專利名稱：微加速度計連續(xù)速度測量沖擊校準(zhǔn)方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于微加速度計測量沖擊校準(zhǔn)方法及裝置。
本發(fā)明的連續(xù)速度測量沖擊校準(zhǔn)方法是以特制的速度傳感器測量微加速度計在沖擊過程中的即時速度，這樣可獲得在沖擊校準(zhǔn)過程中連續(xù)的速度變化量，從而在一次沖擊校準(zhǔn)中就可以得到連續(xù)的靈敏度，并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(dāng)速度傳感器的輸出電壓為U1(t)，其靈敏度經(jīng)校準(zhǔn)為S1時，則速度為v1(t)=U1(t)S1---(1);]]>
當(dāng)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(shù)為K2時，那么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(shè)τ＝0時刻為加速度脈沖開始時刻，則在整個加速度脈沖范圍內(nèi)的任意時刻t，被校微加速度計的速度為v2(t)=∫0tU2(τ)S2K2dτ---(3);]]>由于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(zhì)量很小，僅為幾克，可以忽略，所以能夠假設(shè)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)=S1∫0tU2(τ)dτK2U1(t)---(5);]]>然后再利用式(2)就可以轉(zhuǎn)化為靈敏度和加速度之間的關(guān)系S2(a)，即線性度。
該方法的關(guān)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(shè)計了與該校準(zhǔn)方法配套的校準(zhǔn)裝置。
本發(fā)明的連續(xù)速度測量沖擊校準(zhǔn)裝置如附

圖1所示，包括彈簧式校準(zhǔn)沖擊裝置如附圖2所示、磁電式高頻沖擊速度傳感器如附圖3所示，以及瞬態(tài)波形存儲器、放大器。其連接方式為磁電式高頻沖擊速度傳感器放置在彈簧式校準(zhǔn)沖擊裝置的載物臺上，被校微加速度計置于磁電式高頻沖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(jīng)由放大器連接到瞬態(tài)波形存儲器，磁電式高頻沖擊速度傳感器的信號通過信號電纜連接到瞬態(tài)波形存儲器。
如附圖2所示的彈簧式微加速度計校準(zhǔn)沖擊裝置主要包括導(dǎo)向桿1、壓緊螺母把手2、壓緊螺母3、導(dǎo)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(dǎo)向桿1、卡塊13、彈頭10固連為一體形成沖擊桿總成，彈簧壓縮力施加于卡塊13。釋放把手15和鋼箍5通過鉸接連接在一起，鋼箍5內(nèi)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(fā)射功能。導(dǎo)向筒4對沖擊桿起導(dǎo)向作用。導(dǎo)向筒4下端的限位螺母8可以對沖擊桿進(jìn)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所示的磁電式高頻沖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(huán)狀結(jié)構(gòu)永磁體，線圈20是用外皮絕緣的銅絲纏繞在紙質(zhì)筒狀支架19上，通過波紋彈簧21懸浮在磁鋼23內(nèi)。外觀尺寸約45mm×45mm×45mm。
進(jìn)行微加速度計校準(zhǔn)時，磁電式?jīng)_擊速度傳感器固定在彈簧式微加速度計校準(zhǔn)沖擊裝置的載物臺上，被校微加速度計置于磁電式高頻沖擊速度傳感器的線圈支架之上，彈頭的沖擊經(jīng)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(yùn)動，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，此電信號的大小就代表速度的大小。
由于微加速度計和速度傳感器的可動部分質(zhì)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(tài)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(jù)微加速度計的連續(xù)速度測量沖擊校準(zhǔn)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(zhǔn)沖擊裝置結(jié)構(gòu)圖；導(dǎo)向桿1、壓緊螺母把手2、壓緊螺母3、導(dǎo)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為磁電式高頻沖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(fā)明的連續(xù)速度測量沖擊校準(zhǔn)裝置包括彈簧式微加速度計校準(zhǔn)沖擊裝置、磁電式高頻沖擊速度傳感器以及瞬態(tài)波形存儲器、放大器。其連接方式為磁電式高頻沖擊速度傳感器放置在彈簧式校準(zhǔn)沖擊裝置的載物臺上，被校微加速度計置于磁電式高頻沖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(jīng)由放大器連接到瞬態(tài)波形存儲器，磁電式高頻沖擊速度傳感器的信號通過信號電纜連接到瞬態(tài)波形存儲器。
