基于压电式压力传感器的冲击波载荷测试系统设计

为了满足对爆炸冲击波载荷精确测量的技术要求,设计了以压电式压力传感器为测试元件的爆炸冲击波载荷测试系统,并对所选压电式压力传感器的固有频率ωn与采样频率ω的关系进行了研究。试验表明,所选压电式压力传感器及设计的测试系统性能稳定、可靠,测试结果符合设计要求。     

基于多测点环境下的增益可调ICP调理电路设计

冲击波超压随弹药当量和测试半径大小变化显著,近距离与远距离测点的超压峰值可达数倍之差。为准确获取超压值,需在不同测试半径布置测点,且爆炸冲击波具有初值高、衰减快、上升时间短的特点,常用ICP压电式压力传感器来测试冲击波参数。针对现有ICP传感器的单一增益调理电路难以满足多测点的实验要求、在不同测试半径存在测试误差和灵活性差等问题,提出一种基于多测点环境的增益可调的ICP调理电路,实现了8档可调增益,增益精度均在1%以内。电路可靠性、灵活性在多测点冲击波测试中得到了验证,有效减少了由测试半径不同引起的测试误差。     

基于分布式测试系统的冲击波压力场重建的研究(英文)

采用存储测试技术设计了一套由多个测试节点组成的分布式测试系统,此系统可用于爆炸冲击波测试。该系统采用上升时间为微秒级的传感器点阵,能够快速响应瞬态冲击波信号。为减小动态响应误差,利用激波管对系统进行了动态标定。在静爆试验中由传感器点阵采集得到的爆炸冲击波超压峰值,采用三次样条插值算法对冲击波压力场进行了重建,并对重建结果进行了误差分析。     

冲击波存储测试技术

本文介绍了一种灵巧的冲击波存储测试装置,该装置用于测试记录爆炸场冲击波超压场信号.它由传感器、模拟适配调理电路、AD变换器、存储器、控制器、接口电路、电池组成.该装置具有小体积,微功耗,抗高冲击等特点.成功记录了冲击压力信号,测试数据使用凯泽窗进行处理,有效滤除自激振荡和高频噪声.     

冲击波超压存储测试技术研究

目的改进冲击波超压的测试方法,解决传感器长引线带来的安装不便、易受干扰的实际测试问题;方法利用所谓的存储测试技术,将压力传感器、适配电路、A/D转换器、触发控制电路、通讯接口及电池紧凑封装在坚固的钢壳内,构成一种可缮相对独立工作的便携式超压测试仪;结果研制成功了采样频率可编程的存储式超压测试仪,并对0.6kgTNT药柱的爆炸冲击波进行了多点测试,捕获数据完整可靠;结论冲击波超压存储测试技术具有抗干扰性强和无需电缆引线的优点,特别适宜于大范围多测点的试验场合.     

一种压电式六维加速度传感器的校准方法研究

基于多只压电式单轴加速度传感器的压电式六维加速度传感器的传感误差主要由多只压电式单轴加速度传感器的安装误差和输出误差决定.为了对压电式六维加速度传感器的传感误差进行估计和补偿,提出并研究了一种压电式六维加速度传感器的校准方法,建立了压电式六维加速度传感器的校准模型.在此基础上,分析了校准过程中加速度激励误差对校准结果的影响和最佳角加速度激励频率的范围,建立了对校准误差进行估计的方法.研究结果表明,利用所建立的校准方法和校准误差估计方法不仅能够准确地实现压电式六维加速度传感器的校准,而且能够对校准结果的误差进行估计.该研究工作为压电式六维加速度传感器的误差补偿和精度提高奠定了基础.     

压电式力传感器的低频补偿方法及实验验证

提出了一种压电式力传感器低频响应特性的补偿方法,该方法是在频域上完成的。首先,对压电式力传感器的输出信号进行后处理,将输出信号与补偿函数相乘即可获得补偿后的输出信号,其中,补偿函数是压电式力传感器放电时间常数的函数;然后,以P5H压电陶瓷片为例,分别对其施加已知的阶跃外力和低频简谐外力,并分别将补偿前后的测试结果与已知外力进行对比,从而实现对该方法的实验验证。验证结果表明:该方法可以对压电式力传感器的低频响应特性进行有效的补偿。     

