CN111023918A - 一种火药燃气压力测试校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种火药燃气压力测试校准方法，涉及压力校准技术领域，通过选择与测试弹药相近的校准弹药以及一致的校准环境和测试环境，控制弹药温度实现校准压力范围涵盖测试压力范围，结合数据预处理和一致性检查剔除不合格数据，以多点数据进行二阶拟合的方式获取灵敏度方程用于测试，全面提升了火药燃气压力测试精度，测试结果优于军用标准的2％FS要求。本发明提供的一种火药燃气压力测试校准方法，解决了压力校准缺少现场校准方法而用实验室校准测试精度差的难题。
Description
技术领域
本发明涉及压力校准技术领域，具体是一种火药燃气压力测试校准方法。
背景技术
当前火药燃气压力测试系统的校准是由国家计量实验室在标准实验条件下完成的，采用静态压力发生器作为校准源，主要测量多点静态压力和测试传感器输出电压值的对应关系，获取测试传感器的灵敏度方程用于实际火药燃气压力测试。
这种校准方法在实际应用中存在较大的测量误差，原因在于兵器的膛压变化范围宽、压力持续时间长短不一，且在测试过程中往往伴随有高温、振动等恶劣环境条件，这些因素是不可避免的也是校准过程必须考虑的，需要进行现场校准。
基于此，本申请提出了一种火药燃气压力测试校准方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种火药燃气压力测试校准方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种火药燃气压力测试校准方法，包括以下步骤：
S1，将校准用弹道枪夹持在固定射击台上的固定架中，按需连接好校准系统和测试系统；
S2，在弹道枪上装填多种温度校准弹药并射击，通过校准系统和测试系统同时采集多种温度火药燃气压力数据；
S3，对采集到的数据进行预处理，并检查标准传感器数据一致性，若一致性合格的数据量符合要求则进入步骤S4，若不符合要求则重复步骤S2，直至一致性合格的数据量符合要求；
S4，将不同温度校准弹药在进行射击后的多点火药燃气压力数据进行统计分析，取标准传感器压力峰值的平均值与测试传感器电压峰值进行二阶拟合计算，获取灵敏度方程；
S5，将测试用弹道枪夹持在固定射击台上的固定架中，按需连接好测试系统，装填好待测试弹药并进行射击，利用测试系统采集数据；
S6，对采集到的数据进行预处理，使用步骤S4中所得灵敏度方程计算得出待测试弹药的火药燃气压力峰值。
作为本发明进一步的方案：步骤S3和S6中，所述数据预处理包括对数据进行平滑降噪和零点漂移去除。
作为本发明再进一步的方案：步骤S3中，所述标准传感器数据一致性检测包括火药燃气压力峰值一致性检查和压力持续时间一致性检查，火药燃气压力峰值一致性和压力持续时间一致性同时符合要求时，标准传感器数据一致性符合要求。
作为本发明再进一步的方案：所述标准传感器数据一致性的判定方式为：火药燃气压力峰值一致性检查以标准差小于0.5％FS为合格，压力持续时间一致性检查以变异系数小于2％为合格。
作为本发明再进一步的方案：所述校准弹药的温度至少包括-45℃、20℃和50℃三种。
作为本发明再进一步的方案：步骤S4中，获取灵敏度方程之后，根据所述灵敏度方程判定测试系统校准是否合格，当测试系统校准不合格之后，更换测试系统进行重新校准。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提供的一种火药燃气压力测试校准方法，解决了压力校准缺少现场校准方法而用实验室校准测试精度差的难题。通过选择与测试弹药相近的校准弹药以及一致的校准环境和测试环境，控制弹药温度实现校准压力范围涵盖测试压力范围，结合数据预处理和一致性检查剔除不合格数据，以多点数据进行二阶拟合的方式获取灵敏度方程用于测试，全面提升了火药燃气压力测试精度，测试结果优于军用标准的2％FS要求。
附图说明
图1为一种火药燃气压力测试校准方法中固定架固定方式的结构示意图。
图2是校准系统和测试系统的通道占用图。
图3是校准系统数据和测试系统数据图(数据进行了1:50放大)。
图4是多点校准系统压力值峰值平均值和测试系统电压值峰值图(数据进行了1:50放大)。
图中：1-固定架、2-固定支架A、3-固定支架B、4-校准系统、5-测试系统。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本公开相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实施例公开的一些方面相一致的装置和方法的例子。
