利用小型后坐冲击模拟试验装置进行重锤加速度的测量与分析

　　1　引　言

　　加速度测量是一种常用的测试方法。压电式加速度计是利用测量惯性力来确定加速度的传感器,它在振动测试中是应用最广泛的传感器之一,因为它具有工作频带宽、体积小、重量轻、寿命长、安装方便、不易损坏等优点。

　　2　压电式加速度计的结构形式及其工作原理

　　2.1　结构形式

　　压电式加速度传感器的结构如图1a所示。主要结构形式有周边压缩式、中心压缩式和剪切式。

　　(1)周边压缩式结构是将压电片和质量块由上盖通过弹簧压紧在基座上,结构强度大,灵敏度可以做得很高,成本低,价格便宜。但抗环境干扰(如声、磁、温度、基座应变等)的能力较低。

　　(2)中心压缩结构由于压电片和质量块与外壳隔离,所以对基座应变引起的误差和横向灵敏度均较小。

　　(3)剪切结构利用压电晶体受剪切时产生压电效应的原理,而环境干扰一般不引起剪应力的变化,所以其横向、声、磁、基座应变灵敏度及稳定性均较好。但成本高,价格较贵。在本实验中所使用的传感器是周边压缩式。

　　2.2　工作原理

　　压电式传感器不论那种形式,其力学模型均可以简化为一个单自由度质量——弹簧系统。如图1.b所示。

　　由于压电式传感器采用空气阻尼,即C很小(趋于零),当被测频率ω ωn时,我们可以得到传感器质量块与基座的相对位移d与振动加速度a成正比。

　　根据压电效应的原理,晶体片受到振动作用力后,将产生电荷量,Q与作用力成正比。即:

　　式中:dij——压电常数;M——敏感质量;a——震动加速度。

　　传感器的dij和M均为一常数,所以它产生的电荷量与振动加速度成正比。这就是压电式传感器完成机电转换的工作原理。

　　被测构件的加速度是一个描述结构构件的宏观整体运动的刚体动力学参数,被测构件各部分具有相同的位移、速度和加速度。加速度应当是时间和空间位置的函数,其一次积分曲线是速度函数,二次积分曲线是位移函数。正确的加速度记录,积分曲线是存在的,符合实验结果;如果积分曲线与实验结果不符合,则表明波形记录异常,实验失败。

　　2.3　压电式加速度传感器在小型后冲击模拟试验中的应用

　　在以往的实验中,气缸中的压力都是通过销钉直径的大小进行定性研究,因此重锤冲击炸药试件的动量也不能准确的定量确定。文中采用加速度传感器测量重锤的加速度就是为了克服这一点。

　　3　两个典型的加速度波形

　　图2和图3这两个波形是在自由程不同的情形下测得的,图2的波形的自由程为21.47mm,图3波形的自由程为40.82mm。