革新的冲击绝对校准法技术

冲击绝对校准法是利用刚体碰撞加载原理，弹丸碰撞激励砧体使安装在砧体上的被校传感器与砧子同时获得相同的瞬时加速度a(t)和速度增量Δν，Δν 表达式为

式中，t1 和t2 为碰撞开始到至结束的时间点。加速度传感器输出电压u(t)为

传感器冲击灵敏度表达式为

测出传感器输出信号所包络的面积和速度增量Δν，就可以获得加速度传感器灵敏度，这种校准方法也称为速度改变法。测量速度所用的方法又分为激光多普勒速度干涉仪校准法和光切割冲击校准法。

(1)激光多普勒速度干涉仪校准法校准原理如图14-3 所示。

图14-3 激光多普勒速度干涉仪校准原理图

1—锤头接收器；2—砧体；3—锤头；4—触发器；5—缓冲器；6—碰撞后砧体运动；7—被校传感器；8—放大器；9—光检测器；10—分光镜；11—频偏器；12—频率跟随器；13—记录设备；14—激光器

校准时先去掉砧子和锤头接收器，检查锤头和速度测量系统，用速度测量系统测量锤头的速度，再由锤头的降落高度计算出锤头的速度。

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式中，h 为降落高度，为锤头最低位置到触发器光线之间的距离；测量值和计算值之间的差异应小于±0.1%。

根据冲击校准需要，给锤头设置一定的高度，或用不同的砧子，不同材料的缓冲垫，以满足校准需要。对测量系统各旋钮要正确选择，以便准确记录输出波形。对传感器输出波形的积分可用数字式或模拟式积分求得，传感器的冲击灵敏度表达式：

式中，A 为加速度传感器输出波形的面积；Δν 为加速度传感器碰撞过程中的速度变化；c 为在实验室条件下激光的传播速度；fr 为激光的反射频率；fc 为激光频率。

(2)光切割法落球冲击机校准原理如图14-4 所示。

图14-4 光切割法落球冲击机校准原理图

1—锤；2—锤捕损器；3—静止的边缘；4—垫片；5—砧；6—加速度计；7—测试子流；8—光切割边缘；9—测速光电传感器；10—触发光电传感器；11—碰撞后运动方向

光切割法和激光多普勒速度干涉仪校准法的原理及所用的冲击装置都相同，所不同的是速度测量方法，依据传感器的冲击灵敏度公式，此时Δν 由下式给出：

式中，d2 为两个测速光电传感器之间的距离；t 为通过两个测速光电传感器之间的时间；d1 为静止时砧子的切割光线边缘与第一个测速光电传感器之间的距离。

冲击绝对校准法适用于应变、压阻和压电型加速度传感器，可适用的冲击脉冲持续时间为10 ～0.1 ms，冲击加速度幅值为102 ～105 m/s2，校准的不确定度为±3% 。为了保证冲击校准的精度，锤头和砧子的共振频率至少为10/τ，其中τ 是冲击脉冲持续时间。为了避免冲击校准装置结构谐振的影响，锤头和砧子碰撞时应与结构无接触。