微加速度計連續速度測量衝擊校準方法及裝置的製作方法
2023-11-05 00:58:37 1
專利名稱：微加速度計連續速度測量衝擊校準方法及裝置的製作方法
技術領域：
本發明屬於微加速度計測量衝擊校準方法及裝置。
本發明的連續速度測量衝擊校準方法是以特製的速度傳感器測量微加速度計在衝擊過程中的即時速度，這樣可獲得在衝擊校準過程中連續的速度變化量，從而在一次衝擊校準中就可以得到連續的靈敏度，並同時獲得該加速度計的線性度。
具體方法是用速度傳感器測量被校微加速度計的速度。當速度傳感器的輸出電壓為U1(t)，其靈敏度經校準為S1時，則速度為v1(t)=U1(t)S1---(1);]]>
當被校微加速度計的輸出電壓為U2(t)，靈敏度為S2，信號放大器的放大倍數為K2時，那麼被校微加速度計所受到的加速度為a2(t)=U2(t)S2K2---(2);]]>如果假設τ＝0時刻為加速度脈衝開始時刻，則在整個加速度脈衝範圍內的任意時刻t，被校微加速度計的速度為v2(t)=0tU2S2K2d---(3);]]>由於被校微加速度計與速度傳感器線圈支架緊密相貼，且微加速度計質量很小，僅為幾克，可以忽略，所以能夠假設微加速度計的速度與速度傳感器測量的速度相等，即v2(t)＝v1(t) (4)；由式(1)，(3)，(4)可得加速度計的靈敏度為S2(t)=S10tU2dK2U1(t)---(5);]]>然後再利用式(2)就可以轉化為靈敏度和加速度之間的關係S2(a)，即線性度。
該方法的關鍵是保證同步測量微加速度計的信號和速度傳感器的信號。為此專門設計了與該校準方法配套的校準裝置。
本發明的連續速度測量衝擊校準裝置如附
圖1所示，包括彈簧式校準衝擊裝置如附圖2所示、磁電式高頻衝擊速度傳感器如附圖3所示，以及瞬態波形存儲器、放大器。其連接方式為磁電式高頻衝擊速度傳感器放置在彈簧式校準衝擊裝置的載物臺上，被校微加速度計置於磁電式高頻衝擊速度傳感器的線圈支架上，被校微加速度計的信號通過信號電纜經由放大器連接到瞬態波形存儲器，磁電式高頻衝擊速度傳感器的信號通過信號電纜連接到瞬態波形存儲器。
如附圖2所示的彈簧式微加速度計校準衝擊裝置主要包括導向杆1、壓緊螺母把手2、壓緊螺母3、導向筒4、鋼箍5、限位圈6、鎖緊螺母7、限位螺母8、基座9、彈頭10、傳感器11、載物臺12、卡塊13、保險塊14、釋放把手15、鋼球16、彈簧17。
導向杆1、卡塊13、彈頭10固連為一體形成衝擊杆總成，彈簧壓縮力施加於卡塊13。釋放把手15和鋼箍5通過鉸接連接在一起，鋼箍5內部有一圈凹槽，可以容納部分鋼球。上下扳動釋放把手15可以完成裝彈和發射功能。導向筒4對衝擊杆起導向作用。導向筒4下端的限位螺母8可以對衝擊杆進行限位，以免彈頭10損壞下面的速度傳感器11。整個裝置外觀尺寸約500mm×250mm×250mm。
如附圖3所示的磁電式高頻衝擊速度傳感器由線圈支架19、線圈20、波紋彈簧21、彈簧支架22、磁鋼23所組成。磁鋼23為環狀結構永磁體，線圈20是用外皮絕緣的銅絲纏繞在紙質筒狀支架19上，通過波紋彈簧21懸浮在磁鋼23內。外觀尺寸約45mm×45mm×45mm。
