CN102353813B - 宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置与方法属加速度传感器计量技术领域，其校准装置有：发射管、玻璃射弹、铍金属Hop1kinson杆、测试仪器等；其校准方法采用上述校准装置，通过操作其校准装置中高压气体加速的玻璃射弹撞击Hopkinson杆，利用玻璃射弹在杆端面碎裂产生前沿升时极短的应力脉冲激励被校准的加速度计，通过测试仪器，测得该加速度计的频率响应特性函数，实现其幅频特性和相频特性的校准；本发明的校准装置优点有：通过该校准装置的玻璃射弹撞击铍Hopkinson杆，产生脉宽2.0～8.0μs、幅值1.0×10⁴g以上的冲击脉冲激励高量程加速度计，是本校准技术领域的新创新、新突破；本发明的校准方法给出了频率响应特性校准所需的最大脉冲宽度公式，具有重大理论意义和重要的实际应用价值。

Description

宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置与方法

一.技术领域

本发明公开的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置与方法属加速度传感器计量技术领域，具体涉及的是一种宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置和校准方法。 

二.背景技术

宽频带高量程加速度计主要应用于高速碰撞尤其是弹体高速侵彻多层装甲目标(如钢板)过程的加速度测试，为侵彻弹智能引信的预设层数起爆提供依据。在多层侵彻过程中，弹体撞击每一层时所产生的加速度信号持续时间较短、频谱分量丰富，这就要求所选用的加速度计有较高的谐振频率。同时为了保证测量结果的失真度小于允许的误差范围，被测信号的频率必须在加速度计的可用工作频带之内。目前确定加速度计工作频带的主要方法是频域校准技术。实现频域校准的关键是动态激励信号的频谱要能充分覆盖被校加速度计的全部模态频率。一般来讲，加速度计的可用工作频带在其一阶谐振频率以前，对动态激励信号的要求是要将被校加速度计的一阶模态频率激励出来，以期得到该加速度计的频率响应特性。 

目前，加速度计频率响应特性的校准方法包括振动校准法和冲击校准法。对于振动类加速度计，可在激振台上通过扫频方式获取加速度计的工作频带；对于冲击类加速度计，其谐振频率通常在50kHz以上，其中高量程加速度计的谐振频率在100kHz以上。一般激振台的频率范围在10kHz以内，国外较好的激振台频率范围在50kHz以下，如丹麦B&K公司的3629C型比较校准系统扫频频率为3.0～12.8kHz，美国ENDEVCO公司的2911型标准振动台扫频频率为2.0～40kHz，且在此频率范围内加速度幅值最大为100g，无法满足对高g值加速度传感器校准的需求。因此要实现宽频带高量程加速度计的频域校准，必须借助窄脉冲信号(即准δ信号)，因为窄脉冲信号在一定频率范围内，其幅频特性可在一定的误差范围内保持平直性，这个频率范围只与脉冲的宽度有关，脉冲的形状对频率范围的影响不大。 

本发明设计了一种宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置及方法，该装置通过玻璃射弹撞击铍Hopkinson杆产生的窄脉冲信号激励宽频带高量程加速度计，由应变计和动态电阻应变仪、高感度激光感测器和宽频带调节器来测量加速度计的输入信号，由电荷或电压放大器来测量加速度计的输出，通过快速傅立叶变换求得加速度计的频率响应函数，实现其频率响应特性的校准。

三.发明内容

本发明的目的是：提供一种宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置与方法，主要针对谐振频率在200kHz以上的高量程加速度计的频率响应特性的校准，同时也可以应用于谐振频率在50k～200kHz的高量程加速度计的校准。 

