專利名稱：用波形比較法進(jìn)行沖擊加速度傳感器橫向響應(yīng)的測(cè)試方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及提供一種基于波形可識(shí)別的沖擊加速度計(jì)的比較測(cè)試方法，更確切說(shuō)是一種用波形比較法進(jìn)行沖擊加速度傳感器橫向響應(yīng)的測(cè)試方法，屬于微傳感器的力學(xué)測(cè)試分析領(lǐng)域。
背技軸速傳器顧思是對(duì)一個(gè)方向敏感，而對(duì)其它正交分量，即橫向不敏感的器件，橫向響應(yīng)是表征器件的一個(gè)重要物理參數(shù)。橫向響應(yīng)是指在同樣加速度作用下傳感器非敏感方向的輸出與傳感器在敏感方向的輸出比，或者定義為非敏感方向的靈敏度和敏感方向的靈敏度之比。在器件的設(shè)計(jì)、制造和使用中應(yīng)盡量減小或者消除這一效應(yīng)。事實(shí)上，所有單軸加速度傳感器對(duì)側(cè)向加速度均會(huì)或多或少有些響應(yīng)，這種響應(yīng)就稱為加速度傳感器(或加速度計(jì))的橫向響應(yīng)，又稱交叉靈敏度。在加速度傳感器的橫向響應(yīng)或橫向靈敏度測(cè)試過(guò)程中，通常是在激振臺(tái)上完成的，并且是在低頻(100Hz)和較低的加速度載荷(30g，g＝9.8m/s2)下進(jìn)行的。即使對(duì)于高量程加速度傳感器或高沖擊加速度傳感器的橫向響應(yīng)測(cè)試，有相當(dāng)一部分的測(cè)試也是在此條件下進(jìn)行的。然而，沖擊和碰撞過(guò)程中具有相當(dāng)大的加速度，是一個(gè)瞬時(shí)的動(dòng)態(tài)能量傳遞過(guò)程，在一些場(chǎng)合下通常達(dá)到幾千或上萬(wàn)的加速度g值，這樣器件的真實(shí)橫向響應(yīng)在振動(dòng)臺(tái)上卻難以得到反映。在ISO標(biāo)準(zhǔn)中在振動(dòng)臺(tái)上進(jìn)行橫向測(cè)試(ISO 5347-111993，即將成為16063-31)，以及橫向沖擊靈敏度的測(cè)試(ISO 5347-121993)。這些測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)測(cè)試設(shè)備要求的精度都很高，測(cè)試設(shè)備復(fù)雜。如需要較為嚴(yán)格的單軸振動(dòng)臺(tái)、兩軸振動(dòng)臺(tái)或者三軸振動(dòng)臺(tái)，同樣在實(shí)施過(guò)程中，如果利用集成在一起的兩軸加速度傳感器或者三軸加速度傳感器，就可以同時(shí)測(cè)量器件在三個(gè)垂直正交方向上的輸出。但是通常的兩軸加速度傳感器具有較低的量程和過(guò)載，不適用大量程高沖擊場(chǎng)合下的要求。因此，為了滿足和適應(yīng)一般場(chǎng)合的需要，方便可靠并且簡(jiǎn)易的測(cè)試方法和設(shè)備是非常急需的。
對(duì)加速度傳感器測(cè)試的一種方法是直接用一根細(xì)長(zhǎng)的金屬桿，將加速度傳感器固定于金屬桿的一端，然后將金屬桿自由落下，金屬桿與地面上的金屬砧發(fā)生相互碰撞，產(chǎn)生較大的加速度，如20.000g。之所以會(huì)產(chǎn)生較大的加速度，是因?yàn)榻饘贄U與金屬砧碰撞時(shí)間是通常在微秒量級(jí)，這樣在同樣速率變化下，時(shí)間越短，加速度就越大。金屬桿與金屬砧碰撞過(guò)程中產(chǎn)生應(yīng)變波，應(yīng)變波將沿著金屬桿傳遞給加速度傳感器，加速度傳感器記錄這一碰撞過(guò)程。