彈簧式微加速度計校準(zhǔn)沖擊裝置見附圖2，主要包括導(dǎo)向桿1、壓緊螺母把手2、壓緊螺母3、導(dǎo)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(dǎo)向桿1、卡塊13、彈頭10固連為一體形成沖擊桿總成，彈簧壓縮力施加于卡塊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(nèi)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(fā)射功能。導(dǎo)向筒4對沖擊桿起導(dǎo)向作用。導(dǎo)向筒4下端的限位螺母8可以對沖擊桿進(jìn)行限位，以免損壞彈頭10下面的速度傳感器11。通過調(diào)節(jié)導(dǎo)向筒4旋入基座9內(nèi)的長度來調(diào)節(jié)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(zhǔn)需要。
磁電式高頻沖擊速度傳感器結(jié)構(gòu)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(zhì)量部分。整個速度傳感器放置在彈簧式校難沖擊裝置的載物臺上。被校微加速度計18放置在線圈支架19上。
利用彈簧式校準(zhǔn)沖擊裝置對被校微加速度計施加沖擊載荷，用速度傳感器測量微加速度計的即時速度，信號經(jīng)適當(dāng)?shù)姆糯筇幚砗蟊凰矐B(tài)波形存儲器記錄下來。
下面將詳細(xì)闡述該校準(zhǔn)裝置的工作過程彈簧式校準(zhǔn)沖擊裝置是利用彈簧的壓縮能在瞬間釋放轉(zhuǎn)變?yōu)闆_擊桿的動能，對被校微加速度計施加沖擊載荷。其工作過程為；導(dǎo)向桿1、卡塊13、彈頭10固連為一體形成沖擊桿總成。旋轉(zhuǎn)壓緊螺母把手2使得壓緊螺母3向上移動約100mm。彈簧處于自由狀態(tài)。把導(dǎo)向桿1向上提升約100mm，使得卡塊13的凹槽對準(zhǔn)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(nèi)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(nèi)部鋼球16被向內(nèi)擠壓，頂在卡塊13的V形凹槽上，使得沖擊桿總成不能移動。此時旋轉(zhuǎn)保險塊14，擋住鋼箍5的下緣，保證鋼箍5不會自行下移。然后可以通過旋轉(zhuǎn)壓緊螺母把手2擰緊壓緊螺母3，壓縮彈簧17?？刂茝椈傻膲嚎s量就可以調(diào)節(jié)沖擊桿的速度。至此完成裝彈過程。釋放時，先把保險塊14旋轉(zhuǎn)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(dāng)鋼箍的凹槽對準(zhǔn)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，使得沖擊桿釋放，爆發(fā)沖擊。沖擊桿卡塊13的下緣最后打擊在限位螺母8上，以免彈頭10對下面的傳感器11造成損壞。至此完成沖擊過程。沖擊桿的彈頭部分在沖擊行程即將結(jié)束時直接沖擊位于其正下方的被校微加速度計(被校微加速度計置于沖擊速度傳感器的線圈支架上)，使微加速度計產(chǎn)生加速度脈沖。當(dāng)彈頭推動被校微加速度計和速度傳感器的線圈支架運(yùn)動約1mm左右時，沖擊桿受限位螺母的約束停止前進(jìn)，這樣可以保護(hù)速度傳感器不被沖擊桿打壞?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)導(dǎo)向筒4旋入基座9內(nèi)的長度來調(diào)節(jié)彈頭推動被校微加速度計移動的距離，使得對于不同尺寸的微加速度計，該距離始終在1mm左右，從而保護(hù)速度傳感器。微加速度計測得的信號經(jīng)放大后被瞬態(tài)波形存儲器記錄下來。
磁電式高頻沖擊速度傳感器固定放置在彈簧式微加速度計校準(zhǔn)沖擊裝置的載物臺上，其中心位于彈頭的正下方。被校微加速度計置于沖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沖擊產(chǎn)生脈沖信號的同時，速度傳感器的線圈作切割磁力線運(yùn)動，產(chǎn)生感應(yīng)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(tài)波形存儲器記錄下來。
采集到速度傳感器和被校微加速度計的信號后，利用式(5)進(jìn)行計算就可以得到微加速度計的靈敏度隨時間的變化關(guān)系，再轉(zhuǎn)化為靈敏度隨加速度的變化關(guān)系，即線性度。
