專利名稱：微加速度計電磁校準(zhǔn)裝置及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種校準(zhǔn)裝置及其方法，尤其涉及一種微加速度計沖擊校準(zhǔn)裝置及其方法。
背景技術(shù)：
目前，關(guān)于加速度計靈敏度的沖擊校準(zhǔn)，國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 5347/0-1987和國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T13823.1-93是從測量沖擊校準(zhǔn)過程中總的速度變化量入手，把待校準(zhǔn)的加速度計直接安裝在可沿導(dǎo)向裝置(如導(dǎo)軌或?qū)蛲?運動的砧子上，當(dāng)砧子受加載裝置的沖擊力作用時，從靜止轉(zhuǎn)入加速狀態(tài)，其最終達到的末速度就是由脈沖加速度形成的總的速度變化量。碰撞過程中砧子獲得的速度是受到加速度作用的直接結(jié)果，因此對加速度積分可得速度的改變量，Δu=∫t1t2a(t)dt---(1)]]>式中Δu為速度改變量，t1為開始碰撞的時刻，t2為結(jié)束碰撞的時刻，a(t)為加速度隨時間變化的函數(shù)。
加速度計的輸出電壓e(t)為e(t)＝Sa(t) (2)式中S為被校加速度計的靈敏度。
由(1)，(2)兩式可得
S=∫t1t2e(t)dtΔt(3)]]>所采用的裝置有沖擊擺、落錘、霍普金森(Hopkinson)桿、氣炮等，這些裝置體積比較龐大，無法精確控制加速度的脈寬和幅值，并且需要配套完整的測速系統(tǒng)，安裝和使用很不方便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種微加速度計沖擊校準(zhǔn)裝置及其方法，為微加速度計的校準(zhǔn)提供一種結(jié)構(gòu)簡單方便可靠的電磁校準(zhǔn)方法及裝置，從而在不需要測量速度的情況下直接得出微加速度計的靈敏度。
本發(fā)明的電磁校準(zhǔn)方法通過控制沖擊加載裝置的電流直接對微加速度計施加特定的加速度，從而可以通過對比微加速度計的輸出信號直接得到靈敏度。
根據(jù)電磁基本理論中，載流線圈在均勻磁場中受電磁力，電磁力的大小與電流成正比，即F∝I (4)式中F為電磁力，I為通過線圈的電流。用這個電磁力去推動被校微加速度計，那么微加速度計獲得的加速度為a=Fm+M---(5)]]>式中m為被校微加速度計的質(zhì)量，M為校準(zhǔn)裝置的線圈、線圈支架、載物平臺的質(zhì)量總和。
所以可以得出，被校微加速度計受到的加速度和所施加的電流成正比，即
a∝I(6)通過控制電流的大小就可以控制對被校微加速度計施加的加速度。
如果在施加加速度為a的情況下，被校微加速度計的輸出信號為Vout，那么就可以根據(jù)下面的公式直接得到靈敏度為S=Vouta---(7)]]>信號控制器對電磁式微加速度計校準(zhǔn)沖擊加載裝置的線圈施加特定的信號，信號的大小代表加速度的大小。經(jīng)過標(biāo)定后可以確定這種對應(yīng)關(guān)系。載流線圈受電磁力作用在磁場中運動，通過線圈支架和載物平臺帶動被校微加速度計運動。微加速度計受加速度的作用產(chǎn)生信號，經(jīng)過放大器放大后進入瞬態(tài)波形存儲器。對比微加速度計的輸出信號和施加的加速度，就可以直接得到被校微加速度計的靈敏度。由于線圈支架、載物平臺和被校微加速度計的質(zhì)量很小，僅為幾克，所以很小的電磁力就可以獲得比較大的加速度。
具體地講，本發(fā)明公開了一種微加速度計校準(zhǔn)裝置，該裝置包括信號源、信號控制器、沖擊加載裝置以及輸出信號處理裝置，信號源與信號控制器相連，信號源的信號通過信號控制器進行控制，輸入到?jīng)_擊加載裝置，欲校準(zhǔn)微加速度計安裝在沖擊加載裝置之上，沖擊加載裝置與輸出信號裝置相連。
所述的輸出信號處理裝置包括瞬態(tài)波形存儲器、信號放大器，沖擊加載裝置輸出一信號，經(jīng)過瞬態(tài)波形存儲器以及信號放大器，輸出一可測量信號。
所述的信號為一電流脈沖信號。
所述的沖擊加載裝置為一電磁線圈裝置。
所述的沖擊加載裝置包括磁缸、線圈、線圈支架、載物平臺，線圈纏繞在線圈支架的外圍，線圈支架和載物平臺固連為一體，套放在磁缸的內(nèi)磁極上。
