一种三轴加速度计灵敏度系数同步冲击校准方法与装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种三轴加速度计灵敏度系数同步冲击校准方法与装置，本发明专利技术装置主要包括导向柱、无杆气缸、安装座、跌落平台、刹车机构、滑块、编码器、波形发生器、基座、标准单轴加速度计、安装座固定螺栓、波形发生器固定螺栓、空气压缩机、动态数据采集系统。本发明专利技术方法包括安装待校准三轴加速度计、提升跌落平台、跌落冲击、采集数据、求取输入加速度、求取输入矩阵和输出矩阵、计算灵敏度系数步骤。本发明专利技术方法可以在各敏感轴同时受到冲击载荷的情况下得到三轴加速度计的主灵敏度系数与轴间耦合灵敏度系数；本发明专利技术装置能够沿三坐标轴方向激励同步的冲击载荷，对激励载荷的峰值和脉宽进行调节，实现对三轴加速度计的同步冲击校准。实现对三轴加速度计的同步冲击校准。实现对三轴加速度计的同步冲击校准。

【技术实现步骤摘要】
一种三轴加速度计灵敏度系数同步冲击校准方法与装置


[0001]本专利技术属于加速度计校准
，具体涉及一种对三轴加速度计灵敏度系数，包括轴向灵敏度系数与轴间灵敏度系数，进行同步冲击校准的方法与装置。

技术介绍

[0002]加速度计广泛应用于振动、冲击测试等领域，在工程实践与科学研究中具有重要作用。按输入轴的数目划分，加速度计通常可分为单轴、双轴和三轴加速度计。特别地，单轴加速度计是指只能沿某一个方向测量加速度的加速度计，而三轴加速度计是指能够沿三个坐标轴方向同时测量加速度的加速度计。工程实际中，通常要求对空间中的三维加速度进行测量，因此三轴加速度计具有相对较高的实用价值。
[0003]灵敏度系数校准是加速度计设计、生产中不可或缺的关键环节之一，准确有效的灵敏度校准是保证加速度计测量精度的基本前提，而实现三轴加速度计灵敏度的校准在技术上有一定的难度。主要体现在三轴加速度计的校准对载荷激励的同步性有要求，即要求校准装置沿三轴加速度计各敏感轴方向激励的载荷不仅能够被准确计量，还要在时间上保持同步。对于脉宽仅为毫秒甚至更低量级的冲击载荷而言，要实现沿三轴方向的同步激励有较高的技术要求。
[0004]目前，三轴加速度计的校准方法可以归纳为两种：单轴依次校准法和同步校准法。单轴依次校准法是采用单轴加速度计的校准方式对三轴加速度计的各个敏感轴进行依次校准。由于各敏感轴不能同时受载，该方法的不足是难以对轴间耦合灵敏度系数进行准确的评估。
[0005]同步校准法是对三轴加速计的各敏感轴进行同步加载和校准。常见的三轴加速度计同步校准方法可归纳为三种：重力加速度分解法、三轴振动法和三轴冲击法。
[0006]所谓重力加速度分解法，是指通过调整加速度计的安装姿态，将加速度计自身的重力加速度分解到三个敏感轴上，从而实现三轴加速度计同步加载的校准方法。例如，专利CN113295887A公开了一种基于重力加速度分解的三轴加速度计灵敏度系数校准方法。
[0007]所谓三轴振动法，是指采用三轴激振器(由三个两两垂直分布的单轴激振器构成)激励同步载荷的校准方法。例如，专利CN105137122A和专利CN106199073分别公开了一种采用三轴激振器，并分别以滑槽滑块和平面空气轴承作为解耦装置的三轴加速度计校准方法和装置。
[0008]所谓三轴冲击法，是指对三轴加速度计进行同步冲击加载的校准方法。例如，专利CN108548942B公开了一种基于真三轴Hopkinson杆的高g值三轴加速度计同步校准方法和装置。
[0009]上述方法和装置虽然能在一定范围内实现三轴加速度计的同步校准，但均具有相当程度的局限性。例如，重力加速度分解法沿三轴加速度计各敏感轴激励的加速度不会超过1g，因此该方法只适用于小量程三轴加速度计的校准。三轴振动法需同时使用三台激振器并配合解耦装置，机械结构复杂，工程造价高，难以推广应用；而且，振动校准方法中激励
的载荷为周期性振动载荷，而实际工程中加速度计所承受的载荷多为冲击(脉冲)载荷，用振动载荷校准得到的灵敏度系数测量冲击载荷是否会产生不容忽视的偏差，目前尚无定论。专利CN108548942B公开的三轴冲击法中，待校准三轴加速度计的各敏感轴均须通过螺栓固支于一个弹性框的内表面，这与目前广泛采用的三轴加速度计的装夹方式和使用模式都不适用，因此很难是在实际工程中得以应用。
[0010]综上，现有方法和装置均难以在普遍范围内实现对三轴加速度计的有效校准，尤其是同步的冲击校准，其核心问题在于不能沿三个坐标轴方向激励同步的冲击载荷。因此，开发一种能够实现三分量冲击载荷同步激励，进而实现对三轴加速度计同步冲击校准的方法和装置具有重大的工程应用价值和迫切的现实意义。

