异形子弹校准高g值加速度计的数值模拟

高g值加速度计是MEMS技术应用于高速撞击/冲击过程中冲击载荷测量的关键之一,现今主要采用微型霍普金森压杆技术对高g值加速度计进行动态校准。该技术中应力波的整形方法主要有采用波形整形器与改变冲击子弹形状两种。采用有限元分析软件ABAQUS对采用异形子弹获得的加载波形及压杆自由端上的加速度信号进行数值模拟研究。模拟结果表明:柱锥形子弹锥高与应力波峰值、下降沿时及加速度峰值成负相关,其应力波形均为类正弦波;而圆锥形子弹锥高与应力波峰值、下降沿时及加速度峰值成负相关,且锥高越小应力波型越趋于类正弦波;子弹的质量与应力波峰值、加速度值成正相关。     

基于DTC-LS的加速度计动态模型参数辨识

加速度计动态模型对描述和分析其动态特性具有重要作用。针对加速度计绝对法冲击激励校准中未知延迟时间对加速度计动态模型参数辨识精度的影响,提出了一种基于延迟时间修正(DTC)和最小二乘(LS)的加速度计动态模型参数辨识方法,该方法将延迟环节引入加速度计动态模型中,使用加速度计冲击激励与响应数据的傅里叶变换估计频率响应函数,采用LS方法和极小化相位误差准则函数迭代修正延迟时间,并利用延迟时间修正后的加速度计冲击激励与响应数据,辨识加速度计动态模型参数。仿真实验和加速度计绝对法冲击激励校准实验表明,该方法能够有效地消除延迟时间对加速度计动态模型参数辨识的影响,辨识获得的加速度计动态模型参数具有较高精度。     

基于LabVIEW的加速度计离心下翻滚校准软件

文中介绍了一种基于LabVIEW的加速度计离心下翻滚校准软件,在被校准加速度计的量程范围内,以离心加速度为标准加速度,利用双离心机实现离心下多位置翻滚校准。文中详述了校准软件的设计方法。     

弹头形状对Hopkinson杆校准系统高g值加速度波形的影响(英文)

自由式Hopkinson杆是一种主要的高g值加载设备,已经被广泛应用于高g值加速度计校准和其它高冲击环境中。介绍了自由式Hopkinson杆校准的加速度计试验,应用一维应力波理论和ANSYS/LSDYNA软件以及试验手段,分析了子弹头部形状,加速度计安装座长度等因素对加速度波形的影响。结果表明:自由式Hopkinson杆产生的加速度持续时间等于理想半正弦应力波前沿,并与安装座长度无关;子弹头部形状对加速度波形影响较大,头部锥度小的子弹产生的加速度幅值较低、持续时间较宽。     

6063铝合金在冲击载荷下的尺寸效应及数值模拟

采用霍普金森压杆(SHPB)在不同冲击压力下对不同尺寸的6063铝合金圆柱试样进行压缩实验。结果表明：在相同压力冲击下,材料的应变率随着试样高径比和横截面的增大而减小。不同尺寸试样在相同的应变率下得到的应力-应变曲线基本吻合。尺寸(直径×高度)为φ8mm×4mm与φ8mm×5mm的试样能获得较广的应变率响应范围。采用ABAQUS有限元软件对铝合金的SHPB动态冲击实验进行了数值模拟,通过二波法计算得到的应力-应变曲线与拟合结果及实验结果吻合较好。     

测试压阻式三轴高g加速度计的霍普金森杆法

研究了一种压阻式三轴高g加速度计的霍普金森杆法测试实验及其数据处理方法。被测加速度计安装于标定杆的端部,从高压气舱中射出的子弹高速撞击标定杆,所产生的冲击以应力波的形式在标定杆中传播,并可以通过安装在杆中部的应变计记录。通过比较应变计的输出和加速度计输出的积分,可以计算得出被测加速度计的灵敏度。利用这种标定方法,测试了一种压阻式单片集成三轴高g加速度计的Z轴单元和X轴单元的灵敏度,测试结果分别为(2.18 μV/g)/5 V和(2.15 μV/g)/5 V。这一测试结果与利用自由落杆测试系统得出的测试结果基本吻合,表明本文所采用的测试系统及实验数据处理方法是可信的。     