振动传感器信号调理电路设计及分析（英文）

基于压电式传感器能把振动或冲击的加速度转换成与之成正比的电荷这一原理,提出了该类型传感器的等效电路。设计了基于采集测量系统的压电式传感器电荷/电压转换电路,分析了电路中关键元器件——反馈电容的温度特性对于转换电路输出的影响,对不同类型滤波器进行了特性分析,并根据实际传感器带宽配置了相应滤波电路。通过试验表明,该信号调理电路能有效滤除振动信号中的噪声信号,并能获取精确的振动信号。     

冲击波信号后期处理方法研究

冲击波超压测试是武器系统毁伤效能评估的主要方法之一,信号采集后处理方法是否合适直接影响评估结果的好坏。本文分析了理想冲击波特性,列举了5种典型实测冲击波曲线:分别叠加了振荡信号、弹道波、瞬间抖动信号的冲击信号,反射波和入射波叠加的冲击波信号,非指数衰减的冲击波信号。采用滤波、拟合和小波技术,对5种曲线进行处理,并给出了每种典型曲线合适的处理方法。     

某天线抗冲击波超压能力研究

炮口制退是火炮上一个重要膛口装置,对于安装于身管炮尾附近位置的天线,炮口制退器产生的冲击波超压对其影响不容忽视,文中通过分析在冲击波超压作用下某天线受力、变形情况,论证其抗冲击波超压的能力,并对天线罩的耐冲击次数进行了讨论.     

爆炸激波管出口流场特征的纹影诊断与分析

冲击波是爆炸毁伤的主要载荷形式之一,炸药驱动激波管是较真实复现高超压冲击波场景的可能方式,当前亟需关注冲击波与产物分离状态、波阵面形态等实验参数测试问题,仅依靠传统电测原理的单一点源压力测量无法满足上述流场表征需要。基于反射式纹影原理并利用激光光源和系列光学元件,搭建了一套激波管出口流场诊断系统,将流动现象的可视化观测结果与传统压力测量相结合,完善流场特征诊断与分析方法。研究表明,该纹影系统能够清晰获得激波管出口的冲击波和产物运动流场图像,通过与压力测试与激波管点火时序的同步控制,可有效揭示压电式冲击波压力传感器数据振荡、压力突变、漂移等特征,以及爆炸后管道中应力波引起的管口及空气振动等现象。基于图像分析可分析获得炸药爆炸激波管出口冲击波运动速度和压力的空间衰减特性,该结果为更好理解炸药驱动激波管冲击波压力的形成和演化规律研究提供了诊断途径和分析基础。     

基于FPGA的冲击波超压测试系统研究

针对冲击波超压引线测试法中存在的问题,设计了一套基于FPGA的存储测试系统。系统选择ICP传感器并针对此传感器设计了相应的恒流源电路、滤波电路。装置采用FPGA芯片作为主控芯片,集采集、触发、存储、传输等功能于一体。使用该系统对冲击波信号进行测试,得到完整的冲击波波形。     

随钻测量中加速度传感器的标定分析

介绍了压电式加速度传感器在随钻测量中的应用.针对钻井中井下环境及重力加速度对随钻测量的数据的影响,提出了加速度传感器在钻井工程中的标定方法.通过对加速度传感器进行多种方案的标定,分析并对比标定结果,验证了IC压电式加速度传感器的幅频特性和灵敏度,系统的正确性,以及振动加速度对电路板的正常工作的影响.同时研究了改变冲击钻的机械结构对传感器的工作状态的影响.最后,分析了标定中出现误差和噪音的更多方面因素,并提出解决方法.     

特种微机电系统压力传感器

通过对微机电系统(Micro-electro-mechanical systems,MEMS)压力传感器设计方法与封装制作工艺问题的研究,针对不同应用环境下对压力传感器的性能、尺寸及封装要求,提出相应的传感器力学结构模型——微压结构、梁膜结构及倒杯结构,通过相应的FEM有限元建模方法对传感器结构进行仿真分析并优化结构尺寸,建立合理的力学结构;进行MEMS工艺设计及封装工艺满足传感器微小尺寸、耐高温冲击响应及高过载能力等要求。其中,针对微压传感器在测量过程中高灵敏度与非线性矛盾问题进行力学分析及仿真,分析不同结构的传感器的力学特性及结构尺寸对传感器输出特性的影响,提出新型梁膜结构微压传感器结构,对新型结构传感器进行MEMS工艺研究;根据空气动力学试验、航空测试及火药爆破试验等对高温压力传感器的动态特性要求,采用倒杯式高频响压力传感器及齐平膜封装方式,提高传感器的动态响应特性,满足10 kHz到1 MHz的频响要求;通过有限元分析耐高温冲击封装结构,采用梁膜封装结构提高了耐高温压力传感器的可靠性。通过压力传感器仿真验证、静态特性试验及动态冲击响应试验验证传感器力学结构建模方法、MEMS工艺设计及封装设计的正确性。     