本發(fā)明還公開了一種微加速度計校準(zhǔn)方法，包括以下步驟1)將微加速度計放置于沖擊加載裝置上；2)為沖擊加載裝置輸入一電流信號；3)對微加速度計輸出的信號進行測量；4)將測量數(shù)值與步驟2輸入一電流信號進行對應(yīng)、計算；5)標(biāo)定微加速度計。
所述的信號源的信號通過信號控制器進行控制是指控制信號的幅值和脈寬。
所述的步驟2)之前還包括對輸入信號進行控制。
所述的進行控制是指對輸入信號的幅值和脈寬進行控制。
所述步驟2)中為沖擊加載裝置輸入的電流信號為一脈沖信號。
所述步驟3)中微加速度計輸出的信號為一脈沖信號。
所述步驟3)中測量包括將信號進行放大處理、存儲。
所述步驟4)中對應(yīng)、計算包括(1)測量微加速度計和沖擊加載裝置的線圈、線圈支架、載物平臺的總質(zhì)量；(2)確定為沖擊加載裝置輸入的電流信號的大小與微加速度計加速度大小的對應(yīng)關(guān)系；(2)計算輸出信號的大小與加速度大小的比值。
由于采用電磁加載方式，使得校準(zhǔn)裝置的尺寸大大縮小，可以隨身攜帶，這是目前其他校準(zhǔn)裝置無法做到的。由于可以通過控制加載電流來精確控制加載波形的脈寬和幅值，因而可以適應(yīng)不同自激頻率、不同量程的的微加速度計的校準(zhǔn)需要，不會引發(fā)自激。并且校準(zhǔn)精度高，數(shù)據(jù)處理極為方便。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細(xì)的說明圖1為微加速度計電磁校準(zhǔn)裝置工作示意圖；圖2為電磁式微加速度計校準(zhǔn)沖擊加載裝置結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
圖1所示的微加速度計電磁校準(zhǔn)裝置包括電磁式微加速度計校準(zhǔn)沖擊加載裝置6、信號源10、信號控制器9以及放大器7、瞬態(tài)波形存儲器8。
電磁式微加速度計校準(zhǔn)沖擊加載裝置結(jié)構(gòu)見附圖2，包括1-線圈、2-載物平臺、3-線圈支架、4-磁缸。其中載物平臺2和線圈支架3固連為一體，套放在磁缸4的內(nèi)磁極上，可以上下自由運動。
將被校微加速度計5安裝在電磁式微加速度計校準(zhǔn)沖擊加載裝置6的載物平臺2之上。用信號控制器9控制電磁式微加速度計校準(zhǔn)沖擊加載裝置6對被校微加速度計5施加沖擊載荷。由于信號控制器9的加載電流與微加速度計5受到的加速度之間成正比關(guān)系，因此可以經(jīng)過標(biāo)定來確定加載電流I和加速度a之間的對應(yīng)關(guān)系，并且可以通過控制加載電流的脈寬來控制加速度的脈寬。
將被校微加速度計的信號經(jīng)放大器用瞬態(tài)波形存儲器記錄下來。然后利用式(4)就可以得到被校微加速度計的靈敏度。
該校準(zhǔn)方法和裝置是針對微加速度計校準(zhǔn)而發(fā)明的。由于目前加速度計向微型化方向發(fā)展，因此今后微加速度計的校準(zhǔn)必然會成為一個迫切問題。本發(fā)明可以方便地調(diào)節(jié)加速度的幅值和脈寬以適應(yīng)不同規(guī)格的微加速度計的校準(zhǔn)需要，極大地提高了校準(zhǔn)精度。并且校準(zhǔn)裝置體積小、重量輕，可以隨身攜帶，安裝使用方便。
權(quán)利要求
1.一種微加速度計校準(zhǔn)裝置，用于校準(zhǔn)微加速度計，其特征在于，該裝置包括信號源、信號控制器、沖擊加載裝置以及輸出信號處理裝置，信號源與信號控制器相連，信號源的信號通過信號控制器進行控制，輸入到?jīng)_擊加載裝置，欲校準(zhǔn)微加速度計安裝在沖擊加載裝置之上，微加速度計與輸出信號裝置相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微加速度計校準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述的輸出信號處理裝置包括瞬態(tài)波形存儲器、信號放大器，沖擊加載裝置輸出一信號，經(jīng)過信號放大器以及瞬態(tài)波形存儲器，獲得一可測量信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