金屬桿和金屬鋼砧碰撞過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的波，除了縱波外，還有彎曲波、扭曲波和表面波等，這些波的產(chǎn)生與主波會(huì)混雜在一起，不容易區(qū)分和識(shí)別，導(dǎo)致在橫向測(cè)試過(guò)程中模式識(shí)別的困難。就是說(shuō)如何判斷碰撞過(guò)程中哪一個(gè)是真正的第一個(gè)碰撞過(guò)程所產(chǎn)生的響應(yīng)波。另外，碰撞過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生很多高頻波，這些波均會(huì)激發(fā)器件的一階共振模態(tài)，如何消除共振也是需要解決的另外一個(gè)問(wèn)題。另外，當(dāng)金屬桿從同一高度落下時(shí)，在理論上，可以認(rèn)為在金屬桿和金屬砧的碰撞會(huì)產(chǎn)生同樣的加速度，但由于每次落地點(diǎn)都存在偏差，以及落地點(diǎn)表面的粗糙程度，導(dǎo)致每次碰撞接觸面存在一定的差別，這些因素影響橫向響應(yīng)的測(cè)量精度。

發(fā)明內(nèi)容
基于上述考慮，本發(fā)明目的在于提供一種用波形比較法進(jìn)行沖擊加速度傳感器橫向靈敏度響應(yīng)的測(cè)試方法，采用的是波形可識(shí)別的高沖擊比較測(cè)試法。在加速度傳感器的測(cè)試中，比較法廣泛地用來(lái)進(jìn)行線性測(cè)試和頻譜測(cè)試。比較法，即利用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的加速度傳感器作為參考器件，然后將被測(cè)試的傳感器以同樣的方式被安裝在金屬桿上。比較測(cè)試法屬于二級(jí)標(biāo)定，即利用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的傳感器作為參考，以背靠背的方式同樣安裝到測(cè)試儀器上，當(dāng)給定同樣的輸入信號(hào)時(shí)，考察兩個(gè)器件的輸出特性，再根據(jù)一定的關(guān)系確定被測(cè)試器件的性能指標(biāo)參數(shù)。本發(fā)明據(jù)此提出利用自由落桿比較法進(jìn)行器件的橫向響應(yīng)測(cè)試，方法簡(jiǎn)便易行、可靠，容易識(shí)別高幅值加速度沖擊過(guò)程中器件的橫向響應(yīng)。而不需要知道絕對(duì)的沖擊速度數(shù)值。
自由落體沖擊的試驗(yàn)裝置如圖1所示，其中加速度的產(chǎn)生是利用金屬桿與相對(duì)應(yīng)的金屬鋼砧相碰撞，利用其速度變化獲得加速度。試驗(yàn)中需要一根同軸的金屬桿3，一座鋼砧4，相應(yīng)的信號(hào)傳輸電纜線5，微弱信號(hào)放大器6，和由計(jì)算機(jī)控制的多通道瞬態(tài)數(shù)據(jù)分析儀7。其中，鋼砧的尺寸為長(zhǎng)29.8cm，寬26.7cm，高19.2cm；金屬鋁合金落桿長(zhǎng)為1m、直徑1.5cm；信號(hào)放大器的放大倍數(shù)為20倍，-1dB截止頻率大于25kHz；傳感器裝在桿的頂端，傳感器的輸出端通過(guò)細(xì)軟電纜5與放大器6連接，從而使傳感器的小信號(hào)放大經(jīng)過(guò)放大的信號(hào)又通過(guò)電纜線與具有數(shù)據(jù)采集功能的計(jì)算機(jī)7連接，即Top4012多通道電壓波采集卡獲取，碰撞過(guò)程產(chǎn)生的波形顯示于計(jì)算機(jī)屏幕上。在落桿頂端安裝的傳感器，傳感器的敏感軸與桿軸方向一致，即可檢測(cè)到敏感軸靈敏度和沖擊加速度峰值；若安裝使傳感器的敏感軸與桿軸垂直，就可檢測(cè)到橫向響應(yīng)。實(shí)驗(yàn)用的傳感器是單軸的。
