激励脉冲宽度对加速度计冲击校准误差的影响

　　0引言

　　随着新技术的不断发展和应用，尤其是硅微机械加工技术的发展成熟，加速度计已广泛应用于地震监测、船舶车辆、航空航天、兵器测试等振动冲击过程中运动参数的测量。目前，微机械加速度计主要有压电式、压阻式、电容式和谐振式。压电式加速度计频率响应范围宽，但低频特性不好，影响了其使用范围;压阻式微机械加速度计频率响应高，线性度好，缺点是温度效应严重，灵敏度和分辨率低;电容式微机械加速度计灵敏度高、温度漂移小、功耗低，但微弱电容检测电路较复杂;谐振式微机械加速度计最显著的特点是直接输出准数字信号，具有很高的抗干扰能力和稳定性，同时具有优良的低频特性，是当前MEMS器件研究的热点之一。

　　加速度计在长时间工作或经大过载后其灵敏度可能发生大的变化，需要经常性的校准。压电式和压阻式微机械加速度计具有优良的抗冲击性能，多采用半正弦激励脉冲进行冲击校准。自20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，利用加速度脉冲校准灵敏度等参数。然而，激励加速度脉冲宽度对校准误差:的影响并没有得到深入的研究，加速度计谐振频率、激励脉冲宽度和校准误差之间的定量描述尚不清楚。造成校准过程中琳激励信号的选择存在一定盲目性，对校准误差的评估缺乏足够的理论依据。确定激励脉冲宽度、加速度计谐振频率和校准误差间的定量关系有助于上述问题的解决。

　　1冲击校准装置及原理

　　采用Hopkinson杆冲击装置产生激励加速度脉冲，利用差动式激光多普勒干涉仪和应变片分别测量激励加速度和Hop-kinson杆中应变信号，如图1所示。

　　被校加速度计通过螺栓固连在安装座端面，安装座表面刻有反射光栅，安装座另一端面通过真空夹具紧密吸合于霍普金森杆末端。Hopkinson杆和安装座材料都选用钦合金(Tc4>,波阻抗相同。弹丸撞击Hopkineon杆后，产生右行半正弦压应力脉冲。当压应力脉冲在加速度计安装面反射为拉伸应力，并日.Hopkinson杆和安装座结合面出现静拉力时，加速度计和安装座一起飞离Hopkineon杆，进行加速运动。

　　根据多普勒效应，加速度计安装座运动速度v (c)与多普勒瞬时频率万约成正比，对于差动式激光速度干涉仪，对应关系如下[[6]:

　　式中:入为激光波长;为衍射角。

　　采用光栅测量，光栅衍射公式为

　　式中:d为光栅常数;m, n为衍射级数。

　　综合式(1)、式(2)，得速度v (c)与多普勒瞬时频率数学关系为

　　因此，解算出瞬时频率，即可求出实时速度。对速度。v(t) 一次微分可得激励加速度a(t)。