[发明专利]一种三轴加速度计灵敏度系数同步冲击校准方法与装置

说明书

本发明涉及一种三轴加速度计灵敏度系数同步冲击校准方法与装置，本发明装置主要包括导向柱、无杆气缸、安装座、跌落平台、刹车机构、滑块、编码器、波形发生器、基座、标准单轴加速度计、安装座固定螺栓、波形发生器固定螺栓、空气压缩机、动态数据采集系统。本发明方法包括安装待校准三轴加速度计、提升跌落平台、跌落冲击、采集数据、求取输入加速度、求取输入矩阵和输出矩阵、计算灵敏度系数步骤。本发明方法可以在各敏感轴同时受到冲击载荷的情况下得到三轴加速度计的主灵敏度系数与轴间耦合灵敏度系数；本发明装置能够沿三坐标轴方向激励同步的冲击载荷，对激励载荷的峰值和脉宽进行调节，实现对三轴加速度计的同步冲击校准。

技术领域

本发明属于加速度计校准技术领域，具体涉及一种对三轴加速度计灵敏度系数，包括轴向灵敏度系数与轴间灵敏度系数，进行同步冲击校准的方法与装置。

背景技术

加速度计广泛应用于振动、冲击测试等领域，在工程实践与科学研究中具有重要作用。按输入轴的数目划分，加速度计通常可分为单轴、双轴和三轴加速度计。特别地，单轴加速度计是指只能沿某一个方向测量加速度的加速度计，而三轴加速度计是指能够沿三个坐标轴方向同时测量加速度的加速度计。工程实际中，通常要求对空间中的三维加速度进行测量，因此三轴加速度计具有相对较高的实用价值。

灵敏度系数校准是加速度计设计、生产中不可或缺的关键环节之一，准确有效的灵敏度校准是保证加速度计测量精度的基本前提，而实现三轴加速度计灵敏度的校准在技术上有一定的难度。主要体现在三轴加速度计的校准对载荷激励的同步性有要求，即要求校准装置沿三轴加速度计各敏感轴方向激励的载荷不仅能够被准确计量，还要在时间上保持同步。对于脉宽仅为毫秒甚至更低量级的冲击载荷而言，要实现沿三轴方向的同步激励有较高的技术要求。

目前，三轴加速度计的校准方法可以归纳为两种：单轴依次校准法和同步校准法。单轴依次校准法是采用单轴加速度计的校准方式对三轴加速度计的各个敏感轴进行依次校准。由于各敏感轴不能同时受载，该方法的不足是难以对轴间耦合灵敏度系数进行准确的评估。

同步校准法是对三轴加速计的各敏感轴进行同步加载和校准。常见的三轴加速度计同步校准方法可归纳为三种：重力加速度分解法、三轴振动法和三轴冲击法。

所谓重力加速度分解法，是指通过调整加速度计的安装姿态，将加速度计自身的重力加速度分解到三个敏感轴上，从而实现三轴加速度计同步加载的校准方法。例如，专利CN113295887A公开了一种基于重力加速度分解的三轴加速度计灵敏度系数校准方法。

所谓三轴振动法，是指采用三轴激振器(由三个两两垂直分布的单轴激振器构成)激励同步载荷的校准方法。例如，专利CN105137122A和专利CN106199073分别公开了一种采用三轴激振器，并分别以滑槽滑块和平面空气轴承作为解耦装置的三轴加速度计校准方法和装置。

所谓三轴冲击法，是指对三轴加速度计进行同步冲击加载的校准方法。例如，专利CN108548942B公开了一种基于真三轴Hopkinson杆的高g值三轴加速度计同步校准方法和装置。

上述方法和装置虽然能在一定范围内实现三轴加速度计的同步校准，但均具有相当程度的局限性。例如，重力加速度分解法沿三轴加速度计各敏感轴激励的加速度不会超过1g，因此该方法只适用于小量程三轴加速度计的校准。三轴振动法需同时使用三台激振器并配合解耦装置，机械结构复杂，工程造价高，难以推广应用；而且，振动校准方法中激励的载荷为周期性振动载荷，而实际工程中加速度计所承受的载荷多为冲击(脉冲)载荷，用振动载荷校准得到的灵敏度系数测量冲击载荷是否会产生不容忽视的偏差，目前尚无定论。专利CN108548942B公开的三轴冲击法中，待校准三轴加速度计的各敏感轴均须通过螺栓固支于一个弹性框的内表面，这与目前广泛采用的三轴加速度计的装夹方式和使用模式都不适用，因此很难是在实际工程中得以应用。