通常，傳感器安裝在金屬桿3頂端，金屬桿自由落下時(shí)，金屬桿的底端(碰撞端)與鋼砧4碰撞，桿的碰撞端端面首先被減速，然后向上加速。設(shè)桿的碰撞端端面的加速度為a(t)，那么碰撞端端面的速度變化量為Δu=∫0t0a(t)dt---(1)]]>式中t是碰撞開(kāi)始時(shí)刻作計(jì)時(shí)起點(diǎn)的時(shí)間，t0是兩碰撞物又回到?jīng)]有相互作用的時(shí)刻，加速度恢復(fù)為只有地球引力加速度g的時(shí)刻，這時(shí)碰撞結(jié)束。碰撞端端面發(fā)生的速度變化，就是端面壓向繼續(xù)向下的上層鄰面，形成壓應(yīng)力波(固體中的聲波)，向桿的另一端傳播。t＝l/C時(shí)(l是金屬桿的長(zhǎng)度，C是桿中的聲速)，聲波傳到桿的傳感器端。如果傳感器與桿直接剛性連接，聲波就能完全傳遞給傳感器。仍以桿與砧剛接觸的時(shí)刻為時(shí)間原點(diǎn)，傳感器經(jīng)受的加速度就可以表示為a(t-l/C)，那么傳感器給出的信號(hào)就是e(t)=Sa(t-lC)---(2)]]>在t≤l/C時(shí)傳感器還沒(méi)有受到加速，e(t)是0，這里S是傳感器的靈敏度。一旦得到傳感器的靈敏度，則經(jīng)受的最大加速度就可以從e(τ)的最大值Vm算出am=VmS---(3)]]>在對(duì)器件進(jìn)行分別試驗(yàn)中，這里指定只有一個(gè)待測(cè)試的加速度傳感器，試驗(yàn)測(cè)試中需要首先確定敏感方向(如y軸)的輸出信號(hào)V1或者靈敏度，然后將器件安裝在非敏感方向(如x或者z軸)，從同樣的高度落下，記錄輸出信號(hào)V2。比較二者的大小V2/V1，即為橫向響應(yīng)。此種方法在試驗(yàn)中要嚴(yán)格保持落體高度的準(zhǔn)確性，否則會(huì)導(dǎo)致較大的測(cè)試誤差。同時(shí)，金屬桿和金屬砧相互碰撞過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生多種成分復(fù)雜的波，如縱波，彎曲波和扭曲波等模式，在一定情況下，這些波會(huì)相互疊加，難以區(qū)別，這就帶來(lái)了識(shí)別主波模式的困難。尤其當(dāng)器件的真實(shí)橫向響應(yīng)非常小時(shí)，就更難識(shí)別和判斷哪一個(gè)是真正的第一個(gè)主碰撞過(guò)程所產(chǎn)生的波。
比較法即利用一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的靈敏度已知的高沖擊加速度傳感器作為參考器件1，然后去測(cè)試待定的加速度傳感器2。本發(fā)明測(cè)試用的傳感器是單軸的，如圖2所示，有四個(gè)電極8，Y軸(順著管腳方向)是敏感軸，X軸和Z軸是非敏感軸。如待測(cè)試的器件其敏感方向是Y軸，當(dāng)器件Y軸同金屬桿軸方向一致時(shí)，即進(jìn)行敏感方向靈敏度的測(cè)試。當(dāng)Y軸與金屬桿軸方向垂直時(shí)，即測(cè)試非敏感方向的輸出特性。此種測(cè)試對(duì)于量程在幾千g值以上的傳感器適用，而對(duì)量程小的器件則不適用。將標(biāo)準(zhǔn)傳感器和待測(cè)試的傳感器以同樣的方式安裝在金屬桿上。測(cè)試時(shí)，同樣先確定標(biāo)準(zhǔn)傳感器和待測(cè)試傳感器在敏感方向上的輸出，然后再確定標(biāo)準(zhǔn)傳感器和待測(cè)試傳感器在非敏感方向的輸出，采用同樣的方法進(jìn)行比較，就可以得到橫向響應(yīng)或者橫向靈敏度。圖2分別是器件的三種安裝方式示意圖。其中，(a)是器件安裝在金屬桿側(cè)壁，敏感y方向；(b)是器件安裝在金屬桿側(cè)壁，非敏感x方向；(c)是器件安裝在金屬桿頂端，非敏感z方向的示意圖。這幾種安裝方式對(duì)器件靈敏度測(cè)試沒(méi)有大的影響，關(guān)鍵是在測(cè)試敏感方向時(shí)，要保證器件與金屬桿軸方向盡量平行，而在測(cè)試非敏感方向時(shí)，要使傳感器的Y軸盡量垂直桿軸。
