XX型炮彈的三軸加速度測(cè)試研究

1 引言
    高沖擊條件下的動(dòng)態(tài)參數(shù)指標(biāo)對(duì)于現(xiàn)代武器系統(tǒng)的研制具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。壓阻式加速度計(jì)具有線性度好、外圍電路簡(jiǎn)單、抗過(guò)載能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。因而成為高量程微加速度計(jì)設(shè)計(jì)的首選，廣泛用于沖擊、振動(dòng)加速度的測(cè)量。對(duì)于此炮彈過(guò)載的測(cè)試，選用高G加速度傳感器，其工作特性能夠滿足測(cè)試要求。

2 測(cè)試系統(tǒng)的電路原理
    該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用典型的存儲(chǔ)測(cè)試電路，其原理見(jiàn)圖1。

    圖1中，通過(guò)儀表放大器將傳感器的輸出電壓差量轉(zhuǎn)化為電壓量，將其直接通過(guò)有源二階低通濾波器濾波放大，通過(guò)A／D轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量存入存儲(chǔ)器中。最后通過(guò)計(jì)算機(jī)讀取數(shù)字信號(hào)。在測(cè)試過(guò)程中，通過(guò)中央控制單元控制電路的各種工作狀態(tài)。

3 傳感器靈敏度校準(zhǔn)
3．1 校準(zhǔn)原理與過(guò)程
    被校加速度計(jì)粘接在校準(zhǔn)桿尾部，如圖2所示。由壓縮空氣發(fā)射一圓柱狀子彈，產(chǎn)生沖擊加速度，同時(shí)作用于光柵和被校加速度傳感器，所測(cè)得的信號(hào)經(jīng)信號(hào)適調(diào)儀后被數(shù)字示波器采集記錄。差動(dòng)激光干涉儀產(chǎn)生具有多普勒效應(yīng)的調(diào)頻信號(hào)，該信號(hào)被數(shù)字示波器采集記錄，最后解調(diào)其頻率。

    取1號(hào)傳感器靈敏度為Sa=0．69μV／g進(jìn)行試驗(yàn)，當(dāng)子彈打擊速度為4．962 2m/s時(shí)，在桿中產(chǎn)生應(yīng)力波，在距激勵(lì)端面幾倍棒直徑遠(yuǎn)處，應(yīng)力波的波振面變成平面波。雖然縱向應(yīng)力也會(huì)影響橫向應(yīng)變，但這種橫向運(yùn)動(dòng)很微小，所以實(shí)驗(yàn)中只需測(cè)定縱向加速度量來(lái)校準(zhǔn)其靈敏度。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中差動(dòng)激光干涉儀記錄的多普勒波形如圖3a所示。

3．2 校準(zhǔn)的數(shù)據(jù)處理
    圖3a中采樣頻率為100 MHz。通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理求其加速度。沖擊速度為：
   
    式中，λ為激光波長(zhǎng)，△fi為多普勒數(shù)據(jù)頻率序列。
  
    式中，ωi為數(shù)字角頻率序列，△t為間隔的時(shí)間。
  
    式中，p，q分別為二衍射光波的衍射級(jí)數(shù)，d為光柵柵距。由于加速度是速度的微分，即可得加速度為4 267．8 g，如圖3b所示。圖3c為壓阻式傳感器加速度計(jì)所采集的信號(hào)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理分析得所測(cè)加速度為4417．8g。
3．3 校準(zhǔn)結(jié)果
    加速度傳感器測(cè)量值4 417．8 g與實(shí)際多普勒信號(hào)處理測(cè)量值4 267．8 g相差150 g，誤差量為3．51％。對(duì)傳感器以不同子彈打擊速度重復(fù)試驗(yàn)5組，其誤差范圍都在5％以下，滿足廠商給出的允許誤差5％范圍。故認(rèn)為其靈敏度可信。

4 測(cè)試試驗(yàn)
    對(duì)XX型炮彈在靶場(chǎng)進(jìn)行三軸加速度測(cè)試，系統(tǒng)采樣頻率為250 kS／s，共4個(gè)通道，分為Z軸，X軸，Y軸。軸向?yàn)閆軸。徑向分別為X、Y軸。
    存儲(chǔ)容量為1 G字．通過(guò)異步串行通信接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。把裝置安裝在炮彈的導(dǎo)引頭部位，裝置采用倒置上電方式以降低功耗。
    通過(guò)對(duì)電路模塊的緩沖保護(hù)，避免了膛內(nèi)高溫、高壓、高沖擊等一系列影響，試驗(yàn)后電路無(wú)任何損壞。所測(cè)得三軸加速度試驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖4所示。

5 結(jié)論
    該電路系統(tǒng)完整的采集到XX型炮彈在發(fā)射過(guò)程中的三軸加速度值?？朔颂艃?nèi)高溫、高壓、高過(guò)載等一系列惡劣環(huán)境因素的影響，所測(cè)得的加速度值具有良好的穩(wěn)定性，為此型炮彈發(fā)射技術(shù)方面的改進(jìn)提供了重要數(shù)據(jù)。這對(duì)其他類似應(yīng)用同樣具有參考價(jià)值。