1、1基于准 高压传感器动态校准系统研究摘 要：本文主要是介绍一种适用于兵器工业领域中高动压测试的技术：准 校准。在以前的研究中已经有了一系列的校准方法及其相应的校准装置，但由于这些校准装置只适用于低压测试，而且产生的误差也比较大，在这样的前提下提出了准 校准这样的一个新概念。因此，准 校准的目的是改正传统的校准方法不能适应高压的缺点，并提高精度。本文主要介绍了准 校准法的定义、提出的背景以及准 校准法的优越性，同时设计出了它的校准装置并叙述了其工作原理。到目前为止，国内外对于高动压测试技术的研究并不是很完善，准 校准技术也是如此，都需要做进一步地研究。 关键词：准 校准；校准装置；准 信号 1
2、引言 今天，信息技术对社会发展?p 科学进步起到了决定性作用。而信息的采集离不开传感器技术，传感器广泛应用于各个领域。利用传感器要获得准确的测量结果，就必须对传感器和测量系统进行正确校准。我国近年来在高压传感器的动态标定技术和设备的研究方面进行了大量的探索和研究，并取得了一系列明显的成绩。为确保动态参数测试的精度、可靠和统一，就要求在大力发展动态测试技术的同时，开展动态校准技术的研究，尤其是高压动态校准技术方面的研究。 2 准 校准 2本文主要是研究高动压测试中的一种方法：准 校准法。首先要了解准 校准法提出的前提；其次，要知道准 校准法相对于以往的校准方法存在怎样的特点和优势。 2.1 准
3、校准法的提出 理论上，若以理想的 脉冲（函数）激励某系统，那么其响应（时域）就是该系统的脉冲响应，且此响应的傅立叶变换即为该系统的频率响应特性。因此，如果能实际产生近似的 脉冲并用它对传感器与测试系统进行激励，则对其响应作傅立叶变换，就可获得一定精度的传感器与测试系统的频率响应特性。从校准的意义上讲，其实质是以近似的 脉冲作激励源。若称此近似的 脉冲为准 脉冲，则相应的动态校准方法可称为准 校准法。 2.2 准 函数和准 信号的定义 准 函数，又名冲激函数，它宽度为 0，幅值，积分面积为 1，频谱从 0均为恒值，是最理想的激励源，但在物理上无法实现。 准 信号：若一波形任意的时限脉冲函数 f（
4、t） ，在一定频率范围内和任意给定的精度上与 函数有近似的归一化幅相频谱，则称 f（t）为该精度上的准 函数，或称准 冲激、准 脉冲。脉宽为微秒量级，幅值为一定值，物理上能够实现。 2.3 准 信号的特点 分析后可以归纳出准 信号的三个特点： 准 信号的频谱从零频开始，比较平缓，适合精确的校准； 准 信号的波形不影响其频谱。也就是说，波形不一样的准 3信号通过傅立叶变换得到的频谱相差不大； 准 信号的脉冲宽度越窄，得到的频谱就越平缓。 2.4 准 校准法的优越性 对于本课题研究的准 校准法，相对于以往的校准方法，存在着明显的优势，主要表现在以下的一些方面： 根据上面的介绍可以知道，对作为激励信
5、号的准 信号仅限制激励脉冲的脉宽而不限制激励的波形，加之校准的频率响应特性采用以零频幅值归一化，虽然在高压下校准但并不需要对高压脉冲幅值作精确的测量。这样，就避开了传统的校准方法必须精确地已知激励波形的难点。准 信号作为压力动态校准的激励源，相应的动态校准法即准 法，使频率响应特性可校准的下限频率严格地达到零频，从而开辟由静态灵敏度向动态灵敏度过渡的有效途径。就目前的校准技术而言，可校准的最高动压和上限频率分别为 100OMPa 和 2OkHz，且幅频、相频校准误差小于 25%。 3 校准装置及工作原理 3.1 校准装置组成 整个系统由基座、定位支架、枪管、霍普金逊杆、压电传感器、应变仪和高压
6、甘油以及电荷放大器、瞬态波形记录仪等组成。原理框图如图 图中的电磁阀是一种常闭的装置，即使接上电源后也是关闭的。但当电源关闭的一瞬间，电磁阀就打开了； 4霍普金逊杆本质上是一种简单的弹性杆，在杆的一端施加未知的压力时间载荷，产生一个弹性波在杆中传播，弹性波通过试件时，使试件发生塑性变形。它是测试瞬态脉冲应力的一种方法； 高压甘油产生的静压有活塞式压力计产生，通过改变活塞式压力计的砝码就可以得到不同的静态压力。1000MPa 活塞式压力计（以下简称压力计）作为 50MPa1000MPa 范围内检定标准弹簧压力表和校验压力传感器。也可以用于实验室其它高精度压力测量。本压力计主要由架体、柱塞泵、高压
7、连通管、传动装置、倍压器、测量头、砝码等七个部分组成。倍压器的作用是通过一定的倍数比将柱塞泵产生的低压变为高压。测量头的作用是通过一定的倍数比减低压力，并通过活塞和砝码相连接。根据砝码的质量可知倍压器高压腔的压力。 3.2 校准装置工作原理 高压气瓶中的气体通过手动阀放入高压气室中，高压气室有一定的体积容量，通过上面的压力表可以看到此时的气压，关闭手动阀，使气瓶和高压气室隔离。打开电磁阀，高压气体进入空气炮，推动子弹在枪膛中快速运动，子弹撞击霍普金逊杆，此时产生的信号就相当于准 信号。由于作用的时间极短，产生的压力波在霍普金逊杆中快速传播，它在高压甘油和霍普金逊杆两接触面之间发生反射和折射，折
8、射波进入高压甘油中，激励传感器的敏感面，对传感器施加一个激励信号。由于传感器中压电晶体产生的电量很小，需要通过电荷放大器对电压信号进行放大，这样才能被瞬态波形记录仪接受并显示出一定的波形，再通过与其相连的计算机对波形进行分析就可以得到传感器在相应高压下的响应，5并保存结果。同时，在霍普金逊杆上贴上应变片，来监测应力波在霍普金逊杆中传播的情况。 本文研究的准 校准装置的优点在于：将传感器放置在密封的高压甘油中，这一部分产生的压力是很大的，而传感器实际感受到的压力就只是压力发生器产生的压力，就是子弹撞击霍普金逊杆后传到传感器上面的压力。因此，不会损坏传感器的压电晶体和垂链结构。 4 结论 在兵器工
9、业领域中，对于校准方法要求很高，以往适用于低压测试的一些装置已经不能用于高动压的测量。而本文研究的准 校准技术及其装置适用于高压测试的要求，并且可以使频率响应特性可校准的下限频率严格地达到零频，最重要的是利用准 信号作为校准的激励源可以避开传统的校准方法必须精确地已知激励波形的难点。因此，此校准方法在高压传感器动态校准系统研究中被广泛应用。 参考文献 1 肖峰，高德香，方向君.高压传感器动态校准的理论分析与实践.测试技术学报，1994，08（2） 2 潘德恒，路宏年，王曙光.高压传感器的准 冲激动态校准.兵工学报，1991，02（1） 3 夏德岑.自动控制理论.北京：机械工业出版社，1995.75
