊加速度的峰值等參數(shù)，以了解各種不同型號的武器裝備的殺傷力如何；頭盔、安全帽等承受多大的沖擊加速度能夠不碎裂，體現(xiàn)了其對人的保護能力，人們通過測量沖擊加速度峰值可以獲得該信息；而在高壓電氣系統(tǒng)中，人們需要了解電路結構與系統(tǒng)在多高的沖擊高電壓下能夠不出現(xiàn)飛弧、擊穿等故障效應，以便進行電氣安全和防護設計?？傊藗冊谠S多種沖擊信號的測量中，都主要在關心其沖擊的峰值到底有多大。

在沖擊測量中，最終的結果即是一個物理脈沖波形。其脈沖的峰值和脈寬是其兩個基本參數(shù)，它們確定以后，主要的沖擊信息基本上概括了，并可以以此為基礎，進一步確定其它沖擊參數(shù)和沖擊特征。如升降沿、頻譜、功率譜等等。多數(shù)情況下，人們都希望單次沖擊的峰值形狀比較光滑、平緩、且具有單峰特性，這樣，將很容易判定峰值的位置和獲得其峰值的量值。當畸變、噪聲、毛刺、振玲等在峰值附近出現(xiàn)時，峰值位置的確定和峰值自身量值的測量獲取就變得比較困難了。尤其是在這種情況下，人們還想獲得比較高的峰值測量準確度，將使該問題變得更加困難。為了解決這一問題，在不同行業(yè)里，人們采取的是不同的方式。

在無線電行業(yè)，無線電波脈沖峰值功率測量也是主要測量項目之一。為了避免噪聲、響應過沖、振玲等對峰值計算的影響，國際電工委員會(International Electro technical Commission，簡稱IEC)標準里定義了脈沖的“頂”、“底”等基本術語，用來描述脈沖的峰值和谷值，并以眾數(shù)法來確定脈沖的“頂”和“底”。對于方波等“頂”與“底”較平坦的脈沖波形，該定義及方法具有優(yōu)良的適應性，得以廣泛應用。但對于具有比較尖頂?shù)姆欠讲悰_擊波形并不完全適合，主要是也面臨需要較多采樣點且測量準確度不高的問題。

在振動沖擊領域，面臨的往往是機械工程問題，特別是高沖擊情況和超高沖擊情況，由于材料和結構等沖擊特性產(chǎn)生的類似于半正弦型脈沖，其峰值往往不平坦、不規(guī)則、且采樣測量點也不夠多，這時，使用無線電行業(yè)里的眾數(shù)法常常會遇到適應性較差的問題，最直接的表現(xiàn)就是測量重復性較差。

因而，在振動沖擊領域，國際標準化委員會(International Organization for Standardization，簡稱ISO)推薦的做法是對測量的沖擊波形進行濾波，將沖擊波形的峰值濾得比較平坦后再直接尋找最大值確定脈沖峰值。然而，濾波帶寬的選取，以及濾波后是否給沖擊波形的峰值造成較大影響的判定，一直是困擾沖擊計量的基本問題，并使得沖擊測量的準確度一直難以提高，準確度約為5％左右。

本發(fā)明針對上述問題，將沖擊峰值測量看成是一個局域殘周期正弦曲線的單峰最優(yōu)判定問題，不使用濾波等手段，從而避免了濾波器可能帶來的參數(shù)變化對測量準確度的影響，以模型參數(shù)進行最優(yōu)判定，也可以對噪聲、毛刺、尖峰、量化誤差等影響進行一定的抑制，從而有望獲得更高的沖擊峰值測量準確度。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為了克服ISO推薦方法的需要預先濾波、從而影響測量準確度的缺陷，以及IEC推薦方法不完全適合半正弦和高斯形狀沖擊波形的問題，以提高半正弦形狀類和高斯形狀類沖擊波形峰值測量計算的準確度為目的，提出一種基于參數(shù)擬合的沖擊波形峰值測量方法。用半正弦擬合方法確定沖擊波形的峰值，并在不使用濾波器的情況下，直接以原始采集波形數(shù)據(jù)進行最小二乘曲線擬合，獲得半正弦沖擊波形的峰值，以提高測量準確度和重復性。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明所采用的技術方案如下：

一種基于參數(shù)擬合的沖擊波形峰值測量方法，包括以下步驟：

步驟一、使用沖擊激勵源產(chǎn)生波形，此波形能近似于半正弦沖擊激勵或高斯沖擊激勵。用傳感器及配套波形數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行波形測量，獲得完整的沖擊測量波形等間隔采樣序列。

步驟二、用比較法獲得沖擊波形的最大值和最小值，截取沖擊波形的最大值和最小值之間近似半正弦部分的波形，用于峰值計算。