三轴压阻加速度计的激光干涉法冲击校准

　　0　引　言

　　高g值加速度计作为一次仪表,已广泛应用于动态过程中的过载测量,尤其是弹体侵彻测试的研究。加速度计的灵敏度系数和频率响应这二个参数非常重要,加速度计经过大过载后,其灵敏度可能发生大的变化,而需经常性的校准。自上个世纪60年代以来,世界各国冲击校准实验室相继开展冲击校准技术的研究,提出了多种校准测量方法,其中以冲击力法、速度改变法和激光绝对法应用较为广泛。这三种方法先后成为国际标准ISO5347/0 (1987年)、ISO16063-1 (1998年)和ISO16063-13(2001年)规定的校准方法。

　　冲击力法的校准不确定度一般难以达到3%,1998年以后的国际标准已不再将其列入绝对法冲击校准的标准方法。速度改变法在校准原理上存在两个重大的缺陷:首先,该方法基于被校加速度计频率响应在校准的幅值和频率范围内是线性的假设条件,否则将产生难以评估的测量误差;其次,将加速度校准变换为速度改变量的测量,不进行加速度量值的绝对复现,校准结果依赖于被校加速度计对冲击激励响应的正确程度和它本身固有的非线性。该校准过程不能够达到冲击瞬态校准的基本目的。

　　本文采用的激光多普勒干涉法,是直接借助计量学的基本量和单位(时间和长度)复现加速度量值与单位的方法。其特点是可以精确给出加速度计激励的绝对量值和真实波形,在参考加速度峰值为50~10 000 m/及12 500~100 000 m/,冲击脉冲持续时间分别为0.3~6 ms及0.1~0.3 ms的范围内,实现了对冲击加速度计的绝对法校准,冲击加速度灵敏度校准不确定度分别为0·5%和1%。

　　1　基本原理

　　加速度计的校准装置如图1所示,主要由Hopkin-son杆、差动式激光多普勒干涉仪、数字示波器、计算机系统组成。

　　利用压力脉冲在Hopkinson杆的自由端面反射成为拉伸脉冲的性质,采取子弹撞击杆端来产生一右行半正弦压应力脉冲。被校加速度计通过螺纹连接在安装座的一端,安装座表面轴线方向贴有反射光栅,另一端面通过真空夹具紧密吸合于Hopkinson杆末端。压力脉冲通过界面时不受影响,但几乎不能承受拉力。压力脉冲在安装座自由端面反射为拉伸脉冲,当入射压力脉冲与反射拉伸脉冲在衔接面处出现净拉力时,被校加速度计和安装座将带着陷入其中的动量飞离而获得冲击运动。

　　被校加速度计的激励加速度信号通过差动式激光多普勒干涉仪来获取。差动式激光多普勒干涉仪如图2所示:He-Ne激光器发出的光束,经透镜1后由分束棱镜分成二平行光束,通过透镜2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倍增管(PM)的阴极表面,并检测出由光栅运动产生的多普勒频移信号。