李楊華

摘 要：本文主要是介紹一種適用于兵器工業(yè)領(lǐng)域中高動壓測試的技術(shù)：準(zhǔn)δ校準(zhǔn)。在以前的研究中已經(jīng)有了一系列的校準(zhǔn)方法及其相應(yīng)的校準(zhǔn)裝置，但由于這些校準(zhǔn)裝置只適用于低壓測試，而且產(chǎn)生的誤差也比較大，在這樣的前提下提出了準(zhǔn)δ校準(zhǔn)這樣的一個新概念。因此，準(zhǔn)δ校準(zhǔn)的目的是改正傳統(tǒng)的校準(zhǔn)方法不能適應(yīng)高壓的缺點，并提高精度。本文主要介紹了準(zhǔn)δ校準(zhǔn)法的定義、提出的背景以及準(zhǔn)δ校準(zhǔn)法的優(yōu)越性，同時設(shè)計出了它的校準(zhǔn)裝置并敘述了其工作原理。到目前為止，國內(nèi)外對于高動壓測試技術(shù)的研究并不是很完善，準(zhǔn)δ校準(zhǔn)技術(shù)也是如此，都需要做進一步地研究。

關(guān)鍵詞：準(zhǔn)δ校準(zhǔn)；校準(zhǔn)裝置；準(zhǔn)δ信號

1 引言

今天，信息技術(shù)對社會發(fā)展﹑科學(xué)進步起到了決定性作用。而信息的采集離不開傳感器技術(shù)，傳感器廣泛應(yīng)用于各個領(lǐng)域。利用傳感器要獲得準(zhǔn)確的測量結(jié)果，就必須對傳感器和測量系統(tǒng)進行正確校準(zhǔn)。我國近年來在高壓傳感器的動態(tài)標(biāo)定技術(shù)和設(shè)備的研究方面進行了大量的探索和研究，并取得了一系列明顯的成績。為確保動態(tài)參數(shù)測試的精度、可靠和統(tǒng)一，就要求在大力發(fā)展動態(tài)測試技術(shù)的同時，開展動態(tài)校準(zhǔn)技術(shù)的研究，尤其是高壓動態(tài)校準(zhǔn)技術(shù)方面的研究。

2 準(zhǔn)δ校準(zhǔn)

本文主要是研究高動壓測試中的一種方法：準(zhǔn)δ校準(zhǔn)法。首先要了解準(zhǔn)δ校準(zhǔn)法提出的前提；其次，要知道準(zhǔn)δ校準(zhǔn)法相對于以往的校準(zhǔn)方法存在怎樣的特點和優(yōu)勢。

2.1 準(zhǔn)δ校準(zhǔn)法的提出

理論上，若以理想的δ脈沖（δ—函數(shù)）激勵某系統(tǒng)，那么其響應(yīng)（時域）就是該系統(tǒng)的脈沖響應(yīng)，且此響應(yīng)的傅立葉變換即為該系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性。因此，如果能實際產(chǎn)生近似的δ脈沖并用它對傳感器與測試系統(tǒng)進行激勵，則對其響應(yīng)作傅立葉變換，就可獲得一定精度的傳感器與測試系統(tǒng)的頻率響應(yīng)特性。從校準(zhǔn)的意義上講，其實質(zhì)是以近似的δ脈沖作激勵源。若稱此近似的δ脈沖為準(zhǔn)δ脈沖，則相應(yīng)的動態(tài)校準(zhǔn)方法可稱為準(zhǔn)δ校準(zhǔn)法。

2.2 準(zhǔn)δ函數(shù)和準(zhǔn)δ信號的定義

準(zhǔn)δ函數(shù)，又名沖激函數(shù)，它寬度為0，幅值∞，積分面積為1，頻譜從0～∞均為恒值，是最理想的激勵源，但在物理上無法實現(xiàn)。

準(zhǔn)δ信號：若一波形任意的時限脈沖函數(shù)f（t），在一定頻率范圍內(nèi)和任意給定的精度上與δ函數(shù)有近似的歸一化幅相頻譜，則稱f（t）為該精度上的準(zhǔn)δ函數(shù)，或稱準(zhǔn)δ沖激、準(zhǔn)δ脈沖。脈寬為微秒量級，幅值為一定值，物理上能夠?qū)崿F(xiàn)。

2.3 準(zhǔn)δ信號的特點

分析后可以歸納出準(zhǔn)δ信號的三個特點：

①準(zhǔn)δ信號的頻譜從零頻開始，比較平緩，適合精確的校準(zhǔn)；

②準(zhǔn)δ信號的波形不影響其頻譜。也就是說，波形不一樣的準(zhǔn)δ信號通過傅立葉變換得到的頻譜相差不大；

③準(zhǔn)δ信號的脈沖寬度越窄，得到的頻譜就越平緩。

2.4 準(zhǔn)δ校準(zhǔn)法的優(yōu)越性

對于本課題研究的準(zhǔn)δ校準(zhǔn)法，相對于以往的校準(zhǔn)方法，存在著明顯的優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在以下的一些方面：

