高g值加速度传感器激光绝对法冲击校准技术研究

在详细分析反射式激光多普勒原理的基础上,研究了高g值加速度传感器的冲击校准方法。该方法利用Hopkinson杆作为加载手段,利用差动式激光多普勒干涉仪来绝对复现冲击加速度的量值。针对高g值压阻加速度传感器SIMIT-AYZ-60k进行了一系列的校准试验,利用积分运算法和最小二乘法的组合从准动态条件下的校准数据得到了准静态条件下的传感器冲击灵敏度。试验表明,这种方法实现了利用脉宽有限的激励脉冲对固有频率在20kHz以上的高g值加速度传感器的校准,校准的不确定度可以满足冲击测试的工程需求。     

抗高过载防护结构的设计与性能测试

目的弹载记录仪在回收过程中,存在记录仪因硬着陆产生的高冲击力和高过载加速度使仪器损毁而致有效数据失效的现象。针对该问题设计新型双层壳体两级缓冲隔离的电路防护结构,并进行性能测试。方法结合Ansys/Workbench有限元数值模拟软件仿真分析该结构在冲击过程中的形变和受冲击过载特性,同时使用马歇特锤对使用该防护结构的记录仪模拟高冲击、高过载环境实验,由记录仪存储双层防护壳体内外嵌入的加速度传感器信号,并对多次试验信号数据进行处理和分析。结果在过载加速度小于25 000g时,该多层防护结构具有良好的缓冲效果,对记录仪保护效果良好;各层材料的声阻抗差别会影响整体保护效果,差别越大效果越好。结论该防护结构在高过载冲击环境下能有效衰减冲击效应,保护电子设备的安全。     

高g值加速度冲击试验技术研究

摘 要：根据弹体高速侵彻硬目标过程中加速度测试的特点,研制了高g值冲击试验装置。它由一级空气炮、加速度存储测试装置、炮弹、反射式激光测速仪和激光多普勒测速仪等组成,并在该冲击试验装置上进行了弹载加速度存储测试装置的高g值冲击试验。采用泡沫铝缓冲件对记录电路模块进行缓冲保护,利用光栅作为合作目标,由两套激光多普勒测速仪同时记录冲击过程中测试装置外壳和电路模块的激光频移信号, 处理可得到二者的加速度——时间曲线,比较了泡沫铝的高g值缓冲效果。     

一种便携式高g值冲击试验装置的设计

为对惯性开关进行大于8 000 g的冲击检测,设计一种便携式冲击试验装置。根据弹性力学的赫兹理论,对该冲击试验装置进行了动力学分析,采用四阶龙格-库塔(Runge-Kutta)算法求解得到了结构参数与冲击特性的关系。采用Endevco2270标准传感器进行标定,标定结果满足设计要求,即该冲击试验装置可产生最大幅值约8 400 g,脉宽约110μs的冲击加速度信号,在同一高度测试的相对误差小于6%,具有良好的输出稳定性。该冲击试验装置体积小,质量轻,便于携带,维护简单,安全可靠,可用于小尺寸惯性器件冲击检测及抗冲击实验等。     

高g值加速度传感器研究

本文在对压电薄膜材料进行分析以后,设计出了适用于终点弹道测试与控制的高g值压电薄膜式加速度传感器。压电薄膜式加速度传感器采用了压电薄膜的模向压电效应。此种传感器结构简单,体积小。更明显的特点是:频响高,抗横向冲击能力强。另外,此种结构的传感器可以做成一个系列。传感器的量程可以从几百个g到十几万个g。     

高冲击加速度传感器横向效应及装配方式所致测试误差

针对高冲击测试只校准加速度传感器而忽略其安装方式所致测试误差,分析高冲击加速度传感器灵敏度横向效应产生原因与测试仪整体力学模型。通过Hopkinson杆冲击实验装置对传感器每轴横向效应实验分析,利用ANSYS软件分析测试仪在冲击加速度载荷20000 g时结构响应。结果表明,测试仪结构发生振动时传感器装配方式所致测试误差不可忽略。     

弹载加速度记录仪在冲击环境下的失效研究

在弹体侵彻过程中,首先分析高g值冲击对弹载加速度记录仪的影响,得出应力波作用下加载到弹体内记录仪的加速度值,并研究了加速度记录仪壳体、缓冲材料及电路板的动态结构响应,进而提出可能出现的失效模式：壳体结构的失效、缓冲材料缓冲性能的不足、芯片与PCB板相对运动导致芯片的裂纹。针对各失效模式,利用ANSYS/LS-DYNA对记录仪各防护单元进行了数值模拟仿真,得出各防护单元失效的临界冲击加速度值: 电路板失效的临界冲击加速度为1.93×104g,当加载冲击加速度为1.63×105g时,壳体发生屈曲;增大冲击加速度至5.63×106g时,缓冲材料失效。经过实弹侵彻试验,得出记录仪在1.5×105g的冲击加速度下失效。该实验结果对后续弹体实际侵彻弹载记录仪的设计及优化提供数据支撑。     

抗高冲击加速度压力传感器结构设计

本文介绍一种高冲击加速度环境下使用的高压传感器结构设计。包括指标的确定、主要结构特点和加速度灵敏度补偿结构计算等。动、静态标定结果表明,采用“全隔离”抗应变测压结构,解决了600MPa压力传感器耐8×10~4gn高冲击过载问题。     