進行微加速度計校準時，磁電式衝擊速度傳感器固定在彈簧式微加速度計校準衝擊裝置的載物臺上，被校微加速度計置於磁電式高頻衝擊速度傳感器的線圈支架之上，彈頭的衝擊經被校微加速度計18傳至線圈支架19上，使線圈作切割磁力線運動，產生感應電動勢，此電信號的大小就代表速度的大小。
由於微加速度計和速度傳感器的可動部分質量很小且微加速度計敏感方向尺寸很小，因此速度傳感器和被校微加速度計的信號幾乎不存在相位差，可以同步記錄微加速度計的速度。用瞬態波形存儲器記錄被校微加速度計和速度傳感器的信號，再根據微加速度計的連續速度測量衝擊校準方法就可以得到被校微加速度計在不同加速度下的靈敏度，同時獲得線性度。
圖2為彈簧式微加速度計校準衝擊裝置結構圖；導向杆1、壓緊螺母把手2、壓緊螺母3、導向筒4、鋼箍5、限位圈6、鎖緊螺母7、限位螺母8、基座9、彈頭10、傳感器11、載物臺12、卡塊13、保險塊14、釋放把手15、鋼球16、彈簧17。
圖3為磁電式高頻衝擊速度傳感器示意圖；線圈支架19、線圈20、波紋彈簧21、彈簧支架22、磁鋼23。
本發明的連續速度測量衝擊校準裝置包括彈簧式微加速度計校準衝擊裝置、磁電式高頻衝擊速度傳感器以及瞬態波形存儲器、放大器。其連接方式為磁電式高頻衝擊速度傳感器放置在彈簧式校準衝擊裝置的載物臺上，被校微加速度計置於磁電式高頻衝擊速度傳感器的線圈支架上，被校微加速度計的信號通過信號電纜經由放大器連接到瞬態波形存儲器，磁電式高頻衝擊速度傳感器的信號通過信號電纜連接到瞬態波形存儲器。
彈簧式微加速度計校準衝擊裝置見附圖2，主要包括導向杆1、壓緊螺母把手2、壓緊螺母3、導向筒4、鋼箍5、限位圈6、鎖緊螺母7、限位螺母8、基座9、彈頭10、傳感器11、載物臺12、卡塊13、保險塊14、釋放把手15、鋼球16、彈簧17。
導向杆1、卡塊13、彈頭10固連為一體形成衝擊杆總成，彈簧壓縮力施加於卡塊13的上緣。釋放把手15和鋼箍5通過鉸接連接在一起，鋼箍5內部有一圈凹槽，可以容納部分鋼球。上下扳動釋放把手可以完成裝彈和發射功能。導向筒4對衝擊杆起導向作用。導向筒4下端的限位螺母8可以對衝擊杆進行限位，以免損壞彈頭10下面的速度傳感器11。通過調節導向筒4旋入基座9內的長度來調節彈頭下端與載物臺之間的距離，可用鎖緊螺母7固定該位置，從而滿足不同尺寸的微加速度計的校準需要。
磁電式高頻衝擊速度傳感器結構見附圖3，包括線圈支架19、線圈20、波紋彈簧21、彈簧支架22、磁鋼23。
磁鋼23為不動部分，線圈及線圈支架由波紋彈簧懸浮，是可動質量部分。整個速度傳感器放置在彈簧式校難衝擊裝置的載物臺上。被校微加速度計18放置在線圈支架19上。
利用彈簧式校準衝擊裝置對被校微加速度計施加衝擊載荷，用速度傳感器測量微加速度計的即時速度，信號經適當的放大處理後被瞬態波形存儲器記錄下來。