①根據(jù)上面的介紹可以知道，對作為激勵信號的準(zhǔn)δ信號僅限制激勵脈沖的脈寬而不限制激勵的波形，加之校準(zhǔn)的頻率響應(yīng)特性采用以零頻幅值歸一化，雖然在高壓下校準(zhǔn)但并不需要對高壓脈沖幅值作精確的測量。這樣，就避開了傳統(tǒng)的校準(zhǔn)方法必須精確地已知激勵波形的難點。

②準(zhǔn)δ信號作為壓力動態(tài)校準(zhǔn)的激勵源，相應(yīng)的動態(tài)校準(zhǔn)法即準(zhǔn)δ法，使頻率響應(yīng)特性可校準(zhǔn)的下限頻率嚴(yán)格地達(dá)到零頻，從而開辟由靜態(tài)靈敏度向動態(tài)靈敏度過渡的有效途徑。就目前的校準(zhǔn)技術(shù)而言，可校準(zhǔn)的最高動壓和上限頻率分別為100OMPa和2OkHz，且幅頻、相頻校準(zhǔn)誤差小于2～5%。

3 校準(zhǔn)裝置及工作原理

3.1 校準(zhǔn)裝置組成

整個系統(tǒng)由基座、定位支架、槍管、霍普金遜桿、壓電傳感器、應(yīng)變儀和高壓甘油以及電荷放大器、瞬態(tài)波形記錄儀等組成。原理框圖如圖

①圖中的電磁閥是一種常閉的裝置，即使接上電源后也是關(guān)閉的。但當(dāng)電源關(guān)閉的一瞬間，電磁閥就打開了；

②霍普金遜桿本質(zhì)上是一種簡單的彈性桿，在桿的一端施加未知的壓力—時間載荷，產(chǎn)生一個彈性波在桿中傳播，彈性波通過試件時，使試件發(fā)生塑性變形。它是測試瞬態(tài)脈沖應(yīng)力的一種方法；

③高壓甘油產(chǎn)生的靜壓有活塞式壓力計產(chǎn)生，通過改變活塞式壓力計的砝碼就可以得到不同的靜態(tài)壓力。1000MPa活塞式壓力計（以下簡稱壓力計）作為50MPa—1000MPa范圍內(nèi)檢定標(biāo)準(zhǔn)彈簧壓力表和校驗壓力傳感器。也可以用于實驗室其它高精度壓力測量。本壓力計主要由架體、柱塞泵、高壓連通管、傳動裝置、倍壓器、測量頭、砝碼等七個部分組成。倍壓器的作用是通過一定的倍數(shù)比將柱塞泵產(chǎn)生的低壓變?yōu)楦邏骸y量頭的作用是通過一定的倍數(shù)比減低壓力，并通過活塞和砝碼相連接。根據(jù)砝碼的質(zhì)量可知倍壓器高壓腔的壓力。

3.2 校準(zhǔn)裝置工作原理

高壓氣瓶中的氣體通過手動閥放入高壓氣室中，高壓氣室有一定的體積容量，通過上面的壓力表可以看到此時的氣壓，關(guān)閉手動閥，使氣瓶和高壓氣室隔離。打開電磁閥，高壓氣體進入空氣炮，推動子彈在槍膛中快速運動，子彈撞擊霍普金遜桿，此時產(chǎn)生的信號就相當(dāng)于準(zhǔn)δ信號。由于作用的時間極短，產(chǎn)生的壓力波在霍普金遜桿中快速傳播，它在高壓甘油和霍普金遜桿兩接觸面之間發(fā)生反射和折射，折射波進入高壓甘油中，激勵傳感器的敏感面，對傳感器施加一個激勵信號。由于傳感器中壓電晶體產(chǎn)生的電量很小，需要通過電荷放大器對電壓信號進行放大，這樣才能被瞬態(tài)波形記錄儀接受并顯示出一定的波形，再通過與其相連的計算機對波形進行分析就可以得到傳感器在相應(yīng)高壓下的響應(yīng)，并保存結(jié)果。同時，在霍普金遜桿上貼上應(yīng)變片，來監(jiān)測應(yīng)力波在霍普金遜桿中傳播的情況。

本文研究的準(zhǔn)δ校準(zhǔn)裝置的優(yōu)點在于：將傳感器放置在密封的高壓甘油中，這一部分產(chǎn)生的壓力是很大的，而傳感器實際感受到的壓力就只是壓力發(fā)生器產(chǎn)生的壓力，就是子彈撞擊霍普金遜桿后傳到傳感器上面的壓力。因此，不會損壞傳感器的壓電晶體和垂鏈結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)論

在兵器工業(yè)領(lǐng)域中，對于校準(zhǔn)方法要求很高，以往適用于低壓測試的一些裝置已經(jīng)不能用于高動壓的測量。而本文研究的準(zhǔn)δ校準(zhǔn)技術(shù)及其裝置適用于高壓測試的要求，并且可以使頻率響應(yīng)特性可校準(zhǔn)的下限頻率嚴(yán)格地達(dá)到零頻，最重要的是利用準(zhǔn)δ信號作為校準(zhǔn)的激勵源可以避開傳統(tǒng)的校準(zhǔn)方法必須精確地已知激勵波形的難點。因此，此校準(zhǔn)方法在高壓傳感器動態(tài)校準(zhǔn)系統(tǒng)研究中被廣泛應(yīng)用。

參考文獻

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