抗高过载低量程加速度传感器

本文介绍了一种适用于高过载，低量程加速度测试的传感器－电容式抗高过载低量程传感。文中主要介绍了传感器的工作原理，该传感器适用于中间弹道和外弹道上弹丸飞行参数的测试，以及颤振，飞行，碰撞试验等场合的参数测试。     

高过载测试中结构防护模型研究

通过分析高过载测试中侵彻破坏模式及其缓冲的原理和数学模型，并在此基础上利用马歇特锤对测试装置做破坏性的冲击试验，从而得出关于测试结构微型化设计、电路体的抗高过载设计以及测试系统结构的合理布局的设计原则．     

永磁式角加速度传感器及其标定方法的研究

介绍了一种新型永磁式角加速度传感器及其机械结构和工作原理,针对该角加速度传感器的标定问题,提出了一种基于机械扭摆机构的标定方法和标定系统。推导证明了其标定原理,并通过实验证明该标定方法和标定系统能客观反映出永磁角加速度传感器非电量输入和输出电压之间的关系,确保了角加速度传感器的标定精度,证明了永磁式角加速度传感器及其标定方法的可行性。实验结果表明传感器的灵敏度约为6.562 μV/(rad·s^-2).     

加速度冲击校准研究

文章将加速度冲击校准分为绝对法、相对法和比较法进行介绍,并给出了几种半正弦冲击脉冲激励装置的激励范围及校准装置的测量范围和测量不确定度。所提出的加速度类比法系冲击校准新方法,是相对法和比较法的结合,能对冲击加速度传感器灵敏度、幅值线性度与频率响应等进行较为准确的检定与校准。     

高精度低冲击加速度校准装置研究

研究建立了基于ISO国际标准的碰撞式高精度低冲击加速度校准装置,在冲击加速度峰值20~10000 m/s2,冲击脉宽0.5~10 ms范围内实现产生半正弦波形的冲击加速度传感器的高精度校准。本文介绍了校准装置的构成和工作原理,通过与冲击加速度国家基准的比对,结果表明本装置可实现0.5%（k=2）的冲击加速度校准不确定度。本装置提升了我国冲击加速度校准装置的准确度,满足航空航天、交通运输、汽车工业等领域广泛存在的对冲击加速度计的高精度校准需求。     

Measuring simultaneously linear and angular acceleration during a crash

The new translational/angular accelerometer presented in this paper consists of a pair of identical preloaded quartz shear elements inside a metal housing. Integrated impedance converters transform the piezoelectric signals to low impedance voltages. The rugged sensor is mounted on the surface of the structure under test by fixing it with four screws. It allows the simultaneous measurement of translational and angular acceleration. Due to its construction, the small and light weight sensor is suited for shock application, e.g. during crashes. An example of linear and angular acceleration acting on a dummy head during a crash is presented.     

冲击加速度传感器频域校准技术研究

为获得更为真实的传感器频响特性,利用激光干涉仪对传感器进行动态校准,在传感器输入和输出数据的基础上,确定系统模型结构、阶次,基于输出误差模型,采用系统辨识实验法,辨识传感器模型的各项参数,从而建立被校冲击加速度传感器的数学等价模型,进而将模型方程转换为传递函数,并绘制出传感器的幅频、相频特性曲线,最终实现被校传感器的冲击频域校准。     

便携式冲击加速度激励装置研究

冲击加速度测量技术广泛应用于军队科技建设中。针对冲击加速度传感器计量的需求和特点,遵循军事计量设备国产化趋势,研制加速度幅值范围为2×10~2～1×10~5m/s~2、脉冲持续时间范围为0. 2～4 ms的便携性气动上抛式冲击加速度激励装置,完善军用冲击加速度动态计量技术体系,为我国军事冲击计量提供重要技术保障。     

扭摆式高g值微机械加速度计的设计优化与冲击校准

设计实现了一种扭摆式高g值微机械加速度计。微结构采用十字形扭梁减小横向效应,摆片两侧使用梳齿结构作为止档和阻尼器,6个敏感单元并联的方式提高基础电容量。有限元仿真得到表头谐振频率约为56kHz,前两阶模态分离比大于4,高过载能力10万g,微结构灵敏度为8.94E-6pF/g,基于SOG工艺流片后单侧基础电容约为3.6pF。分析了环形二极管电容检测电路的检测带宽问题,并设计了高g值加速度计的检测电路。搭建了霍普金森杆实验系统进行高g值的冲击校准,2万g范围内非线性度2%,5V供电下标度因数约为24.5μV/g。     

正弦力计量校准研究

动态力是加速度的导出量,文章介绍了正弦力计量标准装置研究与量值溯源现状,并认为根据动态力定义用激光干涉法测量加速度直接溯源到质量、加速度和时间是正弦力计量发展方向。由于正弦力计量中运动部件各处加速度不相等,因而研究质量块加速度分布非常重要,文章采用圆板弹性动力学模型将质量块三维结构简化为一维结构研究加速度径向分布,再用杆件结构动力学模型进一步将质量块简化为质点研究加速度轴向分布,进而减少正弦力测量结果的不确定度。