一种压电式六维加速度传感器的快速原型及其特性

介绍了一种压电式六维加速度传感器,研究了其敏感单元的布局原理,建立了相应的六维加速度传感方程以实现对6只压电式单轴加速度传感器的输出进行解耦得到刚体运动的六维加速度.在此基础上,采用基于实时仿真系统(dSPACEDS1103和MATLAB/Simulink)的快速控制原型(rapid control prototyping,RCP)技术建立了压电式六维加速度传感器的快速原型.在六维随机振动激励和固定轴旋转振动激励情况下对开发的压电式六维加速度传感器的快速原型的传感性能进行了实验测试.研究结果表明该压电式六维加速度传感器的快速原型能够实现六维加速度的传感,建立的传感方程能够准确地解算出刚体运动的六维加速度.     

带引压管和容腔的压力传感器现场动态标定的探讨

本文根据带引压管和容腔的压力传感器在阶跃型和冲激型两种动态标定装置上的实测结果,对这两种标定装置的设计要求和方法进行了探讨;分析了这种传感器在三种情况下的传递函数;介绍了测量其动态参数ξ和ω_n 的瞬态响应拟合法。     

螺旋弹簧悬架车辆振动的波动理论建模及频响分析

针对车辆建模不能完全反映高频振动的情况,应用古典振动理论及冲击波动理论,对螺旋弹簧悬架车辆的振动进行模拟并对响应进行分析。提出用冲击波动力学分析车辆振动的理论依据,推导螺旋弹簧应力波波阻的表达式,由此建立车辆的波阻力及变形力振动模型。通过冲击波影响螺旋弹簧的长度及其对应的质量,建立了螺旋弹簧惯性力及变形力车辆振动模型,综合多种因素,建立螺旋弹簧悬架车辆振动的波动理论模型,探讨了模型的求解方法,并对各种模型从理论和解法两个方面进行对比。仿真验证冲击波动理论模型与古典振动理论模型在低频段的一致性及弥补后者不能表达高频振动的缺陷。提出了在波动理论下螺旋弹簧多参数的应用方法及悬架高频响应的模拟方法。     

正弦法的压电式力传感器动态特性的研究北大核心CSCD

采用基于正弦激励的方法校准压电式力传感器,首先通过试验研究了传感器端部等效质量引入的惯性力对灵敏度标定的影响,进而建立传感器受力数学模型,推导计算传感器端部等效质量,考虑端部质量的影响后,实现了灵敏度数值的稳定和统一性。最后把传感器和质量块同时安装在振动台上,通过白噪声激励,确定系统的频响特性,分析了传感器有效使用频率的范围随其安装谐振频率的变化,及压电式力传感器精度等级受系统固有频率的影响程度。     

内爆炸环境下舱室壁面压力测试方法

针对内爆炸热、振动干扰壁面压力测量的问题,提出了一种内爆炸环境下舱室壁面压力测试方法。对于热影响,采用一种热隔离装置,并在其中涂抹隔热油脂,降低热对传感器的影响。对于结构振动影响,采取一种隔振安装结构,抑制壁面振动向传感器的传递,并对该方法进行分析与试验验证。结果表明,该方法能够有效降低热、振动对压力测试的影响,提高压力测试精度,适用于内爆炸环境下的舱室壁面冲击波压力测试。     

压电式气动伺服阀控制策略的研究

通过分析比较单纯PID控制和PID神经元网络控制对压电式气动伺服阀动态特性的影响,具体比较两种控制下压电式气动伺服阀的稳定性、快速响应性、信号跟踪能力,仿真结果表明,PID神经元网络控制比单纯PID控制对系统具有更好的稳定性、快速响应性和信号跟踪能力.