本发明的技术方案包括宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置与校准方法两部分。 

关于这种宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置的技术内容是这样的：这种宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置，包括有：高压气体源、发射管、射弹、Hopkinson杆、动态电阻应变仪、反光片、放大器、高感度激光感测器、宽频带调节器、瞬态波形记录仪及计算机等。所述的动态电阻应变仪是指频响范围在1MHz以上的超动态电阻应变仪，如CS-1D型宽频带动态应变仪、SDY2107A型超动态应变仪。所述的放大器是指频响范围在200kHz以上的电荷或电压放大器，如Kistler Type 5015型电荷放大器、Endevco Model 136型电压放大器。所述的高感度激光感测器是指能够检测幅值1.0×10⁴g以上、脉宽10μs以下的冲击脉冲激光探测头，如Graphtec AT0023型激光感测器。所述的宽频带调节器是指响应频率在0～2MHz范围内的高感度检波器，如Graphtec AT3700型宽频带调节器。所述的被校准的加速度计是宽频带高量程加速度计。技术特点在于：所述的装置包括的射弹为圆柱形平头玻璃射弹，选择玻璃材料作射弹是由于玻璃材料的强度极限σ_b较低，玻璃射弹撞击Hopkinson杆时从接触到碎裂的时间极短，有利于产生极窄的冲击脉冲。该玻璃射弹的直径D与Hopkinson杆的直径相同，射弹的长度为直径的2倍。所述的装置包括的Hopkinson杆为铍金属杆，选择铍金属作Hopkinson杆是由于铍金属的应力波波速极高(约12800m/s)，应力脉冲在杆中传播时不容易形成弥散，因而不会导致应力脉冲的前沿升时变宽。 

根据以上所述的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置，其技术特点还有：利用高压气体加速的玻璃射弹撞击铍Hopkinson杆时在杆端面的碎 裂可以产生脉宽2.0～8.0μs、幅值1.0×10⁴g以上的激励被校准加速度计的冲击脉冲。通过采用不同速度的玻璃射弹和改变Hopkinson杆的直径和长度，可以产生一系列不同脉宽的冲击脉冲，如直径Φ6mm、长度300mm的Hopkinson杆可以产生脉宽2.0-3.0μs的冲击脉冲，直径Φ10mm、长度400mm的Hopkinson杆可以产生脉宽3.0-4.0μs的冲击脉冲，直径Φ15mm、长度500mm的Hopkinson杆可以产生脉宽4.0-6.0μs的冲击脉冲，直径Φ20mm、长度600mm的Hopkinson杆可以产生脉宽6.0-8.0μs的冲击脉冲等。 

关于这种宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准方法，其技术特点在于：所述的校准方法是采用权利要求1所述的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置，通过操作该装置中高压气体加速的玻璃射弹撞击Hopkinson杆，利用玻璃射弹在杆端面的碎裂产生前沿升时极短的应力脉冲激励被校准的宽频带高量程加速度计，通过测试或计量仪器，测得该加速度计的频率响应特性函数，实现其幅频特性和相频特性的校准。即通过操作该装置中一系列不向的高压气体加速的玻璃射弹撞击Hopkinson杆，在杆端面对应产生一系列不同的前沿升时极短的应力脉冲来激励被校准的宽频带高量程加速度计，通过测试或计量仪器，测得该加速度计对应的一系列不同的输入和输出响应，求出该加速度计的频率响应特性函数，实现其幅频特性和相频特性的校准。 

根据以上所述的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准方法，技术特点还有：所述的激励被校准的宽频带高量程加速度计的冲击脉冲的最大脉冲宽度τ由公式(1)确定： 

$\mathrm{\τ}=\frac{1.5}{f_x}---\left(1\right),$

式中，f_x为被校准的宽频带高量程加速度计的谐振频率。被校准的宽频带高量程加速度计的谐振频率f_x和最大激励脉冲宽度τ的关系见表1： 

表1不同谐振频率的加速度计所对应的最大激励脉冲宽度 

在实际校准时，激励脉冲的宽度t应满足公式：t≤τ(2)。为了获得满足公式(2)的激励脉冲，控制Hopkinson杆的直径在Φ6～20mm、长度在300～600mm之间，射弹则采取与Hopkinson杆直径相同、长度为12～40mm的圆柱形平头玻璃弹。 通过调节发射管内的气体压力可以改变子弹的碰撞速度，在以公式(1)的计算值为中心的一定范围内改变冲击脉冲脉宽。利用高压气体加速的玻璃射弹撞击铍Hopkinson杆时在杆端面的碎裂可以产生脉宽2.0～8.0μs、幅值1.0×10⁴g以上的激励被校准加速度计的冲击脉冲。通过采用不同速度的玻璃射弹和改变Hopkinson杆的直径和长度，可以产生一系列不同脉宽的冲击脉冲，如直径Φ6mm、长度300mm的Hopkinson杆可以产生脉宽2.0-3.0μs的冲击脉冲，直径Φ10mm、长度400mm的Hopkinson杆可以产生脉宽3.0-4.0μs的冲击脉冲，直径Φ15mm、长度500mm的Hopkinson杆可以产生脉宽4.0-6.0μs的冲击脉冲，直径Φ20mm、长度600mm的Hopkinson杆可以产生脉宽6.0-8.0μs的冲击脉冲等。 

