冲击相对校准法详解

1.冲击比较校准法

冲击比较校准法也称为冲击二次校准法，它所使用的冲击脉冲设备有Hopkinson 杆、落球冲击机、跌落式冲击台、冲击摆、空气炮等能产生半正弦冲击脉冲的设备。通过毡垫、橡皮垫等调节脉冲使之达到所需的冲击脉冲持续时间，跌落式冲击台台面、冲击摆的摆锤以及空气炮炮弹上应设有良好的传感器安装座，以便将标准传感器及被校传感器背靠背安装于安装座上。冲击脉冲的持续时间优先选用10 ms、5 ms、2 ms、1 ms、0.5 ms、0.2 ms、0.1 ms，加速度峰值优先选用100 m/s2、200 m/s2、500 m/s2、1 000 m/s2、2 000 m/s2、5 000 m/s2、1 ×104 m/s2、2 ×104 m/s2、5 ×104 m/s2、105 m/s2。落球冲击机如图14-5 所示。

图14-5 落球冲击机

1—被校传感器；2—参考标准传感器；3—砧体；4—垫片；5—锤捕捉器；6—锤；7—触发光电传感器；8—锤碰撞后砧体运动方向

调节脉冲持续时间和幅值使之达到所需的数值，测量出标准传感器和被校传感器的输出值，用下式计算被校传感器的灵敏度：

式中，ap 为被校传感器输出加速度峰值；asp为标准加速度传感器输出加速度峰值；Sst为标准加速度传感器的参考灵敏度。

2.速度改变法

前述的激光多普勒速度干涉仪校准法、光切割一次冲击校准法，所使用的冲击摆、跌落台、落球装置、空气炮等冲击校准装置都可采用速度改变法，即借助于碰撞原理突然改变被校加速度传感器的速度来产生较大的加速度。

由不同强度的碰撞产生不同的电压输出和不同的速度增量，即可利用前述的公式计算出一系列冲击灵敏度Sui，求出传感器的幅值线性度。

3.冲击力法

冲击力法的原理服从于牛顿力学定律：

式中，m 为冲击物体(如落球等)的质量；a 为冲击加速度。

将加速度传感器安装在一个刚性锤体上，使它自由下落，与一个力传感器对心碰撞，记录下两个传感器的输出，即可求取一系列加速度值：(www.xing528.com)

式中，Fi 为峰值冲击力(由力传感器测出)；m 为落体质量(落锤连同加速度传感器的质量和)。

由ai 可求出一系列Si，进而可求出幅值线性度。冲击力法的原理框图如图14-6 所示。

图14-6 冲击力法的原理框图

4.幅值线性的傅里叶分析法

这种校准方法的实质是将加速度传感器用冲击激励，其幅值响应在频域内取值。其原理如图14-7 所示。

图14-7 傅立叶变换法冲击标定原理图

校准时标准传感器和被校传感器背靠背刚性连接，并安装在落锤上，在落锤与弹性垫碰撞后，两只传感器输出信号分别经由电荷放大器进入FFT 数据处理机进行变换和处理。可求得时域内被校传感器的灵敏度为

式中，ux(t)为被校传感器的输出电压；ub(t)为标准传感器的输出电压；Sb 为标准传感器的电压灵敏度。

同理，在频域内

式中，ux(f)为被校传感器在给定频率下的输出电压值；ub(f)为标准传感器在给定频率下的输出电压值；Sb(f)为标准传感器在给定频率下的灵敏度值。

这种校准方法得出的传感器频域内灵敏度偏差一般在± 1%之内。为减小校准误差应选择合适的采样频率，工程上采样频率应以高于被测信号最高频率6 ～10 倍的速率进行采样，可以保证足够的校准精度。