CN110672878A - 一种三轴高量程加速度传感器横向灵敏度比测试装置 - Google Patents

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郑宇�
方岚
李苏苏
明源
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Abstract

本发明公开一种三轴高量程加速度传感器横向灵敏度比测试装置，包括沿X轴向设置的撞击体与霍普金森杆，霍普金森杆的尾部设置待测的传感器，传感器的X轴、Y轴与Z轴分别对应设置有X轴激光多普勒分析仪、Y轴激光多普勒分析仪与Z轴激光多普勒分析仪；所述测试装置还包括通讯连接的数据采集卡与工控机，三个激光多普勒分析仪的输出端分别连接数据采集卡；通过在三个方向上安装激光多普勒分析仪实现三个方向上同步的加速度测量，实现传感器的横向灵敏度比测试。

Description

一种三轴高量程加速度传感器横向灵敏度比测试装置
技术领域
本发明涉及加速度计测试技术领域，具体是一种三轴高量程加速度传感器横向灵敏度比测试装置。
背景技术
三轴高量程MEMS加速度传感器是一种高精度的传感器，在实际使用前，每只传感器均需要在试验室进行测试标定，由于传感器的三个轴向均具备测量功能，各个轴向之间的交叉耦合需要尽可能的小，所以在试验室阶段对传感器轴间的横向灵敏度比进行摸底测试极为重要。
目前，在试验室只能通过分别测试三个轴向灵敏度的方法来完成轴间横向灵敏度比的测试，这样的方法有一定的弊端：一、非敏感方向灵敏度一般都很小，在感受到敏感方向上的冲击时响应的输出电压往往很低，没有同步信号跟随的话很难测试到有用的信号；二、3个轴向的横向灵敏度比需要单独的测试，每次安装的轴向角度难易精确控制；三、单独测试效率较低。
发明内容
本发明的目的在于提供一种三轴高量程加速度传感器横向灵敏度比测试装置，该装置能够一次完成对三个轴向的横向灵敏度比测试，效率高、易于控制。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种三轴高量程加速度传感器横向灵敏度比测试装置，包括沿X轴向设置的撞击体与霍普金森杆，霍普金森杆的尾部设置待测的传感器，传感器的X轴、Y轴与Z轴分别对应设置有X轴激光多普勒分析仪、Y轴激光多普勒分析仪与Z轴激光多普勒分析仪；所述测试装置还包括通讯连接的数据采集卡与工控机，三个激光多普勒分析仪的输出端分别连接数据采集卡；
工控机控制撞击体沿X轴撞击霍普金森杆，霍普金森杆中产生加速度应力波传递至待测的传感器，三个激光多普勒分析仪分别同步测量传感器三个轴向的加速度信号，并通过数据采集卡将数据发送至工控机，工控机对X轴方向与Y轴、Z轴方向的信号进行对比，实现传感器的横向灵敏度比测试。
本发明的有益效果是，本发明以霍普金森杆为载体，通过在三个方向上安装激光多普勒分析仪实现三个方向上同步的加速度测量；在敏感轴向测量的时候，可以将敏感轴向的加速度信后作为触发信号，当敏感轴向完成触发之后，另外两个非敏感轴向同时采集非敏感方向上加速度传感器的信号输出，并将采集到的非敏感方向上的信号输出通过与敏感方向上的信号输出进行对比，这样得到传感器自身的横向灵敏度比。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
图1是本发明的示意图。
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种三轴高量程加速度传感器横向灵敏度比测试装置，包括沿X轴向设置的撞击体1与霍普金森杆2，霍普金森杆2的尾部设置待测的传感器3，传感器3的X轴、Y轴与Z轴分别对应设置有X轴激光多普勒分析仪4、Y轴激光多普勒分析仪5与Z轴激光多普勒分析仪6；所述测试装置还包括通讯连接的数据采集卡7与工控机8，三个激光多普勒分析仪的输出端分别连接数据采集卡7。
工控机8控制撞击体1沿X轴撞击霍普金森杆2，撞击体1按照预先设置的加速度值，并根据标定好的气压值对霍普金森杆2进行冲击。
