10000g值沖擊傳感器幅值非線性測(cè)試研究

于德潤 褚雷陽

引言：某研制型號(hào)產(chǎn)品任務(wù)書要求10000g值的沖擊傳感器幅值非線性小于5%，在生產(chǎn)、測(cè)試后發(fā)現(xiàn)大多數(shù)的沖擊傳感器非線性指標(biāo)普遍達(dá)到7%～15%，不能滿足要求。在對(duì)影響沖擊傳感器幅值非線性校準(zhǔn)的主要因素：測(cè)試設(shè)備精度、安裝方式、傳感器固有頻率等進(jìn)行分析后，將對(duì)高g值沖擊傳感器非線性測(cè)試方法進(jìn)行了改進(jìn)，使被測(cè)傳感器與標(biāo)準(zhǔn)傳感器背對(duì)背連接在一起，提高了高g值沖擊傳感器非線性測(cè)試的精度，從而更準(zhǔn)確、有效地校準(zhǔn)高g值沖擊傳感器的幅值非線性，結(jié)果表明按此方案校準(zhǔn)的沖擊傳感器的幅值非線性全部小于5%，滿足任務(wù)書要求，交付的產(chǎn)品通過了飛行試驗(yàn)的考核。

一、引言

沖擊傳感器幅值非線性是指在規(guī)定的加速度范圍內(nèi)，加速度傳感器的靈敏度隨不同的加速度值的變化情況，一般是隨著加速度值的升高，幅值線性曲線上翹。而沖擊傳感器的幅值動(dòng)態(tài)范圍是指沖擊傳感器幅值線性曲線上以一定精度保持線性的一段。本產(chǎn)品為10000g沖擊傳感器，采用了沖擊比較校準(zhǔn)法，但在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)非線性測(cè)試時(shí)脈沖寬度比較窄，10000g時(shí)脈沖寬度大約為0.1ms，容易產(chǎn)生諧振，引入高頻分量影響傳感器的非線性，使絕大多數(shù)產(chǎn)品不能滿足要求。

二、沖擊傳感器非線性校準(zhǔn)方法研究

沖擊比較法校準(zhǔn)也稱為沖擊二次校準(zhǔn)法，任何能夠產(chǎn)生可復(fù)現(xiàn)的速度變化并且該變化是時(shí)間的函數(shù)的方法都可以用來校準(zhǔn)加速度傳感器的靈敏度，要精確的得到加速度傳感器的沖擊靈敏度，不僅取決于待測(cè)傳感器的機(jī)械和電氣特性，也取決于測(cè)量系統(tǒng)的特性。最好進(jìn)行系統(tǒng)校準(zhǔn)，從而確定傳感器的非線性以及所觀測(cè)大致范圍內(nèi)記錄儀器的非線性。對(duì)沖擊信號(hào)校準(zhǔn)裝置的性能參數(shù)比較見表1。

表1沖擊校準(zhǔn)裝置

找出 中的最大值 ，此即為傳感器的非線性。

三、沖擊傳感器的安裝設(shè)計(jì)

10000g沖擊傳感器非線性校準(zhǔn)裝置為ENDEVCO 68375型振動(dòng)沖擊自動(dòng)校準(zhǔn)裝置。標(biāo)準(zhǔn)加速度計(jì)非線性為1%，沖擊傳感器測(cè)試系統(tǒng)安裝情況如圖1所示。將傳感器安裝在測(cè)試夾具上，測(cè)試夾具安裝在標(biāo)準(zhǔn)加速度計(jì)上。標(biāo)準(zhǔn)加速度計(jì)通過螺紋連接在測(cè)試砧子上，沖擊校準(zhǔn)裝置的空氣槍沖擊測(cè)試砧子，產(chǎn)生沖擊激勵(lì)信號(hào)進(jìn)行非線性測(cè)試，傳感器要經(jīng)過三次轉(zhuǎn)接才能安裝到校準(zhǔn)裝置上。

測(cè)試夾具的轉(zhuǎn)接降低了系統(tǒng)的固有頻率，使沖擊傳感器產(chǎn)生諧振，影響沖擊傳感器的非線性測(cè)試精度。為了提高沖擊傳感器的非線性測(cè)試精度，采取膠接方式，使沖擊傳感器與標(biāo)準(zhǔn)傳感器背靠背連接在一起，被測(cè)沖擊傳感器的輸出波形與標(biāo)準(zhǔn)傳感器的波形非常接近，沖擊脈沖寬度一致，沖擊傳感器輸出波形沒有發(fā)生震蕩。沖擊傳感器與標(biāo)準(zhǔn)傳感器膠接示意圖如圖1所示。

圖1沖擊傳感器與標(biāo)準(zhǔn)傳感器膠接示意圖

通過采用沖擊傳感與標(biāo)準(zhǔn)傳感器膠接的新方法，降低了測(cè)試系統(tǒng)的高度，提高了測(cè)試系統(tǒng)的固有頻率，使非線性測(cè)試更準(zhǔn)確。對(duì)傳感器進(jìn)行了非線性測(cè)試。數(shù)據(jù)見表2。

表210000g沖擊傳感器非線性測(cè)試結(jié)果

四、結(jié)論

被測(cè)傳感器與標(biāo)準(zhǔn)傳感器、測(cè)試系統(tǒng)之間的安裝方式對(duì)高g傳感器非線性校準(zhǔn)的影響很大，而測(cè)試夾具的轉(zhuǎn)接，降低了系統(tǒng)的固有頻率，使沖擊傳感器產(chǎn)生諧振，從而影響沖擊傳感器的非線性測(cè)試精度。而通過一種膠接方式使被測(cè)傳感器與標(biāo)準(zhǔn)傳感器背對(duì)背連接在一起，降低了測(cè)試系統(tǒng)的高度，提高了沖擊傳感器測(cè)試系統(tǒng)的固有頻率，使沖擊傳感器的輸出緊緊跟隨標(biāo)準(zhǔn)傳感器的輸出，測(cè)試中沖擊傳感器不再發(fā)生高頻諧振，減小了由于沖擊夾具轉(zhuǎn)接對(duì)沖擊傳感器的損傷，在保證產(chǎn)品敏感芯體安全的同時(shí)，提高了沖擊傳感器非線性測(cè)試的效率，使非線性測(cè)試精度從15%提高到小于5%。小小的改進(jìn)解決了困擾產(chǎn)品研制的大問題。

（作者單位：二炮駐哈爾濱軍事代表室）