XX型炮彈的三軸加速度測試研究

1 引言

高沖擊條件下的動態(tài)參數(shù)指標(biāo)對于現(xiàn)代武器系統(tǒng)的研制具有重要的現(xiàn)實意義。壓阻式加速度計具有線性度好、外圍電路簡單、抗過載能力強(qiáng)等優(yōu)點。因而成為高量程微加速度計設(shè)計的首選，廣泛用于沖擊、振動加速度的測量。對于此炮彈過載的測試，選用高G加速度傳感器，其工作特性能夠滿足測試要求。

2 測試系統(tǒng)的電路原理

該系統(tǒng)設(shè)計采用典型的存儲測試電路，其原理見圖1。

圖1中，通過儀表放大器將傳感器的輸出電壓差量轉(zhuǎn)化為電壓量，將其直接通過有源二階低通濾波器濾波放大，通過A／D轉(zhuǎn)換，將模擬量轉(zhuǎn)化為數(shù)字量存入存儲器中。最后通過計算機(jī)讀取數(shù)字信號。在測試過程中，通過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)原理與過程

被校加速度計粘接在校準(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，同時作用于光柵和被校加速度傳感器，所測得的信號經(jīng)信號適調(diào)儀后被數(shù)字示波器采集記錄。差動激光干涉儀產(chǎn)生具有多普勒效應(yīng)的調(diào)頻信號，該信號被數(shù)字示波器采集記錄，最后解調(diào)其頻率。

取1號傳感器靈敏度為Sa=0．69μV／g進(jìn)行試驗，當(dāng)子彈打擊速度為4．962 2m/s時，在桿中產(chǎn)生應(yīng)力波，在距激勵端面幾倍棒直徑遠(yuǎn)處，應(yīng)力波的波振面變成平面波。雖然縱向應(yīng)力也會影響橫向應(yīng)變，但這種橫向運動很微小，所以實驗中只需測定縱向加速度量來校準(zhǔn)其靈敏度。實驗過程中差動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。通過實驗數(shù)據(jù)處理求其加速度。沖擊速度為：

式中，λ為激光波長，△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為間隔的時間。

式中，p，q分別為二衍射光波的衍射級數(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所采集的信號，經(jīng)實驗數(shù)據(jù)處理分析得所測加速度為4417．8g。

3．3 校準(zhǔn)結(jié)果

加速度傳感器測量值4 417．8 g與實際多普勒信號處理測量值4 267．8 g相差150 g，誤差量為3．51％。對傳感器以不同子彈打擊速度重復(fù)試驗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 測試試驗

對XX型炮彈在靶場進(jìn)行三軸加速度測試，系統(tǒng)采樣頻率為250 kS／s，共4個通道，分為Z軸，X軸，Y軸。軸向為Z軸。徑向分別為X、Y軸。

存儲容量為1 G字．通過異步串行通信接口實現(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。