對(duì)于兩個(gè)同時(shí)安裝固定在金屬桿上的傳感器，當(dāng)從一定高度落下時(shí)，在敏感方向上會(huì)產(chǎn)生同樣的加速度a，則兩個(gè)器件的輸出比和靈敏度之間的關(guān)系為，Vc(x,y,z)Vs(y)=Sc(x,y,z)aSs(y)a=Sc(x,y,z)Ss(y)---(4)]]>其中標(biāo)準(zhǔn)傳感器在敏感方向的輸出為Vs(y)，而待測(cè)試的傳感器的輸出為Vc(x，y，z)，腳標(biāo)x，y，z分別對(duì)應(yīng)三個(gè)測(cè)試方向，其中y是指敏感方向，而x，z是指非敏感方向。這樣，待測(cè)試傳感器在敏感方向的靈敏度為Sc(y)=Vc(y)Vs1Ss(y).]]>Vs1表示在敏感方向測(cè)試時(shí)標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出，而Vc(y)表示在敏感方向測(cè)試時(shí)待測(cè)試傳感器的輸出。同樣在非敏感方向x和z上的靈敏度分別為Sc(x,z)=Vc(x,z)Vs2Ss(y),]]>而Vs2表示在非敏感方向測(cè)試時(shí)標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出，由此，待測(cè)試器件非敏感方向的靈敏度和敏感方向的靈敏度之比為Sc(x,z)Sc(y)=Vc(x,z)Vs2Vs1Vc(y)---(5)]]>如果Vs1＝Vs2，則Sc(x,z)Sc(y)=Vc(x,z)Vc(y)---(6)]]>在理想情況下，對(duì)于在敏感方向和非敏感方向上分別進(jìn)行測(cè)試，如果從同一高度落下，則Vs1和Vs2相等。公式(5)和公式(4)就相一致。圖3所示意的是標(biāo)準(zhǔn)器件和待測(cè)試器件均在敏感方向的輸出，其碰撞過(guò)程中的主波脈沖前沿和幅度大小以及隨后的波同時(shí)到達(dá)并被記錄下來(lái)。圖4和圖5分別是被測(cè)試器件在非敏感方向的輸出以及標(biāo)準(zhǔn)器件在敏感方向的輸出，可以知道待測(cè)試器件的橫向輸出波與標(biāo)準(zhǔn)器件敏感方向的輸出波同時(shí)到達(dá)并被記錄下來(lái)。因此，主沖擊過(guò)程中待測(cè)試器件的橫向輸出波被清楚地識(shí)別出來(lái)。因此，標(biāo)準(zhǔn)加速度傳感器起到兩個(gè)作用，一是作為靈敏度和橫向響應(yīng)測(cè)試的參考標(biāo)準(zhǔn)，另一個(gè)是起到信號(hào)同步跟蹤的作用。此方法可以測(cè)量更高量程的加速度器件或者類似的器件；同樣，此方法適用測(cè)量雙軸或者三軸加速度傳感器或者類似的器件。
