摆锤式加速度传感器冲击校准系统研究

作     者：姚雪庭 

作者单位：浙江大学 

学位级别：硕士

导师姓名：陈章位

授予年度：2015年

学科分类：080202[工学-机械电子工程] 08[工学] 0802[工学-机械工程] 

主      题：加速度传感器 冲击校准 摆锤 多通道同步采集 不确定度 

摘      要：随着世界经济迅猛发展和科技的进步,加速度传感器作为振动与冲击测试重要的测量器件,广泛运用于航空航天、核工业、仪器仪表、船舶车辆等军用及民用领域。由于加速度传感器经过长时间使用,其灵敏度系数会发生漂移,根据国家质量监督部门的规定,加速度传感器应当每年校准一次。然而目前绝大多数校准装置结构比较复杂,环境适应性差,这与日益增长的校准需求不相适应。本文通过对摆锤运动特性和加速度传感器冲击校准技术的研究,利用冲击波形控制和多通道数据同步采集技术,研制了一套实用性强、操作简便、系统不确定度符合国家标准的摆锤式加速度传感器冲击校准系统。本文在传感器冲击校准技术研究的基础上,提出了加速度传感器冲击校准系统的总体技术方案,同时确定了冲击装置和校准测量系统的技术方案。在确定研究方案的基础上,根据实际功能要求对摆锤式冲击试验机的整体结构进行了初步设计,然后针对摆锤摆轴防冲击、摆锤轻量化设计、摆锤重心位置分布和摆锤冲击初始速度等一系列问题对摆锤结构形状进行了优化设计,同时通过缓冲冲击动力学建模与仿真,详细分析了摆锤初始摆角、缓冲材料线性恢复系数和非线性恢复系数对冲击波形的影响。针对冲击测量系统技术要求,采用DSP+FPGA的体系架构完成冲击测量装置的软硬件设计,同时为减小“背靠背比较法冲击校准时两个传感器输出峰值的测量误差,对冲击测量装置多通道数据同步采集功能进行了设计研究。最后,对摆锤式冲击校准系统进行缓冲冲击试验、冲击重复性试验、多通道采样同步性试验和传感器冲击校准试验,通过试验数据分析和系统不确定度评定,该系统满足国家标准GB/T20485.22-2008的要求。