沖擊傳感器的校準(zhǔn)

沖擊校準(zhǔn)又稱為瞬態(tài)校準(zhǔn)。目前多用加速度按半正弦規(guī)律變換的沖擊脈沖作為校準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)形式。峰值加速度值和沖擊脈沖持續(xù)時(shí)間是表征這種沖擊脈沖的兩個(gè)主要參量，為了能在幾個(gè)g到幾十萬個(gè)g的沖擊加速度值范圍內(nèi)，在幾十毫秒到幾十微秒的沖擊持續(xù)時(shí)間內(nèi)對加速度計(jì)進(jìn)行沖擊校準(zhǔn)，不斷地采用了最新技術(shù)，建立了較完善的沖擊校準(zhǔn)裝置和校準(zhǔn)方法。沖擊校準(zhǔn)方法可以用相對比較法，也可以用絕對法。傳感器的非線性度用每增加一定的加速度值其靈敏度所增加的百分?jǐn)?shù)來表示。

1．沖擊校準(zhǔn)裝置

目前使用最多的沖擊校準(zhǔn)裝置有機(jī)械式的碰撞裝置、電磁能釋放裝置、霍普金斯棒等、利用振動(dòng)臺(tái)也可對傳感器進(jìn)行沖擊校準(zhǔn)。

機(jī)械式碰撞裝置

沖擊擺、跌落臺(tái)、落球沖擊裝置、空氣槍、空氣炮等裝置都是利用兩個(gè)物體的機(jī)械碰撞來產(chǎn)生沖擊運(yùn)動(dòng)的。

（1）沖擊擺、跌落臺(tái)。沖擊擺又稱“彈道擺”，它與跌落臺(tái)的原理相似，是兩種產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)沖擊運(yùn)動(dòng)的沖擊校準(zhǔn)裝置。兩者的詳細(xì)結(jié)構(gòu)不同，但都是把被校的加速度計(jì)固定到一質(zhì)量塊上，由該質(zhì)址塊去碰撞另一質(zhì)量塊，或由另一質(zhì)量塊碰撞它。改變互相碰撞的兩個(gè)物體的質(zhì)量、材料和幾何形狀就可以改變加速度脈沖的形狀、峰值加速度值及沖擊脈沖持續(xù)作用時(shí)間。沖擊擺校準(zhǔn)裝置的加速度范圍大致為幾個(gè)g到數(shù)百個(gè)g，沖擊持續(xù)作用時(shí)間約十幾毫秒到數(shù)百微秒，被校傳感器的質(zhì)量約1～2kg。跌落臺(tái)校準(zhǔn)裝置的加速度范圍大致為100～20000m／s2，沖擊持續(xù)作用時(shí)間約十幾毫秒到數(shù)百微秒，被校傳感器的質(zhì)量可達(dá)10kg以上。圖4.6.1和圖4.6.2給出了這兩種裝置的結(jié)構(gòu)原理圖。

（2）落球沖擊裝置。在該裝置中，使一鋼球從1m高左右自由下落，下落的鋼球與裝有加速度計(jì)的砧子（預(yù)先由磁鐵吸?。┌l(fā)生碰撞。碰撞后，砧子得到速度下落，而鋼球被卡球器墊圈托住，裝在砧子上的加速度計(jì)就承受沖擊運(yùn)動(dòng)。由于鋼球下落的高度是固定的，因此碰撞時(shí)的能量不變，改變砧子碰撞面上的橡膠襯墊可改變沖擊持續(xù)作用時(shí)間，以獲得不同的校準(zhǔn)加速度值。沖擊脈沖的峰值加速度值決定于砧子的質(zhì)量、球的質(zhì)量和襯墊的材料。落球沖擊校準(zhǔn)裝置應(yīng)當(dāng)與標(biāo)準(zhǔn)加速度計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)放大器系統(tǒng)連用，以便在3ms～100μs的沖擊持續(xù)作用時(shí)間和2000～10?m／s的加速度范圍內(nèi)對壓電式或壓阻式傳感器進(jìn)行校準(zhǔn)，同時(shí)也可用來校準(zhǔn)加速度計(jì)的共振頻率。在該裝置上可用絕對法（速度改變法）或比較法進(jìn)行校準(zhǔn)，被校傳感器的質(zhì)量一般在幾十克以下。圖4.6.3給出了其結(jié)構(gòu)原理圖。

（3）空氣槍（或炮）。將一彈體在槍中（或炮中）用一定的方式起動(dòng)并加速，由它去碰撞帶有被校加速度計(jì)的靶體，從而構(gòu)成空氣槍（或炮）校準(zhǔn)裝置。用這種方法可得到數(shù)萬個(gè)g到數(shù)十萬個(gè)g的高加速度值沖擊，也可進(jìn)行長沖擊持續(xù)作用時(shí)間、低加速度值的沖擊校準(zhǔn)。一種精密的沖擊加速度計(jì)絕對校準(zhǔn)器，在空氣槍上使用了空氣軸承支撐和導(dǎo)向。加速度范圍從幾百g到20000g，具有近似的半正弦波形，持續(xù)時(shí)間為100μs～10ms。該裝置由一臺(tái)空氣槍、被校加速度計(jì)及其電荷放大器、瞬態(tài)信號(hào)記錄儀和微型計(jì)算機(jī)組成。

這是一臺(tái)無反沖的壓縮空氣槍。彈體在膛內(nèi)加速后，碰撞到一個(gè)保持在空氣軸承中的靶體上。安裝在靶體上的被校加速度計(jì)受到彈體碰撞所產(chǎn)生的沖擊而被激勵(lì)。由于該裝置使用了空氣軸承靶體裝置，就為被校加速度計(jì)提供了試驗(yàn)過程所要求的平移運(yùn)動(dòng)，提供了準(zhǔn)確的導(dǎo)向。由于采用鈹合金制造靶體，就提供了具有高共振頻率的加速度計(jì)支架，它不易被激勵(lì)而產(chǎn)生振鈴運(yùn)動(dòng)。圖4.6.5給出了靶體的結(jié)構(gòu)詳圖。用這種裝置時(shí)，可用數(shù)字式儀器記錄加速度計(jì)的速度變化和輸出，用計(jì)算機(jī)計(jì)算給出靈敏度值，其估算精確度為±4.5％。

來源：《力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)》