加速度计的一种校准方法

　　前　　言

　　为了保证测量冲击加速度的准确性,对于其测量仪器按规定要定期校准;而校准加速度计的方法很多,本文对冲击摆法加以讨论。在工厂条件下用这种方法校准低g值的冲击加速度计比较简便,精确度也较高。

　　1　工作原理

　　所谓摆就是将摆臂某端悬挂在水平轴上,其另一端固定一重锤,当摆臂偏离平衡位置一角度再自由释放后,在重力作用下整个摆体便绕水平轴往复摆动,当摆臂与重锤质量相比可忽略时,便是单摆(数字摆);当刚性摆臂质量不能忽略并与重锤构成整个刚体时,则是复摆(物理摆)。将两只同类摆并挂在一起,让其质心在同一水平线上,用其中一摆(激振摆或锤摆)运动去打击另一静止摆(接受摆或砧摆),2个摆便构成冲击摆,如图1所示。冲击摆同样分为单摆和复摆。合理地选用两摆之间的减振材料,两摆碰撞时可以产生近半正弦波的标准冲击加速度,由此可以校准各种规格的压电加速度计。其冲击加速度的幅值和持续时间可用测量仪器显录。冲击摆可以产生幅值在500g以下、持续时间为0·5~40 ms的半正弦冲击加速度,适合于工矿企业用作检定压电加速度计的标准。

　　2　计算方法

　　2·1　摆锤和摆长的估算

　　2·1·1　单摆

　　1)摆锤:首先确定摆锤长度l。为了确保摆锤在运动时不摇摆及同轴相碰,希望l长一些,但l增加又使摆锤的固有频率降低,所以l应取最佳值。因脉冲含有0~∞的频谱,而半正弦、三角波和矩形波等典型脉冲的能量绝大部分集中在1/τ0(τ0是脉冲宽度)以内。故对冲击测量仪器的频带要求很宽,高频截止频率需要fH>10/τ0。冲击摆的机械干扰主要是摆锤的固有振荡。为此要求摆锤的最小固有频率f1满足下式:

　　注:x为确定任意点位置;ξ为在每一

　　点x振动时的位移。

　因摆锤两端是自由状态,解此方程得摆锤固有频率:

　　其次确定摆锤的半径r:必须同时满足两个条件:①摆锤的横截面积大于加速度计底座的横截面积;②(m1/m2)<5%(m1为加速度计的质量;m2为摆锤的质量),以免当摆锤固定了加速度计后产生质心偏移。因此摆锤的半径为:

　　2)摆长:根据所校准的最大加速度aom和摆体最大偏角βm确定摆长。因为摆的冲击加速度为:

　　根据摆长和最大摆角可确定摆的框架尺寸。此外,为使摆锤运动时不摇摆,应把每只摆锤的4条摆臂分成两组,组臂互相平行,每组的两条摆臂按三角方式吊挂。

2·1·2　复摆