CN106501101A - 一种用于测定精密器件耐冲击特性的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于测定精密器件耐冲击特性的装置，该装置包括底座、竖直设置在底座上的导向支架、沿竖直方向设置且与导向支架固定连接的飞行轨道、设置在飞行轨道上且与飞行轨道滑动连接的冲击舱体、设置在飞行轨道顶部且与冲击舱体相适配的推送感应机构、位于冲击舱体下方且与底座滑动连接的可移动冲击力承受台、设置在可移动冲击力承受台上的冲击加速度调节器以及分别与冲击加速度调节器、推送感应机构电连接的数据采集处理器。与现有技术相比，本发明装置能创造可控的高加速度值冲击环境并能检测在特定高加速度值冲击环境下精密器件耐冲击特性，便于大范围推广使用，具有很好的应用前景。

Description

一种用于测定精密器件耐冲击特性的装置

技术领域

本发明属于材料力学测试技术领域，涉及一种用于测定精密器件耐冲击特性的装置。

背景技术

现今微电子器件已经在越来越多的领域中得到运用，在使用、运输以及某些特定领域，微电子器件难免会受到各种各样的硬碰撞和高强度的冲击，有时所遭受的冲击具有较高的加速度值。另外，在制导炮弹弹体侵彻硬目标试验中，炮弹弹体上的电子装置将承受几万甚至十万个重力加速度g以上的加速度。由于诸多原因(电路模块、电池损坏，传感器、电源导线断裂等)可能导致电子装置的失效，使测试数据丢失，造成不可挽回的损失。为了尽量减小损失，最大限度地降低现场试验的风险，在实弹现场射击之前，利用相关冲击实验装置对芯片、电路模块、测试装置进行高加速度值的冲击试验，使可能存在的问题尽早地暴露出来，并采取措施加以解决，从而提高弹载电子装置的可靠性和在恶劣环境中的存活性。因此，设计研发一种能够产生可控高加速度值冲击环境的试验装置成为亟待解决的问题。

目前，产生持续稳定的高加速度值冲击环境的方法除了弹箭搭载测试外，还采用高速冲击法和高速离心法等方法。弹箭搭载实验需要特殊的条件，成本高，普通情况下难以实现。高速冲击法是基于动量守恒原理实现的，将被测传感器安装在一个自由杆上，砧子和其他物体碰撞自由杆时，记录其碰撞过程中输出的加速度，便可对被测传感器进行测试或校准。虽然，高速冲击法能够获得很高的瞬时加速度，但就现有的高速冲击装置而言，难以实现高精度的测量，实验的重复性也无法得到保证，有时实验还具有相当的危险性。高速离心法是利用高速离心机旋转产生的离心力模拟惯性力场的作用，以旋转过程中产生的离心加速度模拟线加速度的方法。目前，在国外，高速离心法相关的测试与控制技术较为成熟。在国内，关于高加速度旋转实验设备的研究还没有广泛开展，利用高速离心法研制的实验装置在高加速度值测试设备实验领域研究较少。

授权公告号为CN102507983B的中国专利公开了一种简易高g值加速度冲击试验台，包括底座，立柱，上座，响应头总成、夹持控制总成和冲杆总成，将被测传感器用螺钉安装于响应头总成的响应头上端面，连接好线路，将响应头挡片挡住响应头上端面外沿，拧紧响应头挡片螺钉，保证冲杆总成中冲杆垂直跌落时安装在响应头上的传感器和冲杆具有相同的初速度，用手提升冲杆至一定高度，将夹持控制总成中的夹持杆夹紧并提起控制手柄使得夹持杆卡槽卡住夹持杆，记录冲杆提升的高度，设置好采集系统参数，冲杆高速垂直以一定的初速度和底座碰撞反弹，产生高g值加速度冲击信号。上述专利所采用的试验台须由人工手动提升冲杆，难以产生较高的初速度。不同于上述专利技术，本发明在电脑操作界面直接输入弹簧压力，提升机自动夹持冲击舱体压缩弹簧至指定弹簧压力，最大弹簧压力可达8000N，可产生较高的初速度。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种操作安全便捷，可创造可控的高加速度值冲击环境并能检测在特定高加速度值冲击环境下精密器件耐冲击特性的用于测定精密器件耐冲击特性的装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种用于测定精密器件耐冲击特性的装置，该装置包括底座、竖直设置在底座上的导向支架、沿竖直方向设置且与导向支架固定连接的飞行轨道、设置在飞行轨道上且与飞行轨道滑动连接的冲击舱体、设置在飞行轨道顶部且与冲击舱体相适配的推送感应机构、位于冲击舱体下方且与底座滑动连接的可移动冲击力承受台、设置在可移动冲击力承受台上的冲击加速度调节器以及分别与冲击加速度调节器、推送感应机构电连接的数据采集处理器。