根据以上所述的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准方法，技术特点还有：所述的激励被校准的宽频带高量程加速度计的脉冲可通过高感度激光感测器和粘贴在Hopkinson杆中点的应变计同时测量，且由高感度激光感测器测得的激励该被校准的加速度计的冲击脉冲的宽度应等于由应变计测得的应力脉冲的前沿升时。所述的粘贴在Hopkinson杆中点的应变计是快速响应应变计，如其型号为KTH-05-120-DZS-11，用来测量在Hopkinson杆中传递的应力脉冲的前沿升时。所述的激光干涉仪是高感度激光感测器，可检测的最小脉宽为1μs、最大加速度为2.0×10⁵g，如Graphtec AT0023型激光管感测器，用来测量Hopkinson杆端面安装宽频带高量程加速度计面的加速度。测量中选择只有当由应变计测得的应力脉冲的前沿升时等于由激光干涉仪测得的冲击加速度脉冲的宽度时，该冲击加速度脉冲才能作为被校准的宽频带高量程加速度计的有效激励脉冲。 

根据以上所述的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准方法，技术特点还有：所述的频率响应特性函数的计算公式是：被校准的加速度计的输出信号的傅立叶变换除以输入信号的傅立叶变换。具体实现步骤：假设由激光干涉仪测得的激励冲击脉冲信号为x(t)，其傅里叶变换式为X(jω)；被校准的宽频带高量程加速度计的响应输出信号为y(t)，其傅里叶变换式为Y(jω)，则被校准的宽频带高量程加速度计的频率响应函数为： 

$H\left(\mathrm{j\ω}\right)=\frac{Y\left(\mathrm{j\ω}\right)}{X\left(\mathrm{j\ω}\right)}---\left(3\right),$

幅频特性为： 

$K\left(\mathrm{\ω}\right)=\left|H\left(\mathrm{j\ω}\right)\right|=\frac{\left|Y\left(\mathrm{j\ω}\right)\right|}{\left|X\left(\mathrm{j\ω}\right)\right|}---\left(4\right),$

相频特性为： 

$\mathrm{\Φ}\left(\mathrm{\ω}\right)=\arg \left(H\left(\mathrm{j\ω}\right)\right)=\arg \left(\frac{Y\left(\mathrm{j\ω}\right)}{X\left(\mathrm{j\ω}\right)}\right)---\left(5\right),$

公式中，X(jω)＝F[x(t)]，Y(jω)＝F[y(t)]。在频率响应函数计算时，由于压电加速度计输出信号中不存在0Hz的频率分量，所以常采用1Hz的频率分量进行归一化，得到激励信号和响应信号的归一化的频率响应函数，再由式(4)和(5)分别求出该宽频带高量程加速度计的归一化的幅频特性和相频特性，实现该加速度计频率响应特性的校准。 

本发明的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置与方法的优点有：1.这种宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置，通过玻璃射弹撞击铍Hopkinson杆，产生脉宽2.0～8.0μs、幅值1.0×10⁴g以上的冲击加速度脉冲，为宽频带高量程加速度计的频率响应特性的校准提供激励信号，这在高量程加速度计的频率响应特性的校准技术领域是新创新、新突破；虽然有文献报道，利用炸药或火(或电)雷管起爆时的爆轰波撞击Hopkinson杆可以产生脉宽10μs以下的冲击加速度脉冲，但根据火工品的管理规定，起爆人员必须持有特种作业人员操作资格证，且在指定地点操作，这在很大程度上限制了该装置的使用与推广。2.本发明所提供的频率响应特性的校准方法理论突破是：给出了宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准准则，即根据每个被校准的宽频带高量程加速度计的谐振频率，导出了频率响应特性校准所需的最大脉冲宽度公式(1)，这对于研究宽频带高量程加速度计在整个工作频带范围内的动态特性具有重大的理论意义，对于提高高g值条件下的加速度测量精度具有重要的实际应用价值。这种宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置与方法利用玻璃射弹撞击Hopkinson杆，不存在操作的危险性，可以在实验室内部进行，鉴于目前国家对火工品尤其是火(或电)雷管的管理和使用更加严格，这种校准装置与方法更值得采用和推广。 

