高g值加速度传感器频率校准特性的研究

采用冲击比较校准的方法对高g值压电加速度传感器进行频率校准，将标准传感器的输出作为被校传感器的输入．被校传感器的输出作为输出，根据输入输出关系得到被校传感器的传递函数，进而得到传感器的频响特性。     

惯性器件设计方法综述

本文对惯性引信及保险提出了新的定义,即感受弹丸或弹头弹道上的过载值或者说空前冲力、爬行力、后座力而作用的引信称之为惯性引信。同样,感受过载值或受前冲力、爬行力、后座力、而解除保险的装置称之为惯性保险。笔者对惯性引信及保险所涉及到的惯性器件如:惯性销,惯性开关,加速度传感器,冲击闭合器等设计方法进行了综合研究,以便为引信设计师在掌握引信设计技术方面提供一定的方便,笔者认为惯性保险及引信的硬件均属惯性器件范畴,其核心结构与加速度传感器结构类同。引信设计人员视具体频响要求不同,可设计成线加速度传感器或开关,振动加速度传感器或开关,冲击加速度传感器或开关,显然,惯性保险及引信所涉及到的惯性器件,完全可用加速度传感器理论加以研究。     

弹底压力测试技术

压电型压力传感器具有加速度效应,通过对其加速度效应测试的研究有助于弹丸膛内弹底压力数据的处理分析。压力传感器与加速度传感器同时安装在记录仪中,将记录仪安装在马歇特锤上进行了5 100g的冲击实验。对比压力传感器与加速度传感器的响应曲线,压力传感器的低频响应与加速度响应相关系数达到89.7%。采用膛内的加速度响应曲线修正弹底压力后,其峰值与膛底压力峰值相比误差为0.5%。     

引信钹式压电阵列发电装置的设计与分析

为弥补现有引信压电电源电能输出少、供电时间短的缺点,文中设计出一种新型引信用钹式压电阵列发电装置,并对其工作原理进行了分析。而后对钹式压电阵列的发电特性进行了研究,并采用总能量求偏导法推导出并联钹式压电阵列的输出电压公式,最后利用Matlab软件进行了数值分析。研究结果表明该新型结构设计能够高效收集诸如发射环境中的冲击能量,在很大程度上提高了压电发电装置的机电转换效率。     

引信压电电源机电转换装置振动特性分析

利用压电效应将振动能量转化为电能被广泛应用于能量转换系统中,通过压电传感器将火炮发射过程中的冲击能量转换为电能,并输送给储能电路,形成引信电源的压电传感器供电方案;将弹丸内的压电振动转换系统简化为单自由度振动系统,研究了振动系统的物理与数学模型,并由该模型进行了振动特性分析,研究了结构刚度、阻尼以及等效质量等振动参数的设计规律,可为引信压电电源的设计提供参考。     

三维加速度测试横向灵敏度交叉影响消除方法

针对传感器横向灵敏度较大,容易影响径向加速度测试结果的问题,提出了一种消除三维加速度测试传感器横向灵敏度交叉影响的方法。该方法首先利用冲击台静态标定加速度传感器,得出加速度横向灵敏度校正矩阵,再对测得的加速度进行校正便可得出引信安全系统部位内弹道中间段三维加速度。分析与试验表明:将加速度横向灵敏度作为三向加速度校正因子,能够确保三维加速度测试曲线准确,从而有助于分析和判断引信瞎火甚至早炸故障。     

MEMS加速度传感器在引信中的应用研究

随着MEMS技术的不断成熟,以及信息化战争对引信必须具有多功能的要求,作为MEMS技术的重要分支,MEMS加速度传感器已成为引信微型化和拓展引信功能的关键技术之一。介绍了MEMS加速度传感器的主要类型、作用原理和发展方向,综述了MEMS加速度传感器在引信中的应用,并对其在引信中的应用趋势进行了展望。     

后坐机构平时安全性研究

本文对引信后坐机构(包括直线惯性保险机构与膛内发火机构)平时安全性的计算方法与运动特性进行了研究,指出机构在坠落时的运动行程与在引信体上测得的冲击加速度时间历程的积分——速度成线性关系,并给出了计算公式。本文还介绍了利用冲击加速度曲线,计算机构平时安全性的递归数字滤波法,并给出了计算机构位移响应谱的计算机FORTRAN程序(略)。     