技术实现思路

[0011]为了克服当前三轴加速度计同步校准方法和装置中存在的不能沿三坐标轴方向激励同步冲击载荷，进而无法实现三轴加速度计同步冲击校准的不足，本专利技术公开了一种三轴加速度计灵敏度系数同步冲击校准方法与装置。
[0012]本专利技术解决其技术问题采用的技术方案是：
[0013]一种三轴加速度计灵敏度系数同步冲击校准装置，主要包括：导向柱、无杆气缸、安装座、跌落平台、刹车机构、滑块、编码器、波形发生器、基座、标准单轴加速度计、安装座固定螺栓、波形发生器固定螺栓、空气压缩机、动态数据采集系统。
[0014]所述基座上设置有2个导向柱和2个无杆气缸，2个导向柱、2个无杆气缸均在所述基座上对称放置，所述导向柱和所述无杆气缸均与所述基座固定连接，所述导向柱和所述无杆气缸均竖直放置；所述波形发生器位于所述基座的上表面中心，所述波形发生器与所述基座通过波形发生器固定螺栓固定连接；所述编码器位于所述基座上，并与所述基座固定连接，位于所述无杆气缸的一侧。
[0015]所述基座为长方体形，基座下部设置有突台，突台上设置有用于与地面固定连接的地脚螺栓孔；基座上表面的中央设置有与波形发生器相连接的螺栓孔，螺栓孔为M16内螺纹螺栓孔；基座上表面对称设置与导向柱、无杆气缸相连接的盲孔。
[0016]所述滑块与所述无杆气缸的活塞固定连接，当处于非刹车状态时，所述滑块可以随着无杆气缸压力的增加向上带载移动。
[0017]所述滑块有2个，分别固定在所述跌落平台的两侧，所述滑块与所述编码器相连接。
[0018]所述跌落平台与所述刹车机构固定连接，所述刹车机构与所述导向柱相接，当处于非刹车状态时，所述跌落平台和刹车机构可以一同沿导向柱上下方向滑动；所述安装座位于所述跌落平台上侧，所述安装座与所述跌落平台通过安装座固定螺栓固定连接；标准单轴加速度计位于安装座上，并与安装座固定连接。
[0019]所述跌落平台上表面中心对称设置有与所述安装座相连接的螺纹孔，用于固定安装座。
[0020]所述跌落平台为实心结构，材质为45#钢。
[0021]所述安装座位于所述跌落平台上表面的中央，与所述跌落平台固定连接。
[0022]所述刹车机构位于跌落平台和导向柱之间，与空气压缩机一起用于跌落平台的制
动。
[0023]所述编码器用于记录所述滑块的高度值。
[0024]所述空气压缩机位于基座的一侧，与无杆气缸、刹车机构分别相连接，用于给无杆气缸、刹车机构提供压缩空气。
[0025]所述动态数据采集系统位于所述基座的一侧，与所述标准单轴加速度计、待校准三轴加速度计相连接，用于采集标准单轴加速度计、待校准三轴加速度计的输出信号。
[0026]上述的三轴加速度计灵敏度系数同步冲击校准装置，所述导向柱共有2根，长度方向垂直地面，用于限定所述跌落平台和所述刹车机构的滑动路径，当装置处于非刹车状态时，所述跌落平台和所述刹车机构可以沿导向柱自由滑落；当处于刹车状态时，所述刹车机构可以将所述跌落平台连同其本身抱死在导向柱上。刹车机构为气压碟刹刹车机构，
[0027]上述的三轴加速度计灵敏度系数同步冲击校准装置，所述无杆气缸为单向可控气缸，接通空气压缩机气源时可驱动所本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种三轴加速度计灵敏度系数同步冲击校准装置，其特征在于，主要包括：导向柱(1)、无杆气缸(2)、安装座(3)、跌落平台(4)、刹车机构(5)、滑块(6)、编码器(8)、波形发生器(9)、基座(10)、标准单轴加速度计(11)、安装座固定螺栓(13)、波形发生器固定螺栓(14)、空气压缩机(18)、动态数据采集系统(19)；所述基座(10)上设置有2个导向柱(1)和2个无杆气缸(2)，2个导向柱(1)、2个无杆气缸(2)均在所述基座(10)上对称放置，所述导向柱(1)和所述无杆气缸(2)均与所述基座(10)固定连接，所述导向柱(1)和所述无杆气缸(2)均竖直放置；所述波形发生器(9)位于所述基座(10)的上表面中心，所述波形发生器(9)与所述基座(10)通过波形发生器固定螺栓(14)固定连接；所述编码器(8)位于所述基座(10)上，并与所述基座(10)固定连接，位于所述无杆气缸(2)