脉冲式动态力校准装置的研究

　　最近对于动态力校准越来越受到重视，关于动态力传感器动态校准的需求也越来越多，更多的人意识到在动态使用情况下的力传感器不能只进行静态校准，还需要进行动态校准。通过动态校准，可以得到力传感器或动态力测量系统的动态特性。德国的国家物理研究院(PTB)及中国计量科学研究院(NIM)在动态力校准方面已经进行了大量工作[1-3]。

　　1 原有加速度计动态力校准装置的结构和工作原理

　　中国计量科学研究院20 世纪于80 年代初建立了1MN 动态力标准装置，该装置基于标准落锤法，可以产生 500N~1MN 的脉冲式动态力输入。通过公式F=ma，可以将施加在被测传感器上的动态力溯源到质量与加速度，其中，m 是标准落锤的质量，a 是落锤冲击过程产生的标准加速度。原有装置中a 是通过标准加速度计进行测量的。

　　1.1 主要结构和原理

　　装置如图1 所示，采用整体结构，由砧座、框架、导轨、标准锤头、标准加速度计构成。校准时标准落锤自由下落作用在被检力传感器上，产生冲击脉冲信号，此时标准加速度测量系统与被检传感器测量系统同时相应，并记录下冲击力值。装置底部为大质量刚性砧座，独立固定于地面，与装置框架结构分离，避免测量时将振动引入锤头及测量系统。

　　1.2 信号处理系统

　　信号处理系统由 TCCK 瞬态记录仪、电荷放大器构成，TCCK 是一款瞬态记录仪，性能为最高10M 采样率，具有 12bit 数据采集功能，具有两通道，可同时进行两通道数据记录。

　　2 新建激光法动态力校准装置的结构和工作原理

　　新装置可以产生500N~200kN 的脉冲式动态力输入，力值上升时间大于等于0.3ms。扩展不确定度为2%(k=3)[4]。

　　2.1 主要结构和原理

　　装置如图 2 所示，基本结构与原装置相似，与原有装置的不同在于测量加速度部分的区别，新装置取消了标准加速度计，取而代之的是激光干涉仪，安装在装置顶端。新装置的自动化水平也较老装置有提高，具有自动调整落锤对中、可以适应不同大小尺寸标准落锤。

　　2.2 控制与信号处理系统

　　控制与信号处理系统由PXI-1042 主机、PXI-5122数字化示波仪和 PXI-6225 高速数据采集卡构成。PXI-5122 是一款高性能数字化示波仪，性能为最高100M 采样率，具有 14bit 数据采集功能。通过 PXI-5122可以将激光干涉仪解码器中解码信号进行采集与分析处理，通过PXI-6225 对系统中各类位置及限位传感器进行处理，通过主机串行口对系统中四台伺服电机进行控制。

　　2.3 激光干涉仪系统构成