基于钹式压电阵列的新型引信发电装置设计制作及试验测试

针对现有引信冲击式压电发电机电能输出小、发电时间短等问题,设计制作了一种基于钹式压电换能器阵列的新型引信发电装置。将压电发电理论与振动理论相结合建立了其发电模型,并利用所构建的冲击试验装置模拟弹药发射环境,对其发电能力进行了测试。研究结果表明,该发电装置能有效收集发射环境中的冲击能,并利用质量弹簧组件及钹式换能器阵列将其转换为持续的电能输出。当冲击加载为209.05 g时,其电能输出时间达到2.499 s。     

基于加速度修正的弹底压力存储测试方法

针对弹底压力测试中,压电式压力传感器的加速度效应影响测试精度,提出了基于加速度修正的弹底压力存储测试方法。该方法利用锤击试验获得了压电传感器响应与加速度成线性关系,从而求得加速度效应灵敏度系数来修正实测中的弹底压力值。实验表明:膛内过载高达上万g,由加速度效应产生的影响不可忽略,通过采用获取压电传感器的加速度值修正其加速度效应的方法可以有效排除加速度效应的影响。     

大比功率压电发电机无功功率补偿方法

针对传统引信压电发电机的二极管电容整流滤波电路存在导通角小的不足,提出利用填谷电路进行无功功率补偿的改进方法。结合压电发电机的输出功率小以及引信电路功率瞬时变化大的特点,为了更加有效地利用发电机的能量,建立了改进的储能滤波电路模型,并在电路仿真软件Multisim中对改进电路进行仿真计算。仿真分析结果表明：改进后的电路可提高发电机有功功率的利用率,且可改善供电连续性,增大电路的功率因数。     

强冲击下PZT-5H压电陶瓷的动力响应及电输出特性研究

为了揭示冲击压力对PZT-5H压电陶瓷电输出特性的影响,利用自行建立的聚偏氟乙烯冲击压力测试系统和压电陶瓷电输出性能测试系统,以一级轻气炮作为加载手段,开展了柱状铝合金弹丸分别以195 m/s、487 m/s、532 m/s和613 m/s的速度垂直撞击复合靶板（钢片-压电陶瓷-有机玻璃）的实验。利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA进行弹靶碰撞的有限元分析,分析了不同速度下PZT-5H的冲击压力时程。根据实验系统建立了弹靶接触时应力波传播的简化模型,并通过模型计算出复合结构中PZT-5H压电陶瓷承受的冲击压力峰值。运用实验得到的冲击压力时程、压电陶瓷输出电压时程和储能电容充电电压时程,分析了不同峰值压力脉冲作用下PZT-5H压电陶瓷电输出特性的变化规律。研究结果表明：冲击压力峰值的计算结果与仿真结果、实验测量结果趋势吻合;冲击压力峰值在200~700 MPa范围内时,PZT-5H压电陶瓷输出电压峰值随着冲击应力峰值的增加而增大,且近似呈线性关系;在高速撞击PZT-5H压电陶瓷过程中动能与电能的能量转化效率较低,当储能电容量与PZT-5H压电陶瓷电容量比值为5.9∶1时,压电陶瓷的能量转化率为1.1%.     

炮弹飞行运动状态的全局灵敏度分析

出于外弹道测试或导航控制等需要,常在炮弹上安装各种用于飞行状态测量的装置。由于炮弹在发射及飞行中的状态受到各种随机因素的干扰,直接影响弹载测量装置的输出。为了更好地开展试验设计及相关数据处理工作,采用三轴陀螺仪测量炮弹转动角速度、三轴加速度计测量弹丸加速度、磁力计测量炮弹姿态角的方案,以五自由度刚体弹道方程组为基础,采用基于蒙特卡洛打靶的Sobol’全局灵敏度分析方法,就3种传感器的输出对初速跳动、起始扰动等因素的敏感程度开展定量研究。定量分析结果表明,初始偏航角速率和初始俯仰角速率对陀螺仪沿弹体径向的输出、加速度计沿弹体径向的输出和磁力计轴向输出的影响较大,初速对陀螺仪轴向输出和磁力计沿弹体径向的输出的影响较大,阻力系数对加速度计轴向输出的影响较大。     

复合压电振子非轴对称优化

对悬臂梁式压电振子在外界激励下的电压输出进行了计算和分析。在分析了复合压电振子尺寸对输出电压影响的基础上,建立了悬臂梁结构的基本复合压电振子和非轴对称优化的复合压电振子模型。在体积与外界激励一定的情况下利用ANSYS软件进行了仿真分析。通过仿真分析可知优化后的复合压电振子输出电压较优化前提高了17.95%,同时其固有频率较优化前也有所降低。由此表明,经适当的非轴对称优化的压电振子对于再提高能量的转换效率具有一定的可行性和有效性。     