四.附图说明

本发明的说明书附图共有2幅： 

图1宽频带高量程加速度计频率响应特性校准装置结构示意图； 

图2圆柱形玻璃射弹结构示意图。 

两图中：1.发射管；2.射弹；3.Hopkinson杆；4.应变计；5.反光片；6.宽频带高量程加速度计；7.高感度激光感测器；8.动态电阻应变仪；9.放大器；10.宽频带调节器；11.瞬态波形记录仪；12.计算机。 

五.具体实施方式

本发明的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置与方法非限定实施例如下： 

实施例一.宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置与方法 

该实施例的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置与方法分为两部分，其一是宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置的实施例，其二是宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准方法的实施例。 

1.宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置 

该例的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置的具体结构如图1、图2所示。该例的校准装置包括有：高压气体源、发射管1、射弹2、Hopkinson杆3、应变计4、反光片5、高感度激光感测器7、动态电阻应变仪8、放大器9、宽频带调节器10、瞬态波形记录仪11及计算机12等。该例的高压气体源是气泵。该例的射弹2如图2所示，是直径Ф6mm、长度12mm的圆柱形平头玻璃弹。该例的Hopkinson杆3是直径Ф6mm、长度300mm铍金属杆。该例的动态电阻应变仪8是频响范围0～2.5MHz的超动态电阻应变仪，如SDY2107A型超动态应变仪。该例的放大器9是指频响范围在200kHz以上的电压放大器，如Endevco Model 136型电压放大器。该例的高感度激光感测器7是能够检测幅值1.0×10⁴g以上、脉宽10μs以下的冲击脉冲的激光探测头，如GraphtecAT0023型激光感测器。该例的宽频带调节器10是指响应频率在0～2MHz范围内的高感度检波器，如Graphtec AT3700型宽频带调节器。该例的瞬态波形记录仪11是Agilent infiniium 54832D逻辑分析仪。该例的计算机12是便携式计算机。该例给出被校准的加速度计是宽频带高量程加速度6，如Endevco Model7270A-60k型压阻加速度计，其谐振频率f_x典型值为700kHz。利用高压气体加速的玻璃射弹2撞击铍Hopkinson杆3时在杆3端面的碎裂产生的脉宽2.0～3.0μs、幅值1.0×10⁴g以上的冲击脉冲来激励被校准的宽频带高量程加速度计6，通过采用不同速度的玻璃射弹和改变Hopkinson杆的直径和长度，可以产生一系列不同脉宽的冲击脉冲，再通过测试或计量仪器4、5、7-12等，测得该加速度计6对应的一系列不同的输入和输出响应，求出该加速度计6的频 率响应特性函数，实现其幅频特性和相频特性的校准。 