該沖擊校準(zhǔn)方法和裝置是針對微加速度計校準(zhǔn)而發(fā)明的。由于目前加速度計向微型化方向發(fā)展，因此今后微加速度計的校準(zhǔn)必然會成為一個迫切問題。本發(fā)明可以極大地減少校準(zhǔn)次數(shù)，提高校準(zhǔn)精度。并且其校準(zhǔn)裝置體積小、重量輕，安裝使用方便。
權(quán)利要求
1.一種由彈簧式微加速度計校準(zhǔn)沖擊裝置、磁電式高頻沖擊速度傳感器以及瞬態(tài)波形存儲器、放大器構(gòu)成的微加速度計連續(xù)速度測量沖擊校準(zhǔn)方法及裝置，其特征在于a、其裝置為磁電式高頻沖擊速度傳感器放置在彈簧式校準(zhǔn)沖擊裝置的載物臺上，被校微加速度計置于磁電式高頻沖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(jīng)由放大器連接到瞬態(tài)波形存儲器，磁電式高頻沖擊速度傳感器的信號通過信號電纜連接到瞬態(tài)波形存儲器；b、用速度傳感器測量被校準(zhǔn)微加速度計的速度，當(dāng)速度傳感器的輸出電壓為U1(t)，其靈敏度經(jīng)校準(zhǔn)為S1時，則速度為v1(t)=U1(t)S1---(1);]]>當(dāng)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(shù)為K2時，那么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(shè)τ＝0時刻為加速度脈沖開始時刻，則在整個加速度脈沖范圍內(nèi)的任意時刻t，被校微加速度計的速度為v2(t)=∫0tU2(τ)S2K2dτ---(3);]]>由于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(zhì)量很小，僅為幾克，可以忽略，所以能夠假設(shè)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)=S1∫0tU2(τ)dτK2U1(t)---(5);]]>然后再利用式(2)就可以轉(zhuǎn)化為靈敏度和加速度之間的關(guān)系S2(a)，即線性度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微加速度計連續(xù)速度測量沖擊校準(zhǔn)方法及裝置，其特征在于由導(dǎo)向桿、壓緊螺母把手、壓緊螺母、導(dǎo)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(gòu)成的彈簧式微加速度計校準(zhǔn)沖擊裝置，按以下方式裝配導(dǎo)向桿、卡塊、彈頭固連為一體構(gòu)成沖擊桿總成；在卡塊上方的彈簧套在導(dǎo)向桿上；沖擊桿總成裝在導(dǎo)向筒中，導(dǎo)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(dǎo)向筒下端裝有限位螺母，導(dǎo)向筒旋入基座，基座上方裝有鎖緊螺母；導(dǎo)向筒的中腰套一鋼箍，釋放把手與鋼箍通過鉸鏈接在一起，鋼箍內(nèi)環(huán)有一圈凹槽，凹槽內(nèi)置四個鋼球構(gòu)成釋放結(jié)構(gòu)，鋼箍的下端還有限位圈套入導(dǎo)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(jù)權(quán)利要求1所述的微加速度計連續(xù)速度測量沖擊校準(zhǔn)方法及裝置，其特征在于由線圈支架、線圈、波紋彈簧、彈簧支架、磁鋼構(gòu)成的磁電式高頻沖擊速度傳感器，其結(jié)構(gòu)如下在線圈支架上纏繞外皮絕緣的銅絲構(gòu)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(huán)上的彈簧支架與磁鋼連接，線圈支架與波紋彈簧的內(nèi)環(huán)連接。
全文摘要
微加速度計連續(xù)速度測量沖擊校準(zhǔn)方法及裝置屬于加速度計靈敏度和線性度的沖擊校準(zhǔn)領(lǐng)域。本發(fā)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，可獲得沖擊校準(zhǔn)過程中連續(xù)的速度變化量，從而在一次沖擊校準(zhǔn)中獲得連續(xù)的靈敏度，同時獲得該微加速度計的線性度。其校準(zhǔn)裝置包括彈簧式微加速度計校準(zhǔn)沖擊裝置、磁電式高頻沖擊速度傳感器、瞬態(tài)波形存儲器、放大器。其連接方式為磁電式高頻沖擊速度傳感器放置在彈簧式校準(zhǔn)沖擊裝置的載物臺上，被校微加速度計置于磁電式高頻沖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(jīng)由放大器連接到瞬態(tài)波形存儲器，磁電式高頻沖擊速度傳感器的信號通過信號電纜連接到瞬態(tài)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(yōu)先權(quán)日2002年8月27日
發(fā)明者張?zhí)┤A, 郇勇, 楊業(yè)敏 申請人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所