实施例1
请参阅图1，本发明实施例中，一种火药燃气压力测试校准方法，包括以下步骤：
一种火药燃气压力测试校准方法，包括以下步骤：
S1，将校准用弹道枪夹持在固定射击台上的固定架中，固定架的结构如说明书附图1所示，其中固定架1包括固定支架A2和固定支架B3，按需连接好校准系统4和测试系统5(本实施例中，校准系统4包括标准压力传感器Kistler6123BK型、标准电荷放大器Kistler5011B11Y50型、数据采集卡和计算机，测试系统5包括测试压力传感器Kistler6215型、电荷放大器Kistler5011B11型、数据采集卡和计算机，校准系统和测试系统可共用同一数据采集卡和计算机，分别连接不同通道即可)；
S2，在弹道枪上装填多种温度校准弹药并射击，弹药温度直接影响产生火药燃气压力的峰值大小，射击不同温度的弹药可获取不同的火药燃气压力峰值，设计校准弹药的温度至少包括-45℃、20℃和50℃三种，以实现获取校准压力区间内多点校准数据，实际上，校准弹药的温度应涵盖低温、常温和高温三种，上述的-45℃、20℃和50℃是典型值，通过校准系统4和测试系统5分别采集多种温度火药燃气压力数据,即校准系统和测试系统同时采集，采集数据为压力值曲线，此处，标准传感器的型号为Kistler6213BK型，测试压力传感器的型号为Kistler6215型，校准用弹道枪(分别与校准弹药对应)为5.8毫米口径弹道枪、7.62毫米口径弹道枪、12.7毫米口径弹道枪；
S3，对采集到的数据进行预处理，并检查标准传感器数据一致性，本实施例中，数据预处理包括对数据进行平滑降噪和零点漂移去除，以使得采集到的数据形成适合数据分析的要求样式，便于后期的计算；具体的来说，标准传感器数据一致性检测包括火药燃气压力峰值一致性检查和压力持续时间一致性检查，当然，校准弹药的火药燃气压力峰值和压力持续时间需涵盖后续待测试弹药压力峰值和压力持续时间；若一致性合格的数据量符合要求则进入步骤S4，若不符合要求则重复步骤S2，直至一致性合格的数据量符合要求；本实施例中，所述标准传感器数据一致性的判定方式为：火药燃气压力峰值一致性检查以标准差小于0.5％FS为合格，压力持续时间一致性检查以变异系数小于2％为合格，二者必须均为合格方可判定数据一致性合格，压力峰值和持续时间不能采用统一标准衡量，其中FS为满量程，变异系数又称“离散系数”，是概率分布离散程度的一个归一化量度，其定义为标准差与平均值之比；
S4，将不同温度校准弹药在进行射击时的多点火药燃气压力数据进行统计分析，对标准传感器压力峰值取平均值与测试传感器电压峰值进行二阶拟合计算，获取灵敏度方程，灵敏度方程为：Y＝a0x2+a1x+a2，其中x为校准系统压力峰值平均值，Y为测试系统电压曲线峰值，a0、a1、a2为系数，此处，测试传感器的型号为Kistler6215型；此外，在步骤S4中，获取灵敏度方程之后，根据所述灵敏度方程判定测试系统校准是否合格，当测试系统校准不合格之后，更换测试系统进行重新校准，校准结果的判定标准为二次项系数a0小于10-3，表明传感器线性度好，测试系统校准结果合格，则进入步骤S5，否则更换测试系统重新进行校准；
S5，将测试用弹道枪夹持在固定射击台上的固定架中，按需连接好测试系统5，装填好待测试弹药并进行射击，利用测试系统5采集数据；
S6，对采集到的数据进行预处理，预处理的方式同步骤S3，在此不进行多余的叙述，使用步骤S4中所得灵敏度方程计算得出待测试弹药的火药燃气压力峰值。
在本实施例的一种情况中，如图2所示，校准系统4和测试系统5共用数据采集终端，校准系统4使用通道1、2、3，测试系统5使用通道4。如图3所示，其中：校准系统4灵敏度方程按照国家计量基准检定结果设置，输出结果为压力值-时间曲线；测试系统5不设置灵敏度方程，输出结果为电压值-时间曲线，灵敏度方程待校；
依次装填各种温度校准弹药并射击，由于弹药温度直接影响产生火药燃气压力的大小，射击不同温度的弹药可获取不同的火药燃气压力峰值，设计校准弹药的温度包括-45℃，20℃，50℃三种，压力峰值和压力持续时间范围涵盖测试弹药压力峰值和压力持续时间；每种温度弹药射击5发，共射击15发，通过控制弹药温度实现获取校准压力区间内多点压力值校准数据，通过校准系统4和测试系统5同时分别采集各种温度火药燃气压力数据(测试系统采集电压值数据)；