2.宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准方法 

该例的宽频带高量程加速度计频率响应特性校准方法的具体技术方案由图1和图2联合示出。该校准方法采用宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置操作实现，图1示出了宽频带高量程加速度计频率响应特性校准装置的结构，该例的校准装置包括有：高压气体源、发射管1、射弹2、Hopkinson杆3、应变计4、反光片5、高感度激光感测器7、动态电阻应变仪8、放大器9、宽频带调节器10、瞬态波形记录仪11及计算机12等。该例的高压气体源是气泵。该例的射弹2如图2所示，是直径Ф6mm、长度12mm的圆柱形平头玻璃弹。该例的Hopkinson杆3是直径Ф6mm、长度300mm铍金属杆。该例的动态电阻应变仪8是频响范围0～2.5MHz的超动态电阻应变仪，如SDY2107A型超动态应变仪。该例的放大器9是指频响范围在200kHz以上的电压放大器，如Endevco Model 136型电压放大器。该例的高感度激光感测器7是能够检测幅值1.0×10⁴g以上、脉宽10μs以下的冲击脉冲的激光探测头，如Graphtec AT0023型激光感测器。该例的宽频带调节器10是指响应频率在0～2MHz范围内的高感度检波器，如Graphtec AT3700型宽频带调节器。该例的瞬态波形记录仪11是Agilent infiniium 54832D逻辑分析仪。该例的计算机12是便携式计算机。该例给出被校准的加速度计是宽频带高量程加速度计6，如Endevco Model 7270A-60k型压阻加速度计，其谐振频率f_x典型值为700kHz。该例采用直径Ф6mm、长度12mm的圆柱形平头玻璃弹2撞击直径Ф6mm、长度300mm的铍金属Hopkinson杆3产生脉宽2.0～3.0μs、幅值1.0×10⁴g以上的冲击脉冲激励该宽频带高量程加速度计6。激励该宽频带高量程加速度计6的冲击脉冲的最大脉冲宽度τ由公式(1)确定： 

$\mathrm{\τ}=\frac{1.5}{f_x}---\left(1\right),$

式中，f_x为被校准的宽频带高量程加速度计6的谐振频率。该例根据公式(1)建立了被校准的宽频带高量程加速度计6的频率响应特性的校准装置，通过操作该装置中高压气体加速的玻璃射弹2撞击Hopkinson杆3产生脉宽2.0～3.0μs、幅值1.0×10⁴g以上的冲击脉冲激励该宽频带高量程加速度计6，也即利用玻璃射弹2在杆3端面的碎裂产生前沿升时极短的应力脉冲来激励该宽频带高量程加速度计6，其冲击脉冲由高感度激光感测器7测量，该宽频带高量程加速度 计6的输出经电压放大器9放大，由瞬态波形记录仪11同时记录动态电阻应变仪8、电压放大器9、宽频带调节器10的输出，经计算机12数据处理后，确定激励冲击脉冲测量的有效性，即由应变计测得的应力脉冲的前沿升时等于由激光干涉仪测得的激励该加速度计的冲击脉冲的宽度，再根据公式(3)得到被校准的宽频带高量程加速度计6的频率响应特性函数。通过操作校准装置中一系列不同的高压气体加速的玻璃射弹2撞击Hopkinson杆3，在杆3端面对应产生一系列不同的前沿升时极短的应力脉冲来激励该宽频带高量程加速度计6，通过测试或计量仪4、5、7-12等，测得该加速度计6对应的一系列不同的输入和输出响应，求出该加速度计6的频率响应特性函数，实现其幅频特性和相频特性的校准。该例的频率响应特性函数的具体计算方法是：假设由高感度激光感测器7测得的激励冲击脉冲信号为x(t)，其傅里叶变换式为X(jω)。被校准的宽频带高量程加速度计6的响应输出信号为y(t)，其傅里叶变换式为Y(jω)，则被校准的宽频带高量程加速度计6的频率响应函数为： 

$H\left(\mathrm{j\ω}\right)=\frac{Y\left(\mathrm{j\ω}\right)}{X\left(\mathrm{j\ω}\right)}---\left(3\right),$

幅频特性为： 

$K\left(\mathrm{\ω}\right)=\left|H\left(\mathrm{j\ω}\right)\right|=\frac{\left|Y\left(\mathrm{j\ω}\right)\right|}{\left|X\left(\mathrm{j\ω}\right)\right|}---\left(4\right),$

相频特性为： 

$\mathrm{\Φ}\left(\mathrm{\ω}\right)=\arg \left(H\left(\mathrm{j\ω}\right)\right)=\arg \left(\frac{Y\left(\mathrm{j\ω}\right)}{X\left(\mathrm{j\ω}\right)}\right)---\left(5\right),$

公式中，X(jω)＝F[x(t)]，Y(jω)＝F[y(t)]。在频率响应函数计算时，由于压电加速度计输出信号中不存在0Hz的频率分量，所以常采用1Hz的频率分量进行归一化，得到激励信号和响应信号的归一化的频率响应函数，再由式(4)和(5)分别求出该宽频带高量程加速度计的归一化的幅频特性和相频特性，实现该宽频带高量程加速度计6的频率响应特性的校准。 

