[发明专利]冲击加速度传感器交叉轴响应的空间分波测试方法

说明书

技术领域

本发明属于微传感器力学测试分析领域，涉及一种冲击加速度传感器交叉轴响应的空间分波测试方法。

背景技术

在加速度传感器的测试中，通常需要获取加速度传感器的交叉轴响应，或称之为交差轴灵敏度，是评价加速度传感器性能的一个重要指标。所谓交叉轴响应，是指在同样的加速度载荷作用下，加速度传感器在非敏感方向的输出与在敏感方向的输出之比。单轴加速度传感器是只对一个方向敏感的器件，而与敏感轴方向垂直的方向即定义为交叉轴方向。在设计和制造加速度传感器的过程中，由于材料特性和结构特性、以及加工过程的误差和不对称性等都会引入器件的交叉轴效应。在单轴加速度传感器的设计、制造和使用中应尽量减小或者消除这一效应。同时，在测试过程中，由于仪器设备的限制，又会引入新的测试误差，因此，应尽量减小设备仪器所带来的非本征效应。在ISO标准中，有基于激振器的测试(ISO5347-11:1993)，以及基于冲击法的交叉轴灵敏度测试(ISO 5347-12:1993)。这些测试中对测试设备要求的精度都很高，测试过程复杂。针对量程较高的加速度传感器，如量程在5000g(1g＝9.8m/s2)以上用于冲击等场合，一般可采用如下几种方法测试：第一，激振器测试法。通常的激振器只能提供几十个g的正弦振动载荷，并存在固有的摇摆等振动模式影响交叉轴测试，因此，对于灵敏度较小而量程高的器件来说，测试会带来较大误差；第二，霍普金森(Hopkinson)冲击杆测试法。在Hopkinson测试中，由于冲击脉冲上升时间非常短，加速度相当大，在被测试的加速度传感器中容易将器件的一阶共振激发出来，共振波将叠加到主波中，从而影响灵敏度的分析和计算，同时，测试中金属杆会有较大的径向运动，重复测试精度需提高；第三，自由落锤测试法。在自由落锤法中，用于固定器件的锤头安装部分具有较大的尺寸，因此，具有较大的碰撞接触面积，这就导致碰撞过程中产生多种成分频率复杂的波，复杂成分的波将和纵波一起叠加作用到传感器上，产生较大的交叉轴响应。即由于尺寸效应无法将其它波从主波中分离开，导致器件较大的交叉轴响应。

综上，虽然可以利用第二和第三种方法对加速度传感器进行表征，但由于冲击过程是一个作用时间极短的过程，并产生多种成分的波，不但会产生沿着轴向传播的纵波，还会产生径向振动的扭转波，以及激发出器件的本征共振高频率波；这些波在一定作用时间范围内将叠加到主输出波中，如扭转波叠加到主波上，从而导致交叉轴计算出现较大的偏差；再如共振波将淹没扭转波，使得无法判断和区分扭转波的位置，这都导致器件较大的交叉轴输出，因此，所测试的交叉轴响应就不是器件固有的输出值，成为不利因素。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种冲击加速度传感器交叉轴响应的空间分波测试方法，用于解决现有技术中由于测试过程中会产生多种成分的波叠加到主输出波中，从而不能准确确定加速度传感器本身固有的交叉轴输出值的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种冲击加速度传感器交叉轴响应的空间分波测试方法，冲击加速度传感器交叉轴响应的空间分波测试方法至少包括以下步骤：

待检测加速度传感器敏感方向的检测：将待检测加速度传感器沿敏感方向安装在具有一定长径比的金属杆上，所述金属杆自一定的高度自由落下与金属砧发生碰撞产生高幅值的冲击加速度，利用多通道数据采集方式直接记录加速度传感器在冲击碰撞过程随时间变化的第一系列输出波形；

待检测加速度传感器非敏感方向的检测：将待检测加速度传感器沿非敏感方向再次以同样的方式安装在所述金属杆上，所述金属杆自相同的高度自由落下与金属砧发生碰撞产生高幅值的冲击加速度，利用多通道数据采集方式直接记录冲击碰撞过程随时间变化的第二系列输出波形；

待检测加速度传感器交叉轴响应获取：将所述第二系列输出波形的纵波电压幅值大小与所述第一系列输出波形的纵波电压幅值大小进行比较即可得到所述待检测加速度传感器的交叉轴响应。

优选地，在加速度传感器敏感方向及非敏感方向的检测过程中，所述待检测加速度传感器的输出端与一信号放大器相连接，所述信号放大器的输出端与一计算机数据采集系统的输入端相连接，放大的信号由多通道电压波采集卡获取，最终显示在计算机屏幕上。

优选地，加速度传感器沿敏感方向检测时，所述待检测加速度传感器的敏感轴与所述金属杆轴方向一致；加速度传感器沿非敏感方向检测时，所述待检测加速度传感器的敏感轴与所述金属杆轴方向垂直或所述待检测加速度传感器安装在所述金属杆的顶端。