[发明专利]高冲击加速度传感器动态特性的溯源校准方法

说明书

一.技术领域

本发明公开的高冲击加速度传感器动态特性的溯源校准方法属加速度传 感器计量技术领域，具体涉及的是一种高冲击加速度传感器的动态特性的溯源 校准方法。该方法能够校准高冲击加速度传感器在整个工作带宽范围内的动态 特性，并实现溯源。

二.背景技术

高冲击加速度传感器被广泛应用于碰撞过程的加速度测量，尤其是用在弹 体侵彻硬目标的过程中。一种新设计的高冲击加速度传感器在研制过程中需要 对其动态特性进行研究，现有的高冲击加速度传感器在多次使用后也需要对其 动态特性进行校准。另外在冲击加速度测试过程中，我们经常发现加速度测试 曲线在峰值加速度后存在零点漂移、加速度曲线的积分与撞击前弹体的速度不 一致、速度曲线的积分与弹体的位移不一致等现象。这说明在高g值脉冲的作 用下，加速度传感器的动态特性发生了变化。要从根本上解决这个问题，必须 对高冲击加速度传感器在高g值窄脉冲作用下的动态特性进行研究，即校准传 感器在高冲击过程中的动态灵敏度及其频率响应。

高冲击加速度传感器的校准方法很多，但都只限于对幅值灵敏度的校准， 而现有的频率响应校准装置和校准方法只能在低g值下进行。目前常用的校准 高冲击加速度传感器灵敏度的方法有冲击力法、速度改变法和激光绝对法，且 这三种方法先后成为国际标准ISO 5347/0(1987年)、ISO 16063-1(1998年) 和ISO 16063-13(2001年)规定的校准方法。其中，激光干涉绝对法原理完 善、结果可靠、精度最高，所复现的冲击加速度量值，直接溯源于激光波长和 时间/频率量，并且便于复现。

目前常用的加速度传感器的频率响应校准方法有正弦振动比较法和冲击激 励法。正弦振动比较法可获得传感器的完整频响曲线，且我国已先后建立了高 频、中频、低频振动国家级基准装置，其最高频率可达100kHz，但这种校准方 法只能在低g值下进行；而冲击激励法目前可实现的校准频率在50kHz以内， 校准幅值在10⁴g以下，且多数用来校准传感器的谐振频率。本发明所提供的校 准方法主要是针对谐振频率在50kHz以上，幅值在0.5×10⁵g以上的冲击加速 度传感器的动态特性进行溯源校准的。

三.发明内容

本发明的目的是：向社会提供这种高冲击加速度传感器动态特性的溯源校 准方法。本发明的高冲击加速度传感器动态特性的溯源校准方法，对于研究加 速度传感器在整个工作带宽范围内的动态特性，提高高冲击条件下加速度测试 的精度具有重要的理论意义和实际应用价值。

本发明的技术方案是这样的：这种高冲击加速度传感器动态特性的溯源校 准方法，技术特点在于：在对被校准的高冲击加速度传感器实现宽脉冲条件下 溯源校准基础上，再采用极窄脉冲激励该高冲击加速度传感器，通过测试或计 量仪器，测得该高冲击加速度传感器的频率响应特性，实现其动态特性的溯源 校准。所述的宽脉冲条件是脉宽大于50μs，所述的窄脉冲条件是脉宽小于 10μs。

根据以上所述的高冲击加速度传感器动态特性的溯源校准方法，技术特点 还有：所述的采用宽脉冲激励该高冲击加速度传感器的方法是：采用脉宽大于 50μs的宽脉冲激励该高冲击加速度传感器，通过测试或计量仪器，得到该高 冲击加速度传感器在准静态条件下的灵敏度，实现加速度量值的溯源校准。所 述的溯源，即采用宽脉冲激励被校高冲击加速度传感器，由差动式激光多普勒 测速仪测量该加速度传感器的速度，通过微分得到加速度信号。把加速度传感 器的输出信号与激光多普勒测速仪测得的加速度信号比较，求得该加速度传感 器在准静态条件下的灵敏度，加速度量值可直接溯源到计量学中的基本量(时 间和长度)。

根据以上所述的高冲击加速度传感器动态特性的溯源校准方法，技术特点 还有：所述的对被校准的高冲击加速度传感器实现宽脉冲溯源校准的方法是： 对不同固有频率的被校高冲击加速度传感器溯源校准所需的激励宽脉冲的最 小宽度t₁由公式(1)决定：