所述的冲击舱体包括冲击接触头、设置在冲击接触头内部的环境加速度值传感器、设置在冲击接触头顶部的样品仓底座、将样品仓底座完全包裹在内的外壳体、倒扣在样品仓底座上的样品盒以及设置在样品盒顶部的样品加速度值传感器，所述的数据采集处理器分别与环境加速度值传感器、样品加速度值传感器电连接。

所述的外壳体与冲击接触头之间设有润滑环，并且所述的外壳体的侧壁上设有提升耳，顶部设有二次冲击缓冲垫。

所述的飞行轨道为轴线与重力线重合的圆柱形管道，该圆柱形管道的背面设有光学测速头，该光学测速头与数据采集处理器电连接。

所述的推送感应机构包括设置在圆柱形管道内部的非线性弹簧以及位于圆柱形管道顶部的压力传感器，该压力传感器与数据采集处理器电连接。

所述的非线性弹簧顶端与压力传感器连接，底端为自由端。

所述的非线性弹簧为圆柱形非线性弹簧，其外径与圆柱形管道的内径相同。

所述的可移动冲击力承受台为砧板，该砧板的底部设有凸块，所述的底座上设有与凸块相适配的滑动轨道，所述的砧板通过滑动轨道可水平移动地设置在底座上。

所述的冲击加速度调节器设置在砧板上，并且所述的冲击加速度调节器的几何中心与冲击接触头的几何中心重合。

所述的冲击加速度调节器为电磁阻尼器、液体阻尼器或片状粘弹性材料。

其中，所述的片状粘弹性材料可以选自市售的橡胶垫、高密度毛毡垫或高弹性塑料垫。

所述的砧板与冲击接触头的端面相平行。

所述的数据采集处理器包括一多通道高速数据采集卡在内的硬件和软件分析系统，其中，软件分析系统可以是包括希尔伯特-黄算法、主成分分析算法在内的冲击力解析软件。

本发明装置中，所述的冲击舱体与导向支架之间设有提升机，该提升机设有与提升耳相适配的提升夹槽，所述的冲击舱体通过提升机沿圆柱形管道向上提升移动。

在实际使用时，本发明装置使用方法具体包括以下步骤：

1)将缓冲材料放置在冲击舱体的样品盒下方，将待测试的精密器件放入样品盒内，将冲击舱体放置指定位置处，关闭仪器门；

2)中央控制电脑发出测试开始的指令，提升机夹持冲击舱体沿圆柱形管道做直线向上运动，压缩圆柱形非线性弹簧；

3)压力传感器根据圆柱形非线性弹簧的压缩量接收弹簧压力信号，并在中央控制电脑中显示出弹簧压力数值；此时，中央控制电脑循环判断接收到的弹簧压力的数值是否符合设定的弹簧压力数值，若符合，则中央控制电脑发出指令至提升机，提升机解开锁定，释放冲击舱体；

4)冲击舱体在圆柱形非线性弹簧的推送作用下，沿圆柱形管道做直线加速下降运动，待圆柱形非线性弹簧作用力消失后，冲击舱体做自由落体运动；

5)在冲击舱体做自由落体运动并撞击冲击加速度调节器时，光学测速头接收冲击速度测试反射光标光信号，速度信号通过数据采集处理器传输至中央控制电脑，中央控制电脑显示冲击舱体撞击冲击加速度调节器的速度值；

6)冲击舱体撞击冲击加速度调节器产生加速度，此时，环境加速度值传感器、样品加速度值传感器分别感知加速度信号，加速度信号通过数据采集处理器传输至中央控制电脑，中央控制电脑计算出冲击舱体撞击冲击加速度调节器时的环境加速度值、样品加速度值，并对数据进行记录、储存和显示。

本发明中冲击加速度调节器所用材料不同，环境加速度值传感器所接收到的信号也不同，即通过改变冲击加速度调节器的材质可以控制装置产生可控的加速度值冲击环境，然后，再通过环境加速度值传感器、样品加速度值传感器感知的加速度信号，来测试在缓冲材料防护下精密器件的耐冲击特性。

与现有技术相比，本发明装置可以根据实际情况来创造可控的高加速度值冲击环境，用以检测在特定高加速度值的冲击环境下，受到缓冲材料防护的精密器件的耐冲击特性。本发明具有以下特点：

