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(gè)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(dòng)過程中高過載測(cè)量，在深侵徹武器設(shè)計(jì)中，它可用于識(shí)別目標(biāo)，也可用于測(cè)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(cè)量精度。由于高g值加速度傳感器在很多場(chǎng)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(cè)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(cè)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(hào)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(shí)間分辨率為一個(gè)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(dòng)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(shí)測(cè)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(dòng)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(tái)是加速度傳感器沖擊標(biāo)準(zhǔn)專用差動(dòng)激光多普勒測(cè)速儀和小型空氣炮加載系統(tǒng)，主要用于高g值測(cè)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(zhǎng)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(dòng)很小的沖擊過程。差動(dòng)式激光多普勒測(cè)速儀是測(cè)量通過激光探頭示蹤粒子的多普勒信號(hào)，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(cè)量，對(duì)于流場(chǎng)沒有干擾．測(cè)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(cè)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(duì)Hopkinson棒發(fā)射彈體，產(chǎn)生沖擊加速度，同時(shí)作用于光柵和被測(cè)加速度傳感器，被測(cè)加速度傳感器測(cè)得的信號(hào)經(jīng)信號(hào)適調(diào)儀后被動(dòng)態(tài)信號(hào)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(hào)，該信號(hào)被數(shù)字示波器采集，對(duì)該調(diào)頻信號(hào)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。