实施例二.宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置与方法 

该实施例有两部分：宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置的实施例，宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准方法的实施例。 

1.宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置 

该例的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置的具体结构如图 1、图2所示。该例的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置与实施例一.1.中的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置不同点有：1.该例的射弹2如图2所示，是直径Ф20mm、长度40mm的圆柱形平头玻璃弹。2.该例的Hopkinson杆3是直径Ф20mm、长度600mm铍金属杆。3.该例的动态电阻应变仪8是频响范围0～1.0MHz的超动态电阻应变仪，如宽频带动态应变仪。4.该例的放大器9是指频响范围在200kHz以上的电荷放大器，如KistlerType 5015型电荷放大器。5.利用高压气体加速的玻璃射弹2撞击铍Hopkinson杆3时在杆3端面的碎裂产生的脉宽6.0～8.0μs(或7.0～8.0μs)、幅值1.0×10⁴g以上的冲击脉冲来激励被校准的宽频带高量程加速度计6。6.本实施例给出的被校准的宽频带高量程加速度计6的谐振频率f_x为200kHz，如Meggitt YD55-200k电荷型压电加速度计。该例的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置其余未述的，全同于实施例一.1.中所述的，不再重述。 

2.宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准方法 

该例的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准方法的具体技术方案由图1和图2联合示出。该校准方法采用宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置操作实现，该例的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准方法与实施例一.2.的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准方法不同点有：1.该例的射弹2如图2所示，是直径Ф20mm、长度40mm的圆柱形平头玻璃弹。2.该例的Hopkinson杆3是直径Ф20mm、长度600mm铍金属杆。3.该例的动态电阻应变仪8是频响范围0～1.0MHz的超动态电阻应变仪，如宽频带动态应变仪。4.该例的放大器9是指频响范围在200kHz以上的电荷放大器，如Kistler Type 5015型电荷放大器。5.利用高压气体加速的玻璃射弹2撞击铍Hopkinson杆3时在杆3端面的碎裂产生的脉宽6.0～8.0μs(或7.0～8.0μs)、幅值1.0×10⁴g以上的冲击脉冲来激励被校准的宽频带高量程加速度计6。6.本实施例给出的被校准的宽频带高量程加速度计6的谐振频率f_x为200kHz，如Meggitt YD55-200k电荷型压电加速度计。该例的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准方法其余未述的，全同于实施例一.2.中所述的，不再重述。 

实施例三.宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置与方法 

该实施例有两部分：宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置的实施例，宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准方法的实施例。 

1.宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置 

该例的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置的具体结构如图1、图2所示。该例的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置与实施例一.1.、实施例二.1.中的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置不同点有：1.该例的射弹2如图2所示，是直径Ф15mm、长度30mm的圆柱形平头玻璃弹。2.该例的Hopkinson杆3是直径Ф15mm、长度500mm的铍金属杆。3.利用高压气体加速的玻璃射弹2撞击铍Hopkinson杆3时在杆端面的碎裂产生的脉宽4.0～6.0μs、幅值1.0×10⁴g以上的冲击脉冲来激励被校准的宽频带高量程加速度计6。4.本实施例给出的被校准的宽频带高量程加速度计6的谐振频率f_x为300kHz，如Endevco Model 2255B-01型ISTRON压电加速度计。该例的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置其余未述的，全同于实施例一.1.、实施例二.1.中所述的，不再重述。 

2.宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准方法 

该例的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准方法的具体技术方案由图1和图2联合示出。该校准方法采用宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置操作实现，该例的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准方法与实施例一.2.、实施例二.2.的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准方法不同点有：1.该例的射弹2如图2所示，是直径Ф15mm、长度30mm的圆柱形平头玻璃弹。2.该例的Hopkinson杆3是直径Ф15mm、长度500mm的铍金属杆。3.利用高压气体加速的玻璃射弹2撞击铍Hopkinson杆3时在杆端面的碎裂产生的脉宽4.0～6.0μs、幅值1.0×10⁴g以上的冲击脉冲来激励被校准的宽频带高量程加速度计6。4.本实施例给出的被校准的宽频带高量程加速度计6的谐振频率f_x为300kHz，如Endevco Model 2255B-01型ISTRON压电加速度计。该例的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准方法其余未述的，全同于实施例一.2.和实施例二.2.中所述的，不再重述。 