測(cè)試步驟1、敏感方向靈敏度的測(cè)試按照?qǐng)D1所示意，將一根同軸的金屬鋁桿3，一座鋼砧4和由計(jì)算機(jī)控制的瞬態(tài)數(shù)字分析儀7以及所需要的放大器6連接好。主要是將標(biāo)準(zhǔn)傳感器1和待測(cè)試的傳感器2的輸出端分別與信號(hào)放大器6相連接，然后將信號(hào)放大器的輸出端與由計(jì)算機(jī)控制的瞬態(tài)數(shù)字分析儀的輸入端相連接，并啟動(dòng)相應(yīng)的計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集軟件，放大的信號(hào)由Top4012多通道電壓波采集卡獲取，顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上。在金屬桿頂部以同樣的方式安裝標(biāo)準(zhǔn)傳感器和待測(cè)試的傳感器，均是敏感方向，待測(cè)量傳感器的敏感方向與金屬桿軸方向一致，然后在一定的高度自由落下，得到的輸出波形顯示于計(jì)算機(jī)上，按照公式(4)可以計(jì)算，得到器件敏感方向的靈敏度和沖擊加速度峰值；圖3是器件在敏感方向波形輸出的一個(gè)示意圖。圖3的上半部分圖是待測(cè)試器件的輸出，而下半圖是標(biāo)準(zhǔn)器件的輸出。
2、橫向響應(yīng)的測(cè)試將待測(cè)試器件安裝在金屬桿的尾部，使輸入的加速度與器件的非敏感軸方向垂直，即橫向測(cè)試。將金屬桿從一定的高度自由落下，產(chǎn)生的兩個(gè)沖擊波顯示于計(jì)算機(jī)屏幕上，同樣可以利用(4)式直接進(jìn)行計(jì)算，直接得到橫向靈敏度?；蛘咦罱K直接由(5)式進(jìn)行計(jì)算得到橫向響應(yīng)的百分比。圖4和圖5分別為傳感器在非敏感方向X和Z方向的波形輸出。其中可以明顯發(fā)現(xiàn)，在非敏感方向上第一個(gè)輸出的波即是與主沖擊的波在同一時(shí)刻被記錄下來(lái)的波，這個(gè)波就是器件橫向輸出波。
綜上所述，本發(fā)明所述的基于波形可識(shí)別的比較法進(jìn)行沖擊加速度計(jì)橫向響應(yīng)的測(cè)試方法是利用比較法，將標(biāo)準(zhǔn)加速度傳感器和待測(cè)試加速度傳感器同時(shí)安裝到金屬桿上，金屬桿自由落下，與金屬砧發(fā)生碰撞產(chǎn)生高幅值的沖擊加速度，并利用雙通道數(shù)據(jù)采集方式直接記錄沖擊碰撞過(guò)程的輸出波形。從時(shí)間歷程分析上，由兩個(gè)傳感器產(chǎn)生的波同時(shí)被記錄下來(lái)，主沖擊波到達(dá)前沿能夠容易被識(shí)別，且其加速度幅值可以確定下來(lái)。利用兩次沖擊過(guò)程即可以實(shí)現(xiàn)橫向和敏感方向靈敏度的測(cè)試，通過(guò)適當(dāng)計(jì)算即得到橫向響應(yīng)。
其中，①所述的標(biāo)準(zhǔn)加速度傳感器是一個(gè)靈敏度已知的高沖擊的傳感器；②可以獲得沖擊過(guò)程中敏感方向的靈敏度和非敏感方向的靈敏度，而不需要知道絕對(duì)的沖擊加速度數(shù)值；③可以識(shí)別待測(cè)試加速度傳感器的主沖擊過(guò)程的波形；④本發(fā)明所述的比較法可以推廣到振動(dòng)臺(tái)上，即在不考慮振動(dòng)臺(tái)實(shí)際的輸入加速度大小時(shí)，只要知道標(biāo)準(zhǔn)傳感器的靈敏度，就可以立即知道被標(biāo)定傳感器的橫向靈敏度，可以測(cè)量更高量程的加速度器件或類似器件。


圖1，自由落桿沖擊裝置示意圖，其中1表示標(biāo)準(zhǔn)傳感器，2表示被測(cè)試傳感器，3表示金屬桿，4表示金屬砧，5表示連接用的電纜線，6表示放大器，7表示計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。
圖2，器件的三種安裝方式和相應(yīng)的坐標(biāo)示意，圖中金屬桿和器件均是非比例的示意，8表示器件的管腳。圖2(a)，器件安裝在金屬桿側(cè)壁，敏感y方向；(b)，器件安裝在金屬桿側(cè)壁敏感，非敏感x方向；(c)，器件安裝在金屬桿頂端，非敏感z方向，以及(d)是器件的坐標(biāo)示意。