激励脉冲宽度对加速度计冲击校准误差的影响

加速度计准静态校准要求激励信号的频率与加速度计谐振频率相比足够低,以减小校准误差.通过加速度计数学模型建立了激励加速度脉冲宽度、加速度计谐振频率和校准误差之间的关系式;针对Hopkinson杆冲击校准装置,理论计算和实验结果表明,激励加速度脉冲宽度决定于应力脉冲前沿宽度,受应力波弥散影响,而与加速度计安装座长度无关.为选用和产生满足要求的激励脉冲信号提供了依据.     

基于应力波反射法的模拟月壤特性研究

为研究不同月壤对应力波反射的影响,应用有限元软件对月壤的受冲击过程进行模拟,得到冲击载荷作用下的月壤应力波响应曲线.同时应用霍普金森压杆试验装置,进行不同模拟月壤的动态力学测试.通过对反射波数据进行采集和对比,确认不同模拟月壤的反射波波幅存在明显差异.研究结果为月壤的特性辨识提供了参考.     

一种高量程加速度传感器的性能测试与分析

针对一种基于微梁检测结构的新型双轴MEMS面内高量程加速度传感器,通过马歇特锤冲击校准装置和霍普金森杆冲击校准装置,测试了传感器的灵敏度和频响特性。试验结果表明:该传感器敏感结构X轴方向的灵敏度为0.470±0.03μV/g,幅值误差±5%时,工作频带为15.5 k Hz;Y轴方向的灵敏度为(0.517±0.03μV/g,幅值误差±5%时,工作频带为16.9 k Hz。该加速度传感器实现了硅平面内2个轴向的高g值加速度信号测量,可以用于后期集成三轴高量程加速度传感器。     

复合量程加速度计在高过载环境下封装失效的研究

在高过载环境下,封装直接影响到加速度计的可靠性.从理论上对封装引起的加速度计失效进行了分析.采用ANSYS软件,对复合量程加速度计的封装进行设计与仿真,对设计结果进行试验验证.试验证明,该设计能够在高过载环境下有效的保护复合量程加速度计正常工作.     

Design, fabrication and experiment of a MEMS piezoresistive high-g accelerometer

High-g accelerometers are widely used in explosion and shock measurement. This paper describes a MEMS piezoresistive high-g accelerometer whose range is more than 50000g. It is designed on the basis of silicon on insulator (SOI) solid piezoresistive chip. The chip has a structure where both ends of the beam are fixed. Through the stress analysis and mode analysis of the accelerometer, the detailed parameters of the structure are established. The experimental results obtained from the drop hammer shock machine test and live-fire test show good properties of the accelerometer such as good output characteristic, repeatability and fast response speed. Therefore, the accelerometer in this paper meets the requirement of explosion and shock measurement basically.     

Modelling accelerometers for transient signals using calibration measurements upon sinusoidal excitation

A recently proposed accelerometer model is applied for determining the accelerometer’s output to transient accelerations. The model consists of a linear, second-order differential equation with unknown coefficients. It is proposed to estimate these model parameters from sinusoidal calibration measurements, and an estimation procedure based on linear least-squares is presented. In addition, the uncertainties associated with the estimated parameters are determined utilizing a Monte Carlo simulation technique.

The performance of the proposed modelling approach was tested by its application to calibration measurements of two back-to-back accelerometers (ENDEVCO type 2270 and Brüel & Kjær type 8305). For each of the two accelerometers, the model was first estimated from sinusoidal calibration measurements and then used to predict the accelerometer’s behaviour for two shock calibration measurements. Measured and predicted shock sensitivities were found consistent with differences below 1% in most cases which confirms the benefit of the proposed modelling approach.     

