特种传感器极限环境测试与校准：探索6.5级强冲击试验

强冲击试验往往与高速、瞬变、高低温、巨能瞬间释放联系在一起，强冲击环境试验与校准技术对我国武器装备和国防科技的发展有着十分重要的意义，侵彻弹药、制导炮弹、制导炸弹等制导武器不仅要求命中精度高，而且要求能有效摧毁目标，弹药战斗部对目标的击穿和毁伤是典型强冲击问题；开展极端强冲击试验装置、试验方法、测试与计量校准系统研究，可以有力支撑硬目标侵彻新型武器研制和武器性能试验指标的实现；在硬目标侵彻武器的研制、定型、交验及生产中，必须有强冲击环境试验、测试方法和测试系统来检测武器系统的质量和效能；检查炸点控制系统是否符合战术技术要求，其新型炸药能否满足装药结构抗高过载、大脉宽、高低温和安全性、可靠性的要求，都需要极端强冲击环境试验、测试与计量校准作为依据。新型高性能武器装备研制、国防科技的发展离不开强冲击试验、测试与计量校准技术研究，而强冲击试验理论、校准规范及试验计量技术的深入研究必将有力地促进武器装备和国防科技的发展。

ISO16063-13 是在国际计量局的官方网站已经正式发布的冲击绝对法校准的国际标准，该国际标准规定的校准设备与方法已经很成熟，但到目前为止还没有相关的区域组织或者其他国际组织进行冲击比对，国外已经有相关的专家学者开始此方面的工作。ISO16063-13绝对法冲击校准的国际标准，规定了两种典型的冲击激励系统，一是基于应力波原理的Hopkinson 杆冲击激励系统，二是基于砧体碰撞的冲击激励系统。

我国已制定了一系列与冲击相关的校准规范和校准方法，包括：中华人民共和国国家标准GB/T 20485.13—2007 第13 部分：激光干涉法冲击绝对校准、GB/T20485.22—2008 第22 部分：冲击比较校准、GB/T33029—2017 MEMS 强冲击加速度传感器性能试验方法、GB/T 13823.9—1994 横向冲击灵敏度测试、GB/T 13823.15—1995 瞬变温度灵敏度测试法、中华人民共和国国家军用标准GJB 3236—1998 振动与冲击传感器的校准和测试方法、GJB 5439—2005 压阻式加速度传感器通用规范、GJB 150.3A—2009 军用装备实验环境试验方法第3 部分：高温试验、GJB150.4A—2009 军用装备实验环境试验方法 第4 部分：低温试验、GJB 546 电子元器件质量保证大纲、GJB 360B—2009 电子及电气元件试验方法等。这些国家标准和国家军用标准，与常温条件下强冲击加速度计、陀螺、电子及电气元件的冲击性能试验相关，在高低温环境下仅有热零点漂移指标，并不能满足强冲击、大脉宽、高低温极端复合原位条件校准的国家重大工程实际需求，因此需要制定和完善国家标准和国家军用标准。

国内外针对强冲击试验测试、校准试验的典型装置包括：Hopkinson 杆、空气炮、落球或落锤冲击实验台、马歇特击锤、冲击落杆、气体炮等。冲击计量校准技术越来越向着同时满足强冲击和毫秒量级大脉宽两个关键指标的高能量强冲击方向发展，并对极端恶劣环境强冲击高低温复合条件下的试验测试与计量校准有着迫切的需求。

航空工业北京长城计量测试技术研究所作为国防科工局第一计量测试研究中心在强冲击测试与校准具有领先优势，研究所的李新良、张大治、曾吾和孙浩林等研究人员，长期从声传感器的冲击计量校准工作，利用Hopkinson 杆作为激励加载手段，采用激光干涉法冲击绝对校准方式，进行传感器冲击灵敏度校准，常规校准量程可达10 ×104g。

中国计量科学研究院胡红波、于梅、孙桥等研究人员，长期从事冲击传感器计量校准工作，建立起20 ×104g 冲击加速度国家基准装置，采用德国SPEKTRA 公司高精度冲击激励器，以激光干涉法冲击绝对校准方式，开展加速度传感器冲击灵敏度校准工作，常规校准量程10 ×104g。(www.xing528.com)

中国兵器工业204 研究所苏建军主任，以空气炮为激励加载手段，采用双通道激光多普勒原理开展灵敏度绝对校准工作，常规校准量程10 ×104g，最高量程20 ×104g，脉宽也较Hopkinson 杆加载装置宽。

北京航天计量测试技术研究所杨晓伟主任，以Hopkinson 杆为激励加载手段，采用激光干涉法冲击绝对校准方式，开展传感器冲击灵敏度校准，常规校准量程10 ×104g。

北京海泰微纳科技发展有限公司是一家专注于MEMS 芯片、特种传感器与极端环境试验测试装备的高技术企业，以极端恶劣环境原位试验测试技术为产业特色。公司采用高低温原位复合空气炮激励加载、激光干涉法冲击绝对校准方式，开展了强冲击加速度传感器、大质量部件的复合强冲击试验测试研究工作，可实现超强冲击、大脉宽、超大负载、高低温等极端复合环境下的高能量的冲击加载，技术指标较国内外同类大型特种实验装备高一个数量级左右。

从国内外强冲击试验设备与强冲击试验技术来看，基本是能保证单一加速度峰值指标加载激励。被激励的试件的质量一般只有几克、几十克，最多不超过100 g，无法实现几千克量级超大质量被测试件的高量程峰值的激励加载，且激励脉宽太窄，一般只有十几或者几十微秒，无法实现大质量试件毫秒量级脉宽激励；国内外强冲击试验设备与强冲击试验技术，一般是在常温环境下进行冲击试验测试，无法实现高低温环境下对大质量试件的大脉宽、高量程复合冲击激励加载(带高低温功能的Hopkinson 杆试验装置激励的脉宽太窄，且大质量加载激励加速度峰值低)，这种极端强冲击高低温复合环境，恰恰是真实需求的环境情况。因此迫切需要开展对于接近于实际工况的大质量、强冲击、大脉宽、高低温极端恶劣环境复合加载的试验测试与计量校准大型仪器装备的相关研制工作，突破多场加载技术与多维运动参数检测技术瓶颈，促进我国装备制造业特别是特种实验装备的发展，满足武器装备核心部件与民用产品的参数在位试验测试需求。