圖3，傳感器在敏感方向沖擊過(guò)程波形輸出的一個(gè)示意實(shí)例，器件敏感方向y的輸出，上圖為被測(cè)試的加速度傳感器在敏感方向的輸出，下圖為標(biāo)準(zhǔn)傳感器在敏感方向的輸出。
圖4，傳感器在非敏感X方向沖擊過(guò)程波形輸出一個(gè)示意實(shí)例，上圖為被測(cè)試的加速度傳感器在非敏感X方向的輸出，下圖為標(biāo)準(zhǔn)傳感器在敏感方向的輸出。
圖5，傳感器在非敏感Z方向沖擊過(guò)程波形輸出一個(gè)示意實(shí)例，上圖為被測(cè)試的加速度傳感器在非敏感Z方向的輸出，下圖為標(biāo)準(zhǔn)傳感器敏感方向的輸出。
具體實(shí)施例方式
試驗(yàn)中選用量程為1萬(wàn)g的加速度傳感器，按照具體實(shí)施步驟進(jìn)行，首先將單軸、雙軸或三軸的標(biāo)準(zhǔn)加速度傳感器和待測(cè)試的加速度傳感器一起安裝到金屬桿上，按照具體實(shí)施步驟1進(jìn)行，先對(duì)器件進(jìn)行敏感方向的測(cè)試，即Y方向，結(jié)果如圖3所示，圖中上部分為待測(cè)試的加速度傳感器在敏感方向的輸出，下半部分為標(biāo)準(zhǔn)傳感器在敏感方向的輸出；計(jì)算得到靈敏度為15.2μV/g。然后對(duì)待測(cè)試器件進(jìn)行非敏感方向的輸出測(cè)試，按照具體實(shí)施步驟2進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)傳感器保持原來(lái)的安裝方式，將待測(cè)試器件原位旋轉(zhuǎn)90度進(jìn)行安裝，即器件的非敏感方向X，在同樣落高下，得到如圖4所測(cè)試的結(jié)果，圖中上部分為待測(cè)試的加速度傳感器在非敏感方向的輸出，下半部分為標(biāo)準(zhǔn)傳感器在敏感方向的輸出。測(cè)試得到器件的橫向靈敏度為0.70μV/g。從圖中可以看到，待測(cè)試器件的橫向輸出波形和標(biāo)準(zhǔn)器件的輸出波形在同一時(shí)刻到達(dá)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)顯示出來(lái)，這就直接識(shí)別了器件的橫向輸出特性。同樣，再將待測(cè)試的加速度傳感器置于金屬桿的頂端，即為非敏感Z方向，按照具體實(shí)施步驟2進(jìn)行測(cè)試，得到圖5所示意的結(jié)果。標(biāo)準(zhǔn)器件從一定高度同時(shí)落下，測(cè)試并計(jì)算得到其靈敏度為0.66μV/g，這樣實(shí)際得到橫向響應(yīng)在X和Z方向分別為4.6％和4.4％。
待測(cè)試的加速度傳感器其橫向響應(yīng)輸出特性可以進(jìn)一步在標(biāo)定過(guò)的正弦振動(dòng)臺(tái)上來(lái)進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證，在驅(qū)動(dòng)頻率500Hz，在20g的振動(dòng)激勵(lì)下，測(cè)量得到器件的橫向輸出偏差在3.0％。此結(jié)果與上述方法得到相一致的結(jié)果，即此方法得到驗(yàn)證。測(cè)試差別可能來(lái)源于器件的封裝或者測(cè)試過(guò)程中安裝帶來(lái)的一些誤差。器件中芯片的對(duì)準(zhǔn)安裝和封裝以及實(shí)驗(yàn)測(cè)試中器件的安裝影響測(cè)試結(jié)果。在理論上，當(dāng)器件的敏感部分，即當(dāng)芯片鍵合到襯底上，如果存在1度的對(duì)準(zhǔn)偏差就會(huì)導(dǎo)致1.75％的輸出誤差；同樣，在測(cè)試過(guò)程中，如果器件安裝到金屬桿上，其方向存在1度的偏差也同樣導(dǎo)致1.75％的輸出偏差。由這二者產(chǎn)生的誤差就會(huì)導(dǎo)致3.5％的輸出偏差。