压阻式微加速度计动态特性与阻尼的关系研究

采用微机械加工工艺制作的压阻式微加速度计在测试过程中经常出现动态特性欠佳甚至于结构损坏的现象，在压阻式微加速度计中，合理设计阻尼参数有助于改善传感器的动态特性。将压阻式微加速度计简化为二阶模型，定性分析了系统动态特性与阻尼之间的关系，研究了压阻式微加速度计结构中阻尼的设计和控制方法，仿真、比较了带不同阻尼参数传感器系统的动态特性，并通过实验验证了仿真分析的正确性。     

高冲击三维加速度传感器横向灵敏度校准技术

探讨了高冲击三维加速度传感器相对横向灵敏度的校准技术。新制定的国标已规范化了传感器的相对横向灵敏度这一参数,它是加速度传感器的一个重要指标,但其定义仅对一维加速度传感器而言。为了扩展到高冲击三维加速度传感器相对横向灵敏度的校准上,笔者采用在空气炮上实现高冲击三维加速度传感器的校准方法采集数据,以三维加速度传感器的拟合直线代替校准曲线、用侧向芯片和主向芯片输出之比计算相对横向灵敏度,更便于使用者评价传感器的性能。完善了高冲击三维加速度传感器相对横向灵敏度测试和校准的技术。相比其他技术,采用的校准装置和校准方法既符合传感器峰值高、脉宽大的特点,又能完整地呈现三轴向间的输出关系。     

Performance evaluation of high g accelerometers

A numerical model for the split Hopkinson bar fly-away technique is presented to evaluate the performance of accelerometers measuring large amplitude pulses. Simulation results based on the numerical model indicate that the rise time of the incident stress pulse in the incident bar and the disk length are of appropriate lengths for the disk response to be accurately approximated as a rigid-body motion. Strain-time histories demonstrate that the incident strain pulse is non-dispersive. The rigid-body acceleration of the disk is derived from analytical models with stress at the incident bar/disk interface, incident strain-time data, and particle velocity on the free end of the disk calculated from numerical results. Thus, accelerations measured using the accelerometer and those derived from the models can be compared. These acceleration-time pulses show good agreement. The numerical model of the split Hopkinson bar fly-away technique can be used to calibrate high g accelerometers.     

Special functions for the extended calibration of charge-mode accelerometers

In this paper, we propose a new procedure for the extended calibration of charge-mode accelerometers. This procedure covers two main stages. The first one follows the general guidelines of international guides that relate to calibrating accelerometers in the frequency domain and are implemented using a weighted-least-squares method. These guidelines are modified herein for the advanced modelling of the charge-mode accelerometer. The second stage provides a new solution which is an extension of the standard calibration using the upper bound of the dynamic error (UBDE) according to the integer-square criterion and a fixed-point algorithm that enables this error to be determined. Additionally, the special functions, representing the values of the dynamic error for the predetermined ranges of the parameters associated with the mathematical model of the charge-mode accelerometer, are determined. Such functions ensure an easy and rapid execution of the second stage of calibration without conducting complicated procedures to determine the value of the UBDE.The extended procedure proposed here enables the comparison of accelerometers with similar technical parameters, but produced by different manufacturers of measuring sensors that frequently compete with each other. In this way, we can select the accelerometer that will produce the lower value of UBDE.     

多维角加速度传感器静态标定方法研究

在线加速度传感器静动态标定方法的基础上，根据质量一转动惯量等效原理，提出多维角加速度传感器的静态标定方法。针对一种一体化三维角加速度传感器结构，分析了利用等效力计算等效力矩的过程，进而详细推导出标定的等效数学模型．并在假定结构尺寸的基础之上，计算出具体的等效惯性力矩和等效惯性力，实现了对多维角加速度传感器的静态标定。     

R电容式硅微加速度传感器静态误差的标定

静态误差广泛存在于各种加速度传感器的应用中,对于误差的标定非常重要。本文介绍了电容式加速度传感器的结构,并分析其工作原理。对于加速度传感器的量程,采用精密离心机来标定静态误差,具体介绍了离心机实验过程,成功地实现了对加速度传感器静态误差的标定,并给出了电容式加速度传感器的标定数据和结果,标定结果使加速度传感器测量的线性度得到了很大的提高。标定方法也适用于其他类型加速度传感器。