[发明专利]钢珠发射装置及包含该装置的加速度计动态特性校准系统

说明书

本发明涉及钢珠发射装置及包含该装置的加速度计动态特性校准系统。钢珠发射装置包括：钢珠发射器，包括用于撞击钢珠的撞针；以及钢珠导向及复位器，包括外壳和设置于外壳中的导向管道；在初始状态下，钢珠设置于导向管道内的钢珠初始位置，在撞击状态下，撞针撞击钢珠，使得钢珠沿导向管道发射出钢珠导向及复位器。该加速度计动态特性校准系统利用受到电磁力撞击的钢珠撞击霍普金森杆的端面，能够产生窄脉冲的冲击加速度激励信号，激励信号的带宽远远大于现有装置。该加速度计动态特性校准系统通过一次校准即可获得表征加速度计动态特性的物理参数，最终获得加速度计的传递函数，从而在较大带宽范围内实现加速度计的动态特性校准。

技术领域

本发明涉及一种钢珠发射装置，还涉及一种包含该钢珠发射装置的加速度计动态特性校准系统。

背景技术

目前按照GB20485/ISO16063系统标准规定，校准加速度计一般采用正弦振动激励法与冲击激励法。

1、正弦振动激励是利用连续的正弦运动的形式校准加速度计的方法。所使用的装置主要包括机械振动台，采用绝对法(激光干涉法)或者比较法(标准加速计)来对加速度计进行振动校准，校准所得到的结果是一些离散频率点的加速度计的响应。

目前各个国家最高的计量机构均按照ISO16063-11：1999及有关标准建立的振动标准装置来实现加速度计的振动激励校准。校准的频率范围为1Hz～10kHz，经过拓展可将频率范围延伸至0.01Hz～20kHz，且频率下限可以更低，比如德国联邦物理研究院(PTB)、中国计量科学研究院(NIM)建立的超低频振动标准装置可校准的频率范围低于0.01Hz。但一般来说校准频率的上限为20kHz，超过20kHz校准的结果测量不确定度较大，结果的重复性也变差，这与所使用振动台的高频机械特性以及高频位移较小等原因造成。

使用正弦振动激励法校准加速度计，得到的典型的结果如图1所示。其不足之处主要在于：

1)由于振动台机械结构限制，振动加速度峰值一般不会超过100m/s²。

2)由于振动台机械安装台面的特点，振动的工作频率一般不高于20kHz。

3)振动校准结果得到是一些离散频率点的复灵敏度值，不能用连续的频响曲线来描述被校加速度计的特性。

2、冲击激励法是利用瞬态的加速度波形对加速度计进行校准的方法。冲击激励法校准所使用的主要设备为各种不同的冲击激励台，采用绝对法(激光干涉测量法)或者比较法(标准加速度计)来对加速度计进行冲击校准，通过计算加速度计(包括配套放大器)输出电压的峰值与输入加速度信号的峰值之比来计算加速度计的冲击灵敏度。

目前各个国家最高的计量机构均按照ISO16063-13：2001及有关标准建立的冲击标准装置来实现加速度计的冲击激励校准。冲击激励台产生冲击激励波形主要采用基于刚体碰撞的方式和基于霍普金森杆应力波在固体中传递的方式来产生，前者主要用于产生低峰值宽脉冲冲击加速度激励信号，后者主要用来产生高峰值窄脉冲的冲击加速度激励信号。上述两种冲击加速度装置能够产生的冲击加速度峰值范围为(50～1.0×10⁵)m/s²，脉冲持续时间为(0.05～10)ms。经过改进，冲击加速度峰值范围上限可拓展至10⁶m/s²。目前，德国联邦物理研究院(PTB)与中国计量科学研究院(NIM)都建立了对应的冲击加速度标准装置，能够对加速度计进行冲击激励法校准。

冲击激励法校准加速度计，典型的结果如图2所示。其不足之处主要在于：

1)冲击灵敏度是一个时域的指标，并且与校准所使用的冲击加速度波形有关，不同的冲击加速度激励波形有不同的冲击灵敏度，故冲击灵敏度难以完整的描述加速度计的特性。