下面將詳細闡述該校準裝置的工作過程彈簧式校準衝擊裝置是利用彈簧的壓縮能在瞬間釋放轉變為衝擊杆的動能，對被校微加速度計施加衝擊載荷。其工作過程為；導向杆1、卡塊13、彈頭10固連為一體形成衝擊杆總成。旋轉壓緊螺母把手2使得壓緊螺母3向上移動約100mm。彈簧處於自由狀態。把導向杆1向上提升約100mm，使得卡塊13的凹槽對準鋼球16。釋放把手15和鋼箍5通過鉸接連接在一起，鋼箍5內部有一圈凹槽，可以容納部分鋼球。把釋放把手15向上扳，帶動鋼箍5向上移動，其內部鋼球16被向內擠壓，頂在卡塊13的V形凹槽上，使得衝擊杆總成不能移動。此時旋轉保險塊14，擋住鋼箍5的下緣，保證鋼箍5不會自行下移。然後可以通過旋轉壓緊螺母把手2擰緊壓緊螺母3，壓縮彈簧17。控制彈簧的壓縮量就可以調節衝擊杆的速度。至此完成裝彈過程。釋放時，先把保險塊14旋轉至不妨礙鋼箍5下移的位置，向下扳動釋放把手15，帶動鋼箍5下移。當鋼箍的凹槽對準鋼球16時，鋼球受卡塊13的擠壓會被突然擠入鋼箍的凹槽中，使得衝擊杆釋放，爆發衝擊。衝擊杆卡塊13的下緣最後打擊在限位螺母8上，以免彈頭10對下面的傳感器11造成損壞。至此完成衝擊過程。衝擊杆的彈頭部分在衝擊行程即將結束時直接衝擊位於其正下方的被校微加速度計(被校微加速度計置於衝擊速度傳感器的線圈支架上)，使微加速度計產生加速度脈衝。當彈頭推動被校微加速度計和速度傳感器的線圈支架運動約1mm左右時，衝擊杆受限位螺母的約束停止前進，這樣可以保護速度傳感器不被衝擊杆打壞。可以通過調節導向筒4旋入基座9內的長度來調節彈頭推動被校微加速度計移動的距離，使得對於不同尺寸的微加速度計，該距離始終在1mm左右，從而保護速度傳感器。微加速度計測得的信號經放大後被瞬態波形存儲器記錄下來。
磁電式高頻衝擊速度傳感器固定放置在彈簧式微加速度計校準衝擊裝置的載物臺上，其中心位於彈頭的正下方。被校微加速度計置於衝擊速度傳感器的線圈支架19之上，也在彈頭的正下方。在被校微加速度計受彈頭衝擊產生脈衝信號的同時，速度傳感器的線圈作切割磁力線運動，產生感應電動勢，此電信號的大小代表微加速度計的速度的大小。把速度傳感器測得的信號用瞬態波形存儲器記錄下來。
採集到速度傳感器和被校微加速度計的信號後，利用式(5)進行計算就可以得到微加速度計的靈敏度隨時間的變化關係，再轉化為靈敏度隨加速度的變化關係，即線性度。
該衝擊校準方法和裝置是針對微加速度計校準而發明的。由於目前加速度計向微型化方向發展，因此今後微加速度計的校準必然會成為一個迫切問題。本發明可以極大地減少校準次數，提高校準精度。並且其校準裝置體積小、重量輕，安裝使用方便。
權利要求
1.一種由彈簧式微加速度計校準衝擊裝置、磁電式高頻衝擊速度傳感器以及瞬態波形存儲器、放大器構成的微加速度計連續速度測量衝擊校準方法及裝置，其特徵在於a、其裝置為磁電式高頻衝擊速度傳感器放置在彈簧式校準衝擊裝置的載物臺上，被校微加速度計置於磁電式高頻衝擊速度傳感器的線圈支架上，被校微加速度計的信號通過信號電纜經由放大器連接到瞬態波形存儲器，磁電式高頻衝擊速度傳感器的信號通過信號電纜連接到瞬態波形存儲器；b、用速度傳感器測量被校準微加速度計的速度，當速度傳感器的輸出電壓為U1(t)，其靈敏度經校準為S1時