基于Hopkinson桿的高g值沖擊傳感器校準(zhǔn)

1 引言
微加速度計(jì)是MEMS(Micro Electromeclaanical System)的一個重要分支，在航空航天、汽車、國防等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。高g值加速度傳感器作為一次儀表被廣泛應(yīng)用于撞擊及高速運(yùn)動過程中高過載測量，在深侵徹武器設(shè)計(jì)中，它可用于識別目標(biāo)，也可用于測量飛機(jī)抗墜毀實(shí)驗(yàn)中和汽車碰撞試驗(yàn)中的過載川。高g值加速度傳感器靈敏度系數(shù)的精度直接影響測量精度。由于高g值加速度傳感器在很多場合都可以重復(fù)使用，在使用過程中，由于所承受高過載作用，其靈敏度系數(shù)可能發(fā)生變化，需經(jīng)常校準(zhǔn)。因此高g值加速度傳感器靈敏度的測量不僅在研制高g值加速度傳感器中扮演著重要角色，而且在抗高過載測量中起著重要作用。主要介紹微型霍普金森(Hopkinson)桿技術(shù)，采用激光多普勒原理，用衍射光柵做合作目標(biāo)，使用調(diào)頻信號的一種數(shù)字化解調(diào)方法實(shí)現(xiàn)多普勒頻移數(shù)據(jù)處理，時間分辨率為一個采樣間隔。該技術(shù)具有魯棒性好、過程收斂、結(jié)果精確等特點(diǎn)。應(yīng)用滑動最小二乘擬合直線段的方法實(shí)現(xiàn)微分運(yùn)算，獲得沖擊速度和加速度的瞬時測量值，并給出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2 加速度傳感器校準(zhǔn)裝置及工作過程
圖1為高g值加速度沖擊傳感器校準(zhǔn)裝置，是由Hop-kinson桿、差動式激光多普勒干涉儀、數(shù)字示波器和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成。

霍普金森(Hopkinson)激光干涉沖擊試驗(yàn)臺是加速度傳感器沖擊標(biāo)準(zhǔn)專用差動激光多普勒測速儀和小型空氣炮加載系統(tǒng)，主要用于高g值測量，使用 Hopkinson棒，在桿中產(chǎn)生應(yīng)力波，在距離端面幾倍棒直徑處，應(yīng)力波的波振面實(shí)際上變成平面波，只要棒的長度與直徑之比充分大，用Hop- kinson沖擊機(jī)，在校準(zhǔn)端面可獲得波形良好及橫向運(yùn)動很小的沖擊過程。差動式激光多普勒測速儀是測量通過激光探頭示蹤粒子的多普勒信號，再根據(jù)速度與多普勒頻率的關(guān)系得到速度。由于是激光測量，對于流場沒有干擾．測速范圍寬，而且由于多普勒頻率與速度是線性關(guān)系。和該點(diǎn)的溫度、壓力沒有關(guān)系，是目前世界上速度測量精度最高的儀器，其工作過程如圖1所示，使用Hopkinson沖擊機(jī)對Hopkinson棒發(fā)射彈體，產(chǎn)生沖擊加速度，同時作用于光柵和被測加速度傳感器，被測加速度傳感器測得的信號經(jīng)信號適調(diào)儀后被動態(tài)信號分析儀采集，光柵位移經(jīng)多普勒激光干涉儀產(chǎn)生具有多普勒效應(yīng)的調(diào)頻信號，該信號被數(shù)字示波器采集，對該調(diào)頻信號進(jìn)行頻率解調(diào)后，可獲得作用于加速度傳感器的加速度值。