然后数据预处理并检查校准系统数据一致性，数据预处理包括数据平滑降噪、零点漂移去除并提取压力值及电压值峰值，数据一致性检查为火药燃气压力峰值一致性检查以标准差小于0.5％FS为合格，压力持续时间一致性检查以变异系数小于2％为合格，二者必须均为合格方可判定数据一致性合格，剔除数据预处理后一致性不好的数据共5发，保留数据量为10发，火药燃气压力峰值标准差最大值为1.86MPa，压力持续时间变异系数最大值为1.92％，满足要求；
然后对三种温度校准弹药的采集数据进行统计分析，取校准系统压力峰值平均值与测试系统电压峰值进行二阶拟合计算，获取灵敏度方程为：
Y＝-0.00055x2+1.35562x-96.09245,其中x为校准系统压力峰值平均值，Y为测试系统电压曲线峰值；
校准结果判定，二次项系数小于10-3表明传感器线性度好，判定测试系统校准结果合格；
拆卸校准用弹道枪、火药燃气压力校准装置及校准系统和测试系统，将测试用弹道枪夹持在固定射击台上的固定架A和固定架B，架设校准合格的测试系统(使用通道4)，灵敏度方程按照上述结果设置，装填测试弹药并射击，采集数据为压力值-时间曲线；
再次进行数据预处理，与上述数据预处理操作相同，获取压力峰值作为最终测试结果。
需要特别说明的是，本技术方案中，通过选择与测试弹药相近的校准弹药以及一致的校准环境和测试环境，控制弹药温度实现校准压力范围涵盖测试压力范围，结合数据预处理和一致性检查剔除不合格数据，以多点数据进行二阶拟合的方式获取灵敏度方程用于测试，全面提升了火药燃气压力测试精度，测试结果优于军用标准的2％FS要求。
本领域技术人员在考虑说明书及实施例处的公开后，将容易想到本公开的其它实施方案。本申请旨在涵盖本公开的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本公开的一般性原理并包括本公开未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本公开的真正范围和精神由权利要求指出。
应当理解的是，本公开并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本公开的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (6)
1.一种火药燃气压力测试校准方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，将校准用弹道枪夹持在固定射击台上的固定架中，按需连接好校准系统和测试系统；
S2，在弹道枪上装填多种温度校准弹药并射击，通过校准系统和测试系统同时采集多种温度火药燃气压力数据；
S3，对采集到的数据进行预处理，并检查标准传感器数据一致性，若一致性合格的数据量符合要求则进入步骤S4，若不符合要求则重复步骤S2，直至一致性合格的数据量符合要求；
S4，将不同温度校准弹药在进行射击后的多点火药燃气压力数据进行统计分析，取标准传感器压力峰值的平均值与测试传感器电压峰值进行二阶拟合计算，获取灵敏度方程；
S5，将测试用弹道枪夹持在固定射击台上的固定架中，按需连接好测试系统，装填好待测试弹药并进行射击，利用测试系统采集数据；
S6，对采集到的数据进行预处理，使用步骤S4中所得灵敏度方程计算得出待测试弹药的火药燃气压力峰值。
2.根据权利要求1所述的一种火药燃气压力测试校准方法，其特征在于，步骤S3和S6中，所述数据预处理包括对数据进行平滑降噪和零点漂移去除。
3.根据权利要求1所述的一种火药燃气压力测试校准方法，其特征在于，步骤S3中，所述标准传感器数据一致性检测包括火药燃气压力峰值一致性检查和压力持续时间一致性检查，火药燃气压力峰值一致性和压力持续时间一致性同时符合要求时，标准传感器数据一致性符合要求。
4.根据权利要求3所述的一种火药燃气压力测试校准方法，其特征在于，所述标准传感器数据一致性的判定方式为：火药燃气压力峰值一致性检查以标准差小于0.5％FS为合格，压力持续时间一致性检查以变异系数小于2％为合格。
5.根据权利要求1所述的一种火药燃气压力测试校准方法，其特征在于，所述校准弹药的温度至少包括-45℃、20℃和50℃三种。
6.根据权利要求1所述的一种火药燃气压力测试校准方法，其特征在于，步骤S4中，获取灵敏度方程之后，根据所述灵敏度方程判定测试系统校准是否合格，当测试系统校准不合格之后，更换测试系统进行重新校准。
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