，則速度為v1(t)=U1(t)S1---(1);]]>當被校微加速度計的輸出電壓為U2(t)，靈敏度為S2，信號放大器的放大倍數為K2時，那麼被校微加速度計所受到的加速度為a2(t)=U2(t)S2K2---(2);]]>如果假設τ＝0時刻為加速度脈衝開始時刻，則在整個加速度脈衝範圍內的任意時刻t，被校微加速度計的速度為v2(t)=0tU2S2K2d---(3);]]>由於被校微加速度計與速度傳感器線圈支架緊密相貼，且微加速度計質量很小，僅為幾克，可以忽略，所以能夠假設微加速度計的速度與速度傳感器測量的速度相等，即v2(T)＝v1(t)(4)；由式(1)，(3)，(4)求得被校微加速度計的靈敏度為S2(t)=S10tU2dK2U1(t)---(5);]]>然後再利用式(2)就可以轉化為靈敏度和加速度之間的關係S2(a)，即線性度。
2.根據權利要求1所述的微加速度計連續速度測量衝擊校準方法及裝置，其特徵在於由導向杆、壓緊螺母把手、壓緊螺母、導向筒、鋼箍、限位圈、鎖緊螺母、限位螺母、基座、彈頭、傳感器、載物臺、卡塊、保險塊、釋放把手、鋼球、彈簧構成的彈簧式微加速度計校準衝擊裝置，按以下方式裝配導向杆、卡塊、彈頭固連為一體構成衝擊杆總成；在卡塊上方的彈簧套在導向杆上；衝擊杆總成裝在導向筒中，導向筒上端裝入壓緊螺母，壓緊螺母上端安裝有壓緊螺母把手，導向筒下端裝有限位螺母，導向筒旋入基座，基座上方裝有鎖緊螺母；導向筒的中腰套一鋼箍，釋放把手與鋼箍通過鉸連結在一起，鋼箍內環有一圈凹槽，凹槽內置四個鋼球構成釋放結構，鋼箍的下端還有限位圈套入導向筒，限位圈上端裝有保險塊。整個裝置的最下部為載物臺上，載物臺底座正中放置速度傳感器。
3.根據權利要求1所述的微加速度計連續速度測量衝擊校準方法及裝置，其特徵在於由線圈支架、線圈、波紋彈簧、彈簧支架、磁鋼構成的磁電式高頻衝擊速度傳感器，其結構如下在線圈支架上纏繞外皮絕緣的銅絲構成線圈，線圈支架懸浮在磁鋼的磁芯上，在線圈支架及磁鋼上扣裝波紋彈簧，波紋彈簧通過罩在磁鋼的外環上的彈簧支架與磁鋼連接，線圈支架與波紋彈簧的內環連接。
全文摘要
微加速度計連續速度測量衝擊校準方法及裝置屬於加速度計靈敏度和線性度的衝擊校準領域。本發明利用特別的速度傳感器直接測量微加速度計的即時速度，可獲得衝擊校準過程中連續的速度變化量，從而在一次衝擊校準中獲得連續的靈敏度，同時獲得該微加速度計的線性度。其校準裝置包括彈簧式微加速度計校準衝擊裝置、磁電式高頻衝擊速度傳感器、瞬態波形存儲器、放大器。其連接方式為磁電式高頻衝擊速度傳感器放置在彈簧式校準衝擊裝置的載物臺上，被校微加速度計置於磁電式高頻衝擊速度傳感器的線圈支架上，被校微加速度計的信號通過信號電纜經由放大器連接到瞬態波形存儲器，磁電式高頻衝擊速度傳感器的信號通過信號電纜連接到瞬態波形存儲器。
文檔編號G01P21/00GK1479103SQ0212902
公開日2004年3月3日 申請日期2002年8月27日 優先權日2002年8月27日
發明者張泰華, 郇勇, 楊業敏 申請人:中國科學院力學研究所