基于小波降噪误差方差模型的GPS/SINS组合导航技术

为进一步提高GPS/SINS组合导航系统的精度,对基于小波降噪误差方差模型的GPS/SINS组合导航技术进行研究。根据小波多尺度理论,分析了小波降噪前后信息的误差方差模型间的理论关系,推导出在小波多尺度分析中平滑信号误差的理论方差模型,将该理论模型引入到GPS后,试验分析证明理论分析与试验结果基本一致;然后以该理论模型为基础,提出了基于小波降噪误差方程模型的GPS/SINS组合导航系统并进行了静态试验验证。试验结果表明,该模型能显著地提高组合导航系统各项导航参数的精度。     

大口径火炮对海射击弹着点检测激波定位模型

对海射击受能见度、目标运动等因素的影响,弹着点检测困难.针对激波稳定性好、受环境因素影响小等特点,提出了一种弹着点检测的激波定位模型,利用试验方法确定弹丸系数,利用传感器阵检测弹道激波,利用射弹飞行时间和落速确定弹道入射方向,综合激波到达时间差和传感器之间的几何关系,从而实现单发弹着点、弹群射的精确检测,将弹着点定位精度提高到10 m范围之内,检测可靠性大于95%.能够用于大口径火炮对海间瞄射击弹着点检测和实弹射击成绩评定,为炮兵对海射击弹着点检测提供了一种准确、有效手段.     

角位移增大连杆轴向预压缩驱动器静、动态特性仿真分析

为了进一步增大压电双晶片驱动器的输出角位移,基于轴向预压缩增大压电双晶片输出转角和力矩的方法,提出一种带有连杆机构的压电双晶片驱动器。对驱动器建立了端部带有扭簧的静力学数值模型,以及端部带有微小舵面的刚柔耦合拉格朗日动力学方程及有限元模型。所得的数值结果和有限元结果总体符合程度较好,静力学结果表明：带有连杆机构的轴向预压缩（PBP）驱动器较原PBP驱动器输出角位移增大了4倍以上,最大输出转角可达到26.3°,而输出转矩随之缩小。动力学结果给出了驱动器机构内部能量的传输及分配特性,以文中舵面作为驱动对象,驱动器平均输出角速度达到2 000°/s,控制带宽达到30 Hz,明显优于普通伺服舵机。该角位移增大PBP驱动器的设计和仿真研究可为以大位移、小输出力矩、高控制带宽为特征的微小型飞行器舵机的研制提供理论参考依据。     

磁致伸缩弹性波机理分析与信号处理

为提高磁致伸缩位移传感器性能,通过分析磁致伸缩弹性波产生机理,设计了传感器信号处理系统。在该系统中,基于压电陶瓷的压电效应,设计了一种差分式压电陶瓷拾音器,通过合理设计放大、滤波电路,并使用双磁铁峰值检测法进行温度补偿,有效提高了信噪比及抑制了温度漂移。分析结果表明：该信号处理系统能够有效提升传感器性能,对磁致伸缩位移传感器的研究及应用推广具有积极意义。     

地磁传感器测量弹体滚转姿态方法研究

地磁传感器抗过载能力强且成本低,在制导炮弹中得到广泛应用,它的主要功能是测量弹体姿态;介绍了一种双轴地磁传感器测量弹体滚转姿态的方法,该双轴传感器固联在弹体横截面上;该测量方法利用地磁传感器随弹体滚转时感应磁场变化产生的正弦输出解算弹体滚转角速率及滚转方向,利用经纬度信息及弹体俯仰偏航信息,根据地磁场模型计算地磁场矢量在弹体横截面上的投影分量,然后由投影分量解算出滚转姿态角的基准角,最后根据双轴地磁传感器输出和基准角判定弹体姿态角;通过试验验证了该滚转姿态测量方法的可行性,并进行了误差分析,误差在可接受范围内,可满足简易制导炮弹需求。     

悬臂板振动控制传感器/致动器优化配置

针对悬臂板的振动主动控制问题，首先利用有限元分析方法给出了悬臂板的动力控制方程。对于单独控制悬臂板的每阶模态振动，采用同位配置的方法，利用有限元分析方法分析传感器／致动器的配置，给出了目标函数，并将有限元分析方法与遗传算法结合，给出了一种新的传感器／致动器优化配置方法。