的一侧；所述基座(10)为长方体形，基座(10)下部设置有突台，突台上设置有用于与地面固定连接的地脚螺栓孔(15)；基座(10)上表面的中央设置有与波形发生器(9)相连接的螺栓孔，螺栓孔为M16内螺纹螺栓孔；基座(10)上表面对称设置与导向柱(1)、无杆气缸(2)相连接的盲孔；所述滑块(6)与所述无杆气缸(2)的活塞固定连接，当处于非刹车状态时，所述滑块(6)可以随着无杆气缸(2)压力的增大而向上带载移动；所述滑块(6)有2个，分别固定在所述跌落平台(4)的两侧，所述滑块(6)与所述编码器(8)相连接；所述跌落平台(4)与所述刹车机构(5)固定相接，所述刹车机构(5)与所述导向柱(1)相接，当处于非刹车状态时，所述跌落平台(4)和刹车机构(5)可以一同沿导向柱(1)上下方向滑动；所述安装座(3)位于所述跌落平台(4)上侧，所述安装座(3)与所述跌落平台(4)通过安装座固定螺栓(13)固定连接；标准单轴加速度计(11)位于安装座(3)上，并与安装座(3)固定连接；所述跌落平台(4)上表面中心对称设置有与所述安装座(3)相连接的螺纹孔，用于固定安装座(3)；跌落平台(4)为实心结构，材质为45#钢；所述安装座(3)位于所述跌落平台(4)上表面的中央，与所述跌落平台(4)固定连接；所述刹车机构(5)位于跌落平台(4)和导向柱(1)之间，与空气压缩机(18)一起用于跌落平台(4)的制动；所述编码器(8)用于记录所述滑块(6)的高度值；所述空气压缩机(18)位于基座(10)的一侧，与无杆气缸(2)、刹车机构(5)分别相连接，用于给无杆气缸(2)、刹车机构(5)提供压缩空气；所述动态数据采集系统(19)位于所述基座(10)的一侧，与所述标准单轴加速度计(11)、待校准三轴加速度计(12)相连接，用于采集标准单轴加速度计(11)、待校准三轴加速度计(12)的输出信号。2.根据权利要求1所述的三轴加速度计灵敏度系数同步冲击校准装置，其特征在于，所述导向柱(1)共有2根，长度方向垂直地面，用于限定所述跌落平台(4)和所述刹车机构(5)的滑动路径，当装置处于非刹车状态时，所述跌落平台(4)和所述刹车机构(5)可以沿导向柱(1)自由滑落；当处于刹车状态时，所述刹车机构(5)可以将所述跌落平台(4)连同其本身
抱死在导向柱(1)上；刹车机构(5)为气压碟刹刹车机构。3.根据权利要求2所述的三轴加速度计灵敏度系数同步冲击校准装置，其特征在于，所述无杆气缸(2)为单向可控气缸，接通空气压缩机(18)气源时可驱动所述滑块(6)向上带载运动，断开空气压缩机(18)气源后滑块(6)失去动力自由滑落；单个无杆气缸(2)的最大推力不低于跌落平台(4)、安装座(3)重力总和的60％。4.根据权利要求1所述的三轴加速度计灵敏度系数同步冲击校准装置，其特征在于，所述安装座(3)为整体结构，可分为安装座基底和安装座主体两部分，安装座主体在上，安装座基底在下；安装座基底为长方体形板，设置有与跌落平台(4)固定连接的螺栓孔；安装座主体为竖直截面为直角梯形的五棱柱体，即水平放置的五棱柱体，所述标准单轴加速度计(11)位于安装座主体的上表面中央，即安装座平面(16)中央，粘接固定；直角梯形斜边所对应的面称为斜面，待校准三轴加速度计安装于斜面中心。5.根据权利要求4所述的三轴加速度计灵敏度系数同步冲击校准装置，其特征在于，所述编码器(8)包括钢丝线(7)、转子、数字显示表，所述钢丝线(7)一端缠绕于转子，一端与滑块(6)相连接，所述转子与所述数字显示表相接，所述数字显示表显示所述滑块(6)的高度，间接反映了跌落平台(4)的高度；编码器测量值由数字显示表显示，所述数字显示表和所述转子位于基座(10)上表面，与所述基座(10)固定相接，所述数字显示表和所述转子位于所述无杆气缸(2)的一侧。6.根据权利要求1所述的三轴加速度计灵敏度系数同步冲击校准装置，其特征在于，所述波形发生器(9)主体呈片状，材质为橡胶，其上端面为带有一定曲率的弧面，下端面为平面。7.使用如权...

【专利技术属性】
技术研发人员：王清华，吴一鸣，徐丰，张媛媛，张淞淇，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：