10000g值沖擊傳感器幅值非線性測試研究

于德潤 褚雷陽

引言：某研制型號產品任務書要求10000g值的沖擊傳感器幅值非線性小于5%，在生產、測試后發現大多數的沖擊傳感器非線性指標普遍達到7%～15%，不能滿足要求。在對影響沖擊傳感器幅值非線性校準的主要因素：測試設備精度、安裝方式、傳感器固有頻率等進行分析后，將對高g值沖擊傳感器非線性測試方法進行了改進，使被測傳感器與標準傳感器背對背連接在一起，提高了高g值沖擊傳感器非線性測試的精度，從而更準確、有效地校準高g值沖擊傳感器的幅值非線性，結果表明按此方案校準的沖擊傳感器的幅值非線性全部小于5%，滿足任務書要求，交付的產品通過了飛行試驗的考核。

一、引言

沖擊傳感器幅值非線性是指在規定的加速度范圍內，加速度傳感器的靈敏度隨不同的加速度值的變化情況，一般是隨著加速度值的升高，幅值線性曲線上翹。而沖擊傳感器的幅值動態范圍是指沖擊傳感器幅值線性曲線上以一定精度保持線性的一段。本產品為10000g沖擊傳感器，采用了沖擊比較校準法，但在測試中發現非線性測試時脈沖寬度比較窄，10000g時脈沖寬度大約為0.1ms，容易產生諧振，引入高頻分量影響傳感器的非線性，使絕大多數產品不能滿足要求。

二、沖擊傳感器非線性校準方法研究

沖擊比較法校準也稱為沖擊二次校準法，任何能夠產生可復現的速度變化并且該變化是時間的函數的方法都可以用來校準加速度傳感器的靈敏度，要精確的得到加速度傳感器的沖擊靈敏度，不僅取決于待測傳感器的機械和電氣特性，也取決于測量系統的特性。最好進行系統校準，從而確定傳感器的非線性以及所觀測大致范圍內記錄儀器的非線性。對沖擊信號校準裝置的性能參數比較見表1。

表1沖擊校準裝置

找出 中的最大值 ，此即為傳感器的非線性。

三、沖擊傳感器的安裝設計

10000g沖擊傳感器非線性校準裝置為ENDEVCO 68375型振動沖擊自動校準裝置。標準加速度計非線性為1%，沖擊傳感器測試系統安裝情況如圖1所示。將傳感器安裝在測試夾具上，測試夾具安裝在標準加速度計上。標準加速度計通過螺紋連接在測試砧子上，沖擊校準裝置的空氣槍沖擊測試砧子，產生沖擊激勵信號進行非線性測試，傳感器要經過三次轉接才能安裝到校準裝置上。

測試夾具的轉接降低了系統的固有頻率，使沖擊傳感器產生諧振，影響沖擊傳感器的非線性測試精度。為了提高沖擊傳感器的非線性測試精度，采取膠接方式，使沖擊傳感器與標準傳感器背靠背連接在一起，被測沖擊傳感器的輸出波形與標準傳感器的波形非常接近，沖擊脈沖寬度一致，沖擊傳感器輸出波形沒有發生震蕩。沖擊傳感器與標準傳感器膠接示意圖如圖1所示。

圖1沖擊傳感器與標準傳感器膠接示意圖

通過采用沖擊傳感與標準傳感器膠接的新方法，降低了測試系統的高度，提高了測試系統的固有頻率，使非線性測試更準確。對傳感器進行了非線性測試。數據見表2。

表210000g沖擊傳感器非線性測試結果

四、結論

被測傳感器與標準傳感器、測試系統之間的安裝方式對高g傳感器非線性校準的影響很大，而測試夾具的轉接，降低了系統的固有頻率，使沖擊傳感器產生諧振，從而影響沖擊傳感器的非線性測試精度。而通過一種膠接方式使被測傳感器與標準傳感器背對背連接在一起，降低了測試系統的高度，提高了沖擊傳感器測試系統的固有頻率，使沖擊傳感器的輸出緊緊跟隨標準傳感器的輸出，測試中沖擊傳感器不再發生高頻諧振，減小了由于沖擊夾具轉接對沖擊傳感器的損傷，在保證產品敏感芯體安全的同時，提高了沖擊傳感器非線性測試的效率，使非線性測試精度從15%提高到小于5%。小小的改進解決了困擾產品研制的大問題。

（作者單位：二炮駐哈爾濱軍事代表室）