落锤式冲击加速度标准装置的研究与试验.pdf

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1、科针匀头贼落锤式冲击加速度标准装置的研究与试验口胡红波于梅一概述实现的冲击绝对法与比较法校准．分析讨论振动与冲、随着生产实践和科学技术的发展．越来越多的领击绝对法校准结果偏差的原因：试验数据验证该标准域需要对某一动态或者瞬态过程进行准确测量．而加装置的可靠性速度传感器是广泛应用于该类测量的微机电测量系二、落锤式冲击加速度标准装置的结构与系统组成统例如在汽车工业中．评价汽车安全性能的主要手1．落锤式冲击激励装置的结构段就是汽车碰撞试验该试验主要依靠加速度传感器落锤式冲击激励装置的结构示意图如图1所示。等来获得汽车碰撞试验中各个主要部分

2、的数据灵敏装置顶板度是加速度传感器的一个主要指标．对传感器进行校准主要是在振动标准装置上进行．采用的是正弦稳态激励法．即在一个较宽的频率范围内采用单频正弦信号作为输入信号．这样可以得到在传感器各个不同频率点的频率响应特性，从而得到被校传感器的特性。另一种确定传感器灵敏度的方法是冲击激励法．该方法可以在很宽的频率范围与较大的加速度幅值下对传感器进行校准冲击激励法是校准振动传感器幅值线性特性最为理想的方法一般应根据实际情况选择图1冲击激励装置结构示意图采用合适的校准方式采用冲击激励法校准加速度传感器是在冲击标该装置的工作过程是首先采用人

3、工或电机控制准装置上进行的．冲击加速度标准装置产生机械冲击方式将落锤提升到某一个高度．释放后使其自由降激励被校传感器。通过激光干涉仪(绝对法)或者标落为了产生较大的加速度．也可以施加一定的初速准传感器(比较法)测量得到该机械冲击量的大小．度让其迅速下落当落锤与安装有垫层的砧头发生碰同时与被校传感器的输出进行比较．即可得到该传撞时．就会产生一定幅度的冲击激励．该冲击激励即感器的灵敏度。产生冲击激励的装置主要有摆锤式、为被校加速度传感器的机械输入量需要说明的是．落锤式、气动活塞式及基于Hopkinson杆的冲击激励为了保证碰撞产生的冲击

4、激励波形光滑且幅度较大．源。各种不同的冲击激励源在冲击波形、加速度幅度必须保证两根导轨的表面光洁度达到一定的要求．并及脉冲保持时间上有所不同．各有特点。本文主要介且保证其安装的平行度与垂直度。同时．落锤与导轨绍落锤式冲击加速度标准装置的结构原理和在其上之间为间隙配合；落锤碰撞面需加工成一定的弧度．20122ChinaMetrology中国计量_／，．4I科研．1头戚以保证其与砧头的对心碰撞三、比较试验研究2．落锤式冲击加速度标准装置的系统组成1．与基~Hopkinson杆冲击激励源产生的冲击波形冲击绝对法校准是利用激光干涉仪直接测量

5、碰的比较撞产生的冲击激励．是具有最高准确度的冲击校准落锤式冲击激励源与~=Hopkinson杆的冲击激方法。冲击比较法校准是利用一个经过冲击绝对法励源是两种常用的冲击激励源．但两者产生冲击激励校准过的标准传感器作为标准．通过比较被校加速的原理有较大的区别。前者是通过刚体碰撞直接产生度传感器的输出与标准传感器的输出．实现被校传冲击波形。由于装置结构及冲击产生的方式等原因．感器的校准。根据IS016063—13{激光干涉法冲击绝一般在加速度峰值为10000g(g=9．80665m／s)和脉宽为对校准》和IS016063—22(冲击比较法

6、校准》的要求，(0．1lO)ms范围内，可获得较光滑的冲击波形和较高的在该装置上实现冲击绝对法与冲击比较法的结构框校准准确度。图3为落锤式冲击加速度标准装置产生图，如图2所示。的标准冲击波形。从图3可以看出。其产生的冲击激励为半正弦波形，脉宽为2．2ms。经过准的度传(a)冲击比较法校准图3落锤式冲击加速度标准装置产生的标准冲击波形基Hopkinson杆的冲击激励源主要利用应力波在细长杆中传播的定理．由于Hopkinson杆的特殊结构与材质，应力波在杆内传播的速度很快，一般在(3000～5000)m／s之间。当杆的一端受到撞击时，在

7、杆的内部会形成一个一定形状的应力波．该应力波沿杆轴向传递到杆的另一自由端并发生反射时．会形成很大的加速度。由于其结构特点及冲击波形的产生形式，其产生的(b)冲击绝对法校准冲击加速度很大，可达100000g1)．2上，脉宽比较窄，一般图2标准装置系统组成在lOOl~s左右。图4是利用基=J：Hopkinson杆冲击激励源冲击比较法校准系统中．数据采集处理系统同步采集两路加速度传感器的信号．通过比较两路冲击波形得到被校传感器的灵敏度等指标冲击绝对法校准系统中．数据采集处理系统同步采集被校传感器输出与干涉仪输出的多普勒信号．通过相应的算法

8、将多普勒信号转换为碰撞过程中的速度信号，然后速度信号经过微分过程得到碰撞过程中的加速度信号，通过比较被校传感器的输出与微分得到的加速度信号，确定传感器的灵敏度等指标。图4基于H叩kinson杆冲击激励源产生的典型冲击波形72中国计量C