实施例四.宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置与方法 

该实施例有两部分：宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置的实施例，宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准方法的实施例。 

1.宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置 

该例的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置的具体结构如图1、图2所示。该例的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置与实施例一.1.～实施例三.1.中的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置不 同点有：1.该例的射弹2如图2所示，是直径Ф10mm、长度20mm的圆柱形平头玻璃弹。2.该例的Hopkinson杆3是直径Ф10mm、长度400mm的铍金属杆。3.利用高压气体加速的玻璃射弹2撞击铍Hopkinson杆3时在杆端面的碎裂产生的脉宽3.0-4.0μs、幅值1.0×10⁴g以上的冲击脉冲来激励被校准的宽频带高量程加速度计6。4.本实施例给出被校准的宽频带高量程加速度计6如是Endevco Model 7270A-60k型压阻加速度计，其谐振频率f_x最小值为400kHz。该例的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置其余未述的，全同于实施例一.1.～实施例三.1.中所述的，不再重述。 

2.宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准方法 

该例的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准方法的具体技术方案由图1和图2联合示出。该校准方法采用宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置操作实现，该例的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准方法与实施例一.2.～实施例三.2的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准方法不同点有：1.该例的射弹2如图2所示，是直径Ф10mm、长度20mm的圆柱形平头玻璃弹。2.该例的Hopkinson杆3是直径Ф10mm、长度400mm的铍金属杆。3.利用高压气体加速的玻璃射弹2撞击铍Hopkinson杆3时在杆端面的碎裂产生的脉宽3.0～4.0μs、幅值1.0×10⁴g以上的冲击脉冲来激励被校准的宽频带高量程加速度计6。4.本实施例给出被校准的宽频带高量程加速度计6如是Endevco Model 7270A-60k型压阻加速度计，其谐振频率f_x最小值为400kHz。该例的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准方法其余未述的，全同于实施例一.2.～实施例三.2.中所述的，不再重述。 

Claims (5)

1.一种宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置，包括有：高压气体源、发射管、射弹、Hopkinson杆、动态电阻应变仪、放大器、高感度激光感测器、宽频带调节器、瞬态波形记录仪及计算机，特征在于：所述的装置包括的射弹为圆柱形平头玻璃弹；所述的装置包括的Hopkinson杆为铍金属杆；玻璃射弹撞击Hopkinson杆时从接触到碎裂的时间极短，有利于产生极窄的冲击脉冲。

2.根据权利要求1所述的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置，特征在于：利用高压气体加速的玻璃射弹撞击铍Hopkinson杆在杆端面的碎裂产生脉宽2.0～8.0μs、幅值1.0×10⁴g以上的激励被校准加速度计的冲击脉冲。

3.一种宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准方法，特征在于：所述的校准方法是：采用根据权利要求1所述的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准装置，通过操作该校准装置中高压气体加速的玻璃射弹撞击Hopkinson杆，利用玻璃射弹在杆端面的碎裂产生前沿升时极短的应力脉冲激励被校准的宽频带高量程加速度计，通过测试或计量仪器，测得该加速度计的频率响应特性函数，实现其幅频特性和相频特性的校准。

4.根据权利要求3所述的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准方法，特征在于：所述的激励被校准的宽频带高量程加速度计的冲击脉冲的最大脉冲宽度τ由公式(1)确定：

$\mathrm{\τ}=\frac{1.5}{f_x}---\left(1\right)$

式中，f_x为被校准的宽频带高量程加速度计的谐振频率。

5.根据权利要求3所述的宽频带高量程加速度计频率响应特性的校准方法，特征在于：所述的激励被校准的宽频带高量程加速度计的脉冲可通过高感度激光感测器和粘贴在Hopkinson杆中点的应变计同时测量，且由高感度激光感测器测得的激励该加速度计的冲击脉冲的宽度应等于由应变计测得的应力脉冲的前沿升时。

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