1)采用压缩圆柱形非线性弹簧的方法获得初始能量，安全性高；

2)通过冲击加速度调节器与压缩圆柱形非线性弹簧的协同作用，用以产生可控的高加速度值冲击环境，稳定性好；

3)在特定高加速度值冲击环境下，将缓冲材料放置在样品盒下，待测试的精密器件放入样品盒内，利用环境加速度值传感器、样品加速度值传感器分别接收加速度信号，以此为指标来测试在缓冲材料防护下精密器件的耐冲击特性，安全可靠，测试精度高，可实现自动化智能控制，大大降低了试验测试时间，经济实用性好，便于大范围推广使用，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明冲击舱体结构示意图；

图中标记说明：

1—底座、2—导向支架、3—飞行轨道、4—冲击舱体、41—冲击接触头、42—样品仓底座、43—外壳体、44—样品盒、45—环境加速度值传感器、46—样品加速度值传感器、47—润滑环、48—提升耳、49—二次冲击缓冲垫、5—非线性弹簧、6—压力传感器、7—可移动冲击力承受台、8—冲击加速度调节器、9—数据采集处理器、10—中央控制电脑、11—提升机、12—滑动轨道。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例：

如图1所示，一种用于测定精密器件耐冲击特性的装置，该装置包括底座1、竖直设置在底座1上的导向支架2、沿竖直方向设置且与导向支架2固定连接的飞行轨道3、设置在飞行轨道3上且与飞行轨道3滑动连接的冲击舱体4、设置在飞行轨道3顶部且与冲击舱体4相适配的推送感应机构、位于冲击舱体4下方且与底座1滑动连接的可移动冲击力承受台7、设置在可移动冲击力承受台7上的冲击加速度调节器8以及分别与冲击加速度调节器8、推送感应机构电连接的数据采集处理器9。

如图2所示，冲击舱体4包括冲击接触头41、设置在冲击接触头41内部的环境加速度值传感器45、设置在冲击接触头41顶部的样品仓底座42、将样品仓底座42完全包裹在内的外壳体43、倒扣在样品仓底座42上的样品盒44以及设置在样品盒44顶部的样品加速度值传感器46，数据采集处理器9分别与环境加速度值传感器54、样品加速度值传感器46电连接。外壳体43与冲击接触头41之间设有润滑环47，并且外壳体43的侧壁上设有提升耳48，顶部设有二次冲击缓冲垫49。

另外，冲击舱体4的背面还设有竖向排列的冲击速度测试反射光标，该冲击速度测试反射光标为两个相距为32mm的长方形反光片。

飞行轨道3为轴线与重力线重合的圆柱形管道，该圆柱形管道的背面设有光学测速头，该光学测速头与数据采集处理器9电连接。其中，光学测速头中设有用于发送光信号的发送模块和用于接收光脉冲编码信号的接收模块，其位于圆柱形管道背面。

推送感应机构包括设置在圆柱形管道内部的非线性弹簧5以及位于圆柱形管道顶部的压力传感器6，该压力传感器6与数据采集处理器9电连接。非线性弹簧5顶端与压力传感器6连接，底端为自由端。非线性弹簧5为圆柱形非线性弹簧，其外径与圆柱形管道的内径相同。

可移动冲击力承受台7为砧板，该砧板的底部设有凸块，底座1上设有与凸块相适配的滑动轨道12，砧板通过滑动轨道12可水平移动地设置在底座1上。砧板与冲击接触头41的端面相平行。

冲击加速度调节器8设置在砧板上，并且冲击加速度调节器8的几何中心与冲击接触头41的几何中心重合。其中，冲击加速度调节器8为电磁阻尼器、液体阻尼器或片状粘弹性材料。其中，片状粘弹性材料可以选自市售的橡胶垫、高密度毛毡垫或高弹性塑料垫。

数据采集处理器9包括一多通道高速数据采集卡在内的硬件和软件分析系统，其中，软件分析系统可以是包括希尔伯特-黄算法、主成分分析算法在内的冲击力解析软件。

在实际设计时，冲击舱体4与导向支架2之间设有提升机11，该提升机11设有与提升耳48相适配的提升夹槽，冲击舱体4通过提升机11沿圆柱形管道向上提升移动。

在实际使用时，本实施例装置使用方法具体包括以下步骤：

1)将缓冲材料放置在冲击舱体4的样品盒44下方，将待测试的精密器件放入样品盒44内，将冲击舱体4放置指定位置处，关闭仪器门；

2)中央控制电脑10发出测试开始的指令，提升机11夹持冲击舱体4沿圆柱形管道做直线向上运动，压缩圆柱形非线性弹簧5；

3)压力传感器6根据圆柱形非线性弹簧5的压缩量接收弹簧压力信号，并在中央控制电脑10中显示出弹簧压力数值；此时，中央控制电脑10循环判断接收到的弹簧压力的数值是否符合设定的弹簧压力数值，若符合，则中央控制电脑10发出指令至提升机11，提升机11解开锁定，释放冲击舱体4；