權(quán)利要求
1.用波形比較法進(jìn)行沖擊加速度傳感器橫向響應(yīng)的測(cè)試方法，利用波形比較法，將標(biāo)準(zhǔn)加速度傳感器和待測(cè)試加速度傳感器同時(shí)安裝到金屬桿上，金屬桿自由落下與金屬砧發(fā)生碰撞產(chǎn)生高幅值的沖擊加速度，并利用雙通道數(shù)據(jù)采集方式直接記錄沖擊碰撞過(guò)程的輸出波形。從時(shí)間歷程分析上，由兩個(gè)傳感器產(chǎn)生的波同時(shí)被記錄下來(lái)，主沖擊波到達(dá)前沿能夠容易夠識(shí)別，且其加速度幅值可以確定下來(lái)；利用兩次沖擊過(guò)程即可以實(shí)現(xiàn)橫向和敏感方向靈敏度的測(cè)試，通過(guò)計(jì)算即得到橫向響應(yīng)。
2.按權(quán)利要求1所述的用波形比較法進(jìn)行沖擊加速度傳感器橫向響應(yīng)的測(cè)試方法，其特征在于測(cè)試步驟是(1)敏感方向靈敏度測(cè)試將標(biāo)準(zhǔn)加速度傳感器(1)和待測(cè)試的加速度傳感器(2)的輸出端分別與信號(hào)放大器(6)相連接，然后將信號(hào)放大器的輸出端與由計(jì)算機(jī)控制的瞬態(tài)數(shù)字分析儀(7)的輸入端相連接，放大的信號(hào)由多通道電壓波采集卡獲取，顯示在計(jì)算機(jī)屏幕上。在金屬桿頂部以同樣的方式安裝標(biāo)準(zhǔn)傳感器和待測(cè)試的傳感器，使待測(cè)量加速度傳感器的敏感方向與金屬桿軸方向一致，然后在一定的高度自由落下，得到的輸出波形顯示于計(jì)算機(jī)上，按照公式計(jì)算，得到器件敏感方向的靈敏度和沖擊加速度峰值；(2)橫向響應(yīng)的測(cè)試將待測(cè)試加速度傳感器器件安裝在金屬桿的尾部，使輸入的加速度與器件的非敏感軸方向垂直，即橫向測(cè)試。將金屬桿從一定的高度自由落下，產(chǎn)生的兩個(gè)沖擊波顯示于計(jì)算機(jī)屏幕上，同樣利用同樣的公式直接進(jìn)行計(jì)算，直接得到橫向靈敏度；上述(1)和(2)所述的進(jìn)行計(jì)算的公式為Vc(x,y,z)Vs(y)=Sc(x,y,z)aSs(y)a=Sc(x,y,z)Ss(y)]]>式中a為加速度傳感器的加速度，S為靈敏度，V為傳感器的輸出，標(biāo)準(zhǔn)傳感器在敏感方向的輸出為Vs(y)，而待測(cè)試的傳感器的輸出為Vc(x，y，z)，腳標(biāo)x，y，z分別對(duì)應(yīng)三個(gè)測(cè)試方向，其中y是指敏感方向，而x，z是指非敏感方向。這樣，待測(cè)試傳感器在敏感方向的靈敏度為Sc(y)=Vc(y)Vs1Ss(y),]]>Vs1表示在敏感方向測(cè)試時(shí)標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出，而Vc(y)表示在敏感方向測(cè)試時(shí)待測(cè)試傳感器的輸出，同樣在非敏感方向x和z上的靈敏度分別為Sc(x,z)=Vc(x.z)Vs2Ss(y),]]>而Vs2表示在非敏感方向測(cè)試時(shí)標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出，由此，待測(cè)試器件非敏感方向的靈敏度和敏感方向的靈敏度之比為Sc(x,z)sc(y)=Vc(x,z)Vs2Vs1Vc(y).]]>