霍普金森杆2可采用直径18mm、长2000mm的超硬钛合金杆，足够的长度可以加宽加速度波形的脉冲宽度范围。当撞击体1撞击霍普金森杆2时，在霍普金森杆2中就会产生加速度应力波，待应力波传播到待测加速度传感器时，三个激光多普勒分析仪迅速响应输出对应的电压值，经过数据采集卡7采集输入至工控机8内。
关于激光多普勒分析仪的测量原理为：He-Ne激光器发出的光束，经转换透镜后由分束棱镜分成两平行光束，经会聚透镜后又汇聚于粘贴在安装座表面的光栅平面。激励光栅射出的衍射光束经反射镜系统到达光电转换器的表面，并检测出由光栅运动产生的多普勒频移信号。
根据多普勒原理，被校准加速度传感器承受冲击运动时，速度的时间函数
Figure DEST_PATH_IMAGE002
和激光干涉仪的多普勒频移时间函数
Figure DEST_PATH_IMAGE004
之间存在确定的数学关系：
Figure DEST_PATH_IMAGE006
（1）
式（1）中：
Figure DEST_PATH_IMAGE002A
为冲击运动速度；
Figure DEST_PATH_IMAGE004A
为激光多普勒频移；
Figure DEST_PATH_IMAGE010
为光栅衍射级数；
Figure DEST_PATH_IMAGE012
为光栅常数。
对式（1）作微分处理可得冲击运动的加速度
Figure DEST_PATH_IMAGE014
。
在根据加速度传感器电压的峰值，可以准确的得到被检加速度传感器的灵敏度：
Figure DEST_PATH_IMAGE016
（2）
式（2）中：
Figure DEST_PATH_IMAGE018
为加速度传感器灵敏度；
Figure DEST_PATH_IMAGE020
为加速度传感器输出电压峰值；
Figure DEST_PATH_IMAGE022
为加速度峰值。
三个轴向的加速度测量就是将单个轴向的加速度测量装置同时安装在另两个非敏感轴的方向上，这样在敏感轴向测量的时候，可以将敏感轴向的加速度信后作为触发信号，当敏感轴向完成触发之后，另外两个非敏感轴向同时采集非敏感方向上加速度传感器的信号输出，采集到的非敏感方向上的信号输出通过与敏感方向上的信号输出进行对比，可以实现轴间横向灵敏度比的测试。
本发明高量程激光多普勒分析仪基于激光多普勒原理对高速线运动目标的速度及加速度进行高精度测量，可与撞击体及霍普金森杆配合，实现对参考标准加速度计、传递标准加速度计、工作用加速度计和冲击测量系统的一次冲击校准，同时激光多普勒分析仪也常用于高加速度计的现场校准与各种试验现场强冲击的测试。
本发明的测试装置采用激光多普勒测量方法，以衍射光栅作为合作目标，从根本上避免了普通差动式激光干涉仪固有的由散射粒子引起的多普勒信号随机相位偏差的问题，并由计量学的基本量──长度（激光的波长）和时间（数采设备的时钟）──绝对复现冲击加速度量值，以此量值作为加速度标准量值与被校加速度计的输出电量进行比较，得到被校加速度计的冲击灵敏度，从而完成对加速度量值的校准。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同替换、等效变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (1)

1.一种三轴高量程加速度传感器横向灵敏度比测试装置，其特征在于，包括沿X轴向设置的撞击体与霍普金森杆，霍普金森杆的尾部设置待测的传感器，传感器的X轴、Y轴与Z轴分别对应设置有X轴激光多普勒分析仪、Y轴激光多普勒分析仪与Z轴激光多普勒分析仪；所述测试装置还包括通讯连接的数据采集卡与工控机，三个激光多普勒分析仪的输出端分别连接数据采集卡；通过在三个方向上安装激光多普勒分析仪实现三个方向上同步的加速度测量；
工控机控制撞击体沿X轴撞击霍普金森杆，霍普金森杆中产生加速度应力波传递至待测的传感器，三个激光多普勒分析仪分别同步测量传感器三个轴向的加速度信号，并通过数据采集卡将数据发送至工控机，工控机对X轴方向与Y轴、Z轴方向的信号进行对比，实现传感器的横向灵敏度比测试。
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