MEMS高g值加速度计动态线性校准装置设计及试验验证

基于一维应力波传播理论和弹性波叠加原理,设计了双弹头霍普金森杆校准装置,用以实现精确标定高g值加速度计的动态线性参数.利用ANSYS/LS-DYNA有限元仿真软件对双弹头霍普金森杆进行了数值模拟;分析了子弹材料、垫片材料、垫片厚度对加速度激励波形的影响,并结合以上三种因素对内、外弹单独撞击产生的加速度叠加曲线与两弹同时撞击产生的加速度曲线的一致性进行了分析;最终,通过试验验证了双弹头霍普金森杆校准装置测量加速度计动态线性参数的可行性.     

基于双弹头Hopkinson杆的高g值加速度传感器的动态线性分析

分析了高g值加速度传感器动态线性的测试原理并对双弹头Hopkinson杆的可靠性进行了验证;同时利用双弹头Hopkinson杆激光干涉冲击试验装置测量了高g值加速度传感器的动态线性。该方法是将双弹头Hopkinson杆作为冲击加速度发生器,用双膛冲击发生器发射两个子弹（分别为内、外弹）,当两子弹分别单独与双弹头Hopkinson杆相撞时,通过控制冲击加速度发生器,使产生的加速度脉冲频率相同且峰值分别为a外、a内,测得加速度传感器对应输出加速度峰值分别记为A外、A内;保持相同的发射条件,当内外弹同时与Hopkinson杆相撞时,使两子弹作用于细杆上的冲击加速度脉冲的频率相同且峰值仍分别为a外、a内;根据应力波叠加原理,则叠加后产生的加速度峰值为a总=a外+a内,测得加速度传感器对应输出的加速度峰值记为A总;从而可以求出ΔY=(A外+A内)-A总,通过分析ΔY是否在所要求的范围内来说明被测加速度计的动态线性。     

高压传感器在高静压下的动态校准方法

提出了一种校准高压传感器频响特性的方法,动态校准系统主要由甘油油腔、霍普金森杆、气枪、应变片、电荷放大器、活塞式压力计和数据采集系统等组成.校准时先利用活塞式压力计在封闭式油腔中产生高静压,高静压作用于被校准的压力传感器.气枪发射子弹,子弹撞击霍普金森杆产生近似于冲激函数的窄脉冲应力波,应力波通过甘油传播并激励传感器,...     

弹底压力测试中压力传感器的加速度效应及其校准方法

针对弹底压力测试中压力传感器同时受到高加速度的影响,提出了一种压力传感器加速度效应的校准方法.该校准方法通过对压力传感器施加系列不同的压力并采用霍普金森杆产生对应的不同系列激励加速度脉冲,从而测得该压力传感器不同系列激励的加速度效应.通过ANSYS有限元仿真和校准实验对加速度效应的验证,从理论分析和实验数据都证实了压力...     

PVDF压力传感器的动态灵敏度校准

利用霍普金森压杆装置(SHPB),对PVDF压力传感器进行了动态校准,给出了校准拟合直线方程和线性度。校准结果表明,霍普金森压杆装置是目前PVDF压力传感器较为理想的动态灵敏度校准设备;在较宽的压力范围内(0～240MPa),PVDF压力传感器输出灵敏度随压力增加缓慢降低,线性度约±3.0%FS。     

一种基于压电石英晶体的高g_n值加速度传感器

高gn值加速度传感器广泛地用于冲击加速度的测量。概述了对高gn值加速度传感器的需求;简述了压电式高gn值加速度传感器的结构原理;介绍了高gn值压电加速度传感器的设计方案;开发了一种压缩、双屏蔽套筒式、用压电石英材料进行能量转换的高gn值加速度传感器;用马希特锤击机和霍普金森杆进行了试验;试验表明:该加速度传感器动态范围和工作频段分别可以达到0~150 000gn和0~20 kHz,幅值线性度小于10%,满足弹上要求。     

MEMS高量程加速度传感器的动态特性分析

利用霍普金森杆激光干涉冲击试验台对实验室研发的MEMS高量程压阻式加速度传感器进行动态校准;采用两种不同解算方法对实验数据将进行分析处理,求解出该传感器的幅频特性,绘制了对数幅频特性曲线;通过对比两种算法的结果知道,镜像映射法优于FFT算法,其算法简单有效,能直接辨识出系统模型参数和模型阶次。     

基于广义最小二乘法加速度传感器的动态建模

针对数学模型在动态校准实验数据处理中的重要地位,结合Hopkinson杆对加速度传感器测试系统动态校准所得实验数据,介绍了一种基于广义最小二乘法的动态数学模型建立方法.并利用Matlab/Simulink模块进行了仿真验证,由仿真结果表明该时间域数据处理方法具有简洁性、准确性的特点,特别适合于动态校准中建立差分方程模型.     

一种压阻式高g值传感器的冲击校准的方法研究

介绍了一种高g值冲击加速度传感器灵敏度校准的方法,即基于Hopkinson杆技术的激光多普勒干涉法,该方法能够复现冲击加速度量值,直接溯源于激光波长和时间/频率量,并使用Hopkinson杆对150 000g量程的压阻式传感器进行了冲击校准,通过校准证明了该方法的可行性,而且复现方法可靠、稳定.     