的微加速度計校準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述的信號為一電流脈沖信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微加速度計校準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述的沖擊加載裝置為一電磁線圈裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微加速度計校準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述的沖擊加載裝置包括磁缸、線圈、線圈支架、載物平臺，線圈纏繞在線圈支架的外圍，線圈支架和載物平臺固連為一體，套放在磁缸的內(nèi)磁極上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的微加速度計校準(zhǔn)裝置，其特征在于，所述的信號源的信號通過信號控制器進行控制是指控制信號的幅值和脈寬。
7.一種微加速度計校準(zhǔn)方法，其特征在于，該方法包括以下步驟a.將微加速度計放置于沖擊加載裝置上；b.為沖擊加載裝置輸入一電流信號；c.對微加速度計輸出的信號進行測量；d.將測量數(shù)值與步驟b輸入一電流信號進行對應(yīng)、計算；e.標(biāo)定微加速度計。
8.據(jù)權(quán)利要求7所述的微加速度計校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述的步驟b之前還包括對輸入信號進行控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的微加速度計校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述的進行控制是指對輸入信號的幅值和脈寬進行控制。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微加速度計校準(zhǔn)方法，其特征在于，步驟b中為沖擊加載裝置輸入的電流信號為一脈沖信號。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微加速度計校準(zhǔn)方法，其特征在于，步驟c中微加速度計輸出的信號為一脈沖信號。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微加速度計校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述的測量包括將信號進行放大處理、存儲。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的微加速度計校準(zhǔn)方法，其特征在于，所述的對應(yīng)、計算包括(1)測量微加速度計和沖擊加載裝置的線圈、線圈支架、載物平臺的總質(zhì)量；(2)確定為沖擊加載裝置輸入的電流信號的大小與微加速度計加速度大小的對應(yīng)關(guān)系；(2)計算輸出信號的大小與加速度大小的比值。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種微加速度計校準(zhǔn)裝置及其方法，用于校準(zhǔn)微加速度計，包括信號源、信號控制器、沖擊加載裝置以及輸出信號處理裝置，信號源與信號控制器相連，信號源的信號通過信號控制器進行控制，輸入到?jīng)_擊加載裝置，欲校準(zhǔn)微加速度計安裝在沖擊加載裝置之上，微加速度計與輸出信號裝置相連，對微加速度計輸出的信號進行測量，將測量數(shù)值與步驟b輸入一電流信號進行對比、計算，即可標(biāo)定微加速度計。通過控制沖擊加載裝置的電流直接對微加速度計施加特定的加速度，從而可以通過對比微加速度計的輸出信號直接得到靈敏度。
文檔編號G01P21/00GK1508549SQ02156508
公開日2004年6月30日 申請日期2002年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月16日
發(fā)明者張?zhí)┤A 申請人:中國科學(xué)院力學(xué)研究所