4)冲击舱体4在圆柱形非线性弹簧5的推送作用下，沿圆柱形管道做直线加速下降运动，待圆柱形非线性弹簧5作用力消失后，冲击舱体4做自由落体运动；

5)在冲击舱体4做自由落体运动并撞击冲击加速度调节器8时，光学测速头接收冲击速度测试反射光标光信号，速度信号通过数据采集处理器9传输至中央控制电脑10，中央控制电脑10显示冲击舱体4撞击冲击加速度调节器8的速度值；

6)冲击舱体4撞击冲击加速度调节器8产生加速度，此时，环境加速度值传感器45、样品加速度值传感器46分别感知加速度信号，加速度信号通过数据采集处理器传9输至中央控制电脑10，中央控制电脑10计算出冲击舱体4撞击冲击加速度调节器8时的环境加速度值、样品加速度值，并对数据进行记录、储存和显示。

在实际使用时，冲击加速度调节器8所用材料不同，环境加速度值传感器45所接收到的信号也不同，即通过改变冲击加速度调节器8的材质可以控制装置产生可控的加速度值冲击环境，然后，再通过环境加速度值传感器45、样品加速度值传感器46感知的加速度信号，来测试在缓冲材料防护下精密器件的耐冲击特性。

上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和使用发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此，本发明不限于上述实施例，本领域技术人员根据本发明的揭示，不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于测定精密器件耐冲击特性的装置，其特征在于，该装置包括底座、竖直设置在底座上的导向支架、沿竖直方向设置且与导向支架固定连接的飞行轨道、设置在飞行轨道上且与飞行轨道滑动连接的冲击舱体、设置在飞行轨道顶部且与冲击舱体相适配的推送感应机构、位于冲击舱体下方且与底座滑动连接的可移动冲击力承受台、设置在可移动冲击力承受台上的冲击加速度调节器以及分别与冲击加速度调节器、推送感应机构电连接的数据采集处理器。

2.根据权利要求1所述的一种用于测定精密器件耐冲击特性的装置，其特征在于，所述的冲击舱体包括冲击接触头、设置在冲击接触头内部的环境加速度值传感器、设置在冲击接触头顶部的样品仓底座、将样品仓底座完全包裹在内的外壳体、倒扣在样品仓底座上的样品盒以及设置在样品盒顶部的样品加速度值传感器，所述的数据采集处理器分别与环境加速度值传感器、样品加速度值传感器电连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于测定精密器件耐冲击特性的装置，其特征在于，所述的外壳体与冲击接触头之间设有润滑环，并且所述的外壳体的侧壁上设有提升耳，顶部设有二次冲击缓冲垫。

4.根据权利要求1所述的一种用于测定精密器件耐冲击特性的装置，其特征在于，所述的飞行轨道为轴线与重力线重合的圆柱形管道，该圆柱形管道的背面设有光学测速头，该光学测速头与数据采集处理器电连接。

5.根据权利要求4所述的一种用于测定精密器件耐冲击特性的装置，其特征在于，所述的推送感应机构包括设置在圆柱形管道内部的非线性弹簧以及位于圆柱形管道顶部的压力传感器，该压力传感器与数据采集处理器电连接。

6.根据权利要求5所述的一种用于测定精密器件耐冲击特性的装置，其特征在于，所述的非线性弹簧顶端与压力传感器连接，底端为自由端。

7.根据权利要求2至6任一项所述的一种用于测定精密器件耐冲击特性的装置，其特征在于，所述的可移动冲击力承受台为砧板，该砧板的底部设有凸块，所述的底座上设有与凸块相适配的滑动轨道，所述的砧板通过滑动轨道可水平移动地设置在底座上。

8.根据权利要求7所述的一种用于测定精密器件耐冲击特性的装置，其特征在于，所述的冲击加速度调节器设置在砧板上，并且所述的冲击加速度调节器的几何中心与冲击接触头的几何中心重合。

9.根据权利要求8所述的一种用于测定精密器件耐冲击特性的装置，其特征在于，所述的冲击加速度调节器为电磁阻尼器、液体阻尼器或片状粘弹性材料。

10.根据权利要求8所述的一种用于测定精密器件耐冲击特性的装置，其特征在于，所述的砧板与冲击接触头的端面相平行。