高g值加速度传感器的窄脉冲校准理论与方法

针对高g值加速度传感器动态特性校准中遇到的激励窄脉冲的宽度问题,提出了适用于高g值加速度传感器动态特性的窄脉冲校准准则。该准则给出了对不同谐振频率的高g值加速度传感器的动态特性进行校准时,校准所需的激励窄脉冲的最大脉冲宽度与传感器谐振频率的关系。依据该准则设计了窄脉冲校准系统,并对8309型高g值加速度传感器进行了校准实验。实验结果表明,该准则对于高g值加速度传感器频率响应特性的校准是有效的,按照该准则所定脉宽的脉冲能够激起被较准的高g值加速度传感器的各阶谐振频率。     

一种大量程加速度传感器的性能测试

设计的一种大量程加速度传感器敏感单元采用一对双端固支结构,实现硅平面内加速度的测量,通过马歇特锤冲击测试试验和Hopkinson杆激光干涉冲击测试,分别标定了传感器的灵敏度和动态响应,试验结果表明:测试传感器的灵敏度为0.126μV/gn,工作频带为21.46 kHz,工作频带的动态重复性为3.9%,能够满足实际的测试需求,为实现单芯片集成三独立质量块结构的三轴加速度传感器提供了参考依据。     

加速度传感器动态校准系统不确定度评估方法的研究

针对加速度传感器动态校准获取其工作频带的过程中,因校准系统存在测试不确定度导致传感器校准不准确的问题,设计了某型号加速度传感器的动态校准试验,以试验数据为依据提出了系统不确定度评估方法。通过对冲击试验台为冲击激励源构成的动态校准系统测试过程中几个主要误差源的分析,结合文中提出的系统不确定度评估方法计算出校准系统的测试标准不确定为1.77%,扩展不确定度为3.54%。对比测量仪器特性评定相关指标可知该校准系统符合工程校准需要,而该评估方法的提出对校准系统的不确定度评估有一定的现实指导意义。     

基于双离心机的加速度计动态校准装置

加速度计动态校准装置基于双离心机原理,通过主离心机和从离心机的同时旋转产生动态线加速度,从而实现对加速度计的动态校准.介绍了加速度计动态校准装置的工作原理,建立了其复现加速度的幅值数学模型,针对在大过载条件下从离心机精密旋转问题,设计了从离心机的结构形式和控制方案,并对校准设备所复现加速度的幅值不确定度进行了分析和试验验证,试验结果表明该装置复现动态加速度幅值测量不确定度优于0.2％.     

基于正弦力激励的预紧压电式力传感器的研究

为了校准预紧的压电式力传感器动态灵敏度并研究其频响特性和预紧结构的设计,首先介绍了正弦力激励的方法并建立校准数学模型。分别在传感器正立和倒立安装方式下进行测试,通过对比试验研究传感器端部等效质量引入的惯性力对传感器动态灵敏度的影响。然后根据传感器固有频率的落球测试方法,将传感器和附加质量块安装于振动系统。通过白噪声激励得到系统安装谐振频率,进而研究传感器有效频率范围和测量精度与安装谐振频率的关系。最后通过理论分析,说明传感器非对称设计的原因。试验结果表明,当附加质量块质量约为传感器质量的121倍时,可忽略端部等效质量对灵敏度标定的影响;压电式力传感器固有频率高达46kHz,但其有效使用频率范围受安装谐振频率限制,当试验频率与安装谐振频率比 时,压电式传感器精度等级为1%;传感器两端等效质量不同,预紧结构是非对称的,用于动态测试时要将端部等效质量轻的一端连接到被测物体。本研究结果可为开展传感器的现场标定和预紧结构的设计提供理论依据。     

爆炸场结构振动参数探测装置设计

为掌握爆炸冲击波引起的毁伤目标冲击振动加速度信号在距爆心不同距离上的规律,利用存储测试技术,设计研制了一种可相对独立工作的便携式结构振动遥测探测头。为了准确掌握探测头系统的动态性能,应用霍普金森杆进行了冲击加速度动态标定测试,结果表明该系统在量程范围（-5000~50000g）内性能良好。通过现场3kg TNT实弹动爆试验,系统成功的记录了冲击振动加速度信号,测试结果对评估炸药的毁伤威力性能具有重要的参考价值。     

火炮发射高过载信号存储测试系统设计

针对某高过载弹体无损回收试验系统,研制了一套火炮发射高过载存储测试装置.该装置以STM32为控制核心,实现信号调理、数据存储、串口通信等功能.软件设计上采用一次外触发+多次内触发的方式,有效规避了测试时误触发的现象.该装置将加速度传感器与存储测试电路分离安装,方便传感器的拆卸,可安装于发射弹体的尾部,能够检测并记录弹体发射过程中的加速度数据.试验后回收装置,利用上位机读取检测到的数据并显示波形,可以为之后弹体无损回收的理论分析、参数设置提供重要的实验依据.