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1 引言 高沖擊條件下的動態(tài)參數指標對于現代武器系統的研制具有重要的現實意義。壓阻式加速度計具有線性度好、外圍電路簡單、抗過載能力強等優(yōu)點。因而成為高量程微加速度計設計的首選，廣泛用于沖擊、振動加速度的測量。對于此炮彈過載的測試，選用高G加速度傳感器，其工作特性能夠滿足測試要求。 2 測試系統的電路原理 該系統設計采用典型的存儲測試電路，其原理見圖1。 圖1中，通過儀表放大器將傳感器的輸出電壓差量轉化為電壓量，將其直接通過有源二階低通濾波器濾波放大，通過A／D轉換，將模擬量轉化為數字量存入存儲器中。最后通過計算機讀取數字信號。在測試過程中，通過中央控制單元控制電路的各種工作狀態(tài)。 3 傳感器靈敏度校準 3．1 校準原理與過程 被校加速度計粘接在校準桿尾部，如圖2所示。由壓縮空氣發(fā)射一圓柱狀子彈，產生沖擊加速度，同時作用于光柵和被校加速度傳感器，所測得的信號經信號適調儀后被數字示波器采集記錄。差動激光干涉儀產生具有多普勒效應的調頻信號，該信號被數字示波器采集記錄，最后解調其頻率。 取1號傳感器靈敏度為Sa=0．69μV／g進行試驗，當子彈打擊速度為4．962 2m/s時，在桿中產生應力波，在距激勵端面幾倍棒直徑遠處，應力波的波振面變成平面波。雖然縱向應力也會影響橫向應變，但這種橫向運動很微小，所以實驗中只需測定縱向加速度量來校準其靈敏度。實驗過程中差動激光干涉儀記錄的多普勒波形如圖3a所示。 3．2 校準的數據處理 圖3a中采樣頻率為100 MHz。通過實驗數據處理求其加速度。沖擊速度為： 式中，λ為激光波長，△fi為多普勒數據頻率序列。 式中，ωi為數字角頻率序列，△t為間隔的時間。 式中，p，q分別為二衍射光波的衍射級數，d為光柵柵距。由于加速度是速度的微分， 即可得加速度為4 267．8 g，如圖3b所示。圖3c為壓阻式傳感器加速度計所采集的信號，經實驗數據處理分析得所測加速度為4417．8g。 3．3 校準結果 加速度傳感器測量值4 417．8 g與實際多普勒信號處理測量值4 267．8 g相差150 g，誤差量為3．51％。對傳感器以不同子彈打擊速度重復試驗5組，其誤差范圍都在5％以下，滿足廠商給出的允許誤差5％范圍。故認為其靈敏度可信。 4 測試試驗 對XX型炮彈在靶場進行三軸加速度測試，系統采樣頻率為250 kS／s，共4個通道，分為Z軸，X軸，Y軸。軸向為Z軸。徑向分別為X、Y軸。 存儲容量為1 G字．通過異步串行通信接口實現數據傳輸。把裝置安裝在炮彈的導引頭部位，裝置采用倒置上電方式以降低功耗。 通過對電路模塊的緩沖保護，避免了膛內高溫、高壓、高沖擊等一系列影響，試驗后電路無任何損壞。所測得三軸加速度試驗數據如圖4所示。 5 結論 該電路系統完整的采集到XX型炮彈在發(fā)射過程中的三軸加速度值。克服了膛內高溫、高壓、高過載等一系列惡劣環(huán)境因素的影響，所測得的加速度值具有良好的穩(wěn)定性，為此型炮彈發(fā)射技術方面的改進提供了重要數據。這對其他類似應用同樣具有參考價值。 |