3.按權(quán)利要求1或2所述的用波形比較法進(jìn)行沖擊加速度傳感器橫向響應(yīng)的測(cè)試方法，其特征在于所述的標(biāo)準(zhǔn)加速度傳感器是一個(gè)靈敏度已知的高沖擊的傳感器。
4.按權(quán)利要求2所述的用波形比較法進(jìn)行沖擊加速度傳感器橫向響應(yīng)的測(cè)試方法，其特征在于所述的金屬桿為鋁桿。
5.按權(quán)利要求1或2所述的用波形比較法進(jìn)行沖擊加速度傳感器橫向響應(yīng)的測(cè)試方法，其特征在于標(biāo)準(zhǔn)加速度傳感器器件和待測(cè)加速度傳感器器件安裝在金屬桿上采用下述三種方式中一種，(a)安裝在金屬桿側(cè)壁敏感y方向，(b)安裝在金屬桿側(cè)壁的非敏感x方向，(c)安裝在金屬桿頂端z方向。
6.按權(quán)利要求2所述的用波形比較法進(jìn)行沖擊加速度傳感器橫向響應(yīng)的測(cè)試方法，其特征在于測(cè)試敏感方向時(shí)，使器件與金屬桿方向平行；測(cè)試非敏感方向時(shí)，使傳感器的y軸垂直金屬桿。
7.按權(quán)利要求2所述的用波形比較法進(jìn)行沖擊加速度傳感器橫向響應(yīng)的測(cè)試方法，其特征在于Vs1和Vs2相等時(shí)，兩個(gè)器件的輸出比和靈敏度之間的關(guān)系為Sc(x,z)Sc(y)=Vc(x,z)Vc(y).]]>
8.按權(quán)利要求2所述的用波形比較法進(jìn)行沖擊加速度傳感器橫向響應(yīng)的測(cè)試方法，其特征在于傳感器輸出端時(shí)通過(guò)細(xì)軟電纜(5)與放大器(6)連接的，放大的信號(hào)是由Top4012多通道電壓波采集卡獲取。
9.按權(quán)利要求2或8所述的用波形比較法進(jìn)行沖擊加速度傳感器橫向響應(yīng)的測(cè)試方法，其特征在于信號(hào)放大器的放大倍數(shù)20，-1dB截止頻率大于25kHZ。
10.按權(quán)利要求1或2所述的用波形比較法進(jìn)行沖擊加速度傳感器橫向響應(yīng)的測(cè)試方法，其特征在于所述的方法適用于單軸、雙軸或三軸加速度傳感器或類似器件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用波形比較法進(jìn)行沖擊加速度傳感器橫向響應(yīng)的測(cè)試方法，利用波形比較法，將標(biāo)準(zhǔn)加速度傳感器和待測(cè)試加速度傳感器同時(shí)安裝到金屬桿上，金屬桿自由落下與金屬砧發(fā)生碰撞產(chǎn)生高幅值的沖擊加速度，并利用雙通道數(shù)據(jù)采集方式直接記錄沖擊碰撞過(guò)程的輸出波形。從時(shí)間歷程分析上，由兩個(gè)傳感器產(chǎn)生的波同時(shí)被記錄下來(lái)，主沖擊波到達(dá)前沿能夠容易識(shí)別，且其加速度幅值可以確定下來(lái)；利用兩次沖擊過(guò)程即可以實(shí)現(xiàn)橫向和敏感方向靈敏度的測(cè)試，通過(guò)計(jì)算即得到橫向響應(yīng)。本發(fā)明具有方便易行、容易識(shí)別且可獲得沖擊過(guò)程中敏感方向和非敏感方向的靈敏度，而不需要知道絕對(duì)加速度數(shù)值，適用于單軸、雙軸或三軸加速度傳感器與類似器件。
文檔編號(hào)G01P15/08GK101034092SQ20071003795
公開(kāi)日2007年9月12日 申請(qǐng)日期2007年3月9日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月9日
發(fā)明者鮑海飛, 李昕欣, 陸德仁, 宋朝輝 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所