XX型炮弹的三轴加速度测试研究

XX型炮弹的三轴加速度测试研究

1 引言
    高冲击条件下的动态参数指标对于现代武器系统的研制具有重要的现实意义。压阻式加速度计具有线性度好、外围电路简单、抗过载能力强等优点。因而成为高量程微加速度计设计的首选，广泛用于冲击、振动加速度的测量。对于此炮弹过载的测试，选用高G加速度传感器，其工作特性能够满足测试要求。

2 测试系统的电路原理
    该系统设计采用典型的存储测试电路，其原理见图1。

    图1中，通过仪表放大器将传感器的输出电压差量转化为电压量，将其直接通过有源二阶低通滤波器滤波放大，通过A／D转换，将模拟量转化为数字量存入存储器中。最后通过计算机读取数字信号。在测试过程中，通过中央控制单元控制电路的各种工作状态。

3 传感器灵敏度校准
3．1 校准原理与过程
    被校加速度计粘接在校准杆尾部，如图2所示。由压缩空气发射一圆柱状子弹，产生冲击加速度，同时作用于光栅和被校加速度传感器，所测得的信号经信号适调仪后被数字示波器采集记录。差动激光干涉仪产生具有多普勒效应的调频信号，该信号被数字示波器采集记录，最后解调其频率。

    取1号传感器灵敏度为Sa=0．69μV／g进行试验，当子弹打击速度为4．962 2m/s时，在杆中产生应力波，在距激励端面几倍棒直径远处，应力波的波振面变成平面波。虽然纵向应力也会影响横向应变，但这种横向运动很微小，所以实验中只需测定纵向加速度量来校准其灵敏度。实验过程中差动激光干涉仪记录的多普勒波形如图3a所示。

3．2 校准的数据处理
    图3a中采样频率为100 MHz。通过实验数据处理求其加速度。冲击速度为：
   
    式中，λ为激光波长，△fi为多普勒数据频率序列。
  
    式中，ωi为数字角频率序列，△t为间隔的时间。
  
    式中，p，q分别为二衍射光波的衍射级数，d为光栅栅距。由于加速度是速度的微分，即可得加速度为4 267．8 g，如图3b所示。图3c为压阻式传感器加速度计所采集的信号，经实验数据处理分析得所测加速度为4417．8g。

3．3 校准结果
    加速度传感器测量值4 417．8 g与实际多普勒信号处理测量值4 267．8 g相差150 g，误差量为3．51％。对传感器以不同子弹打击速度重复试验5组，其误差范围都在5％以下，满足厂商给出的允许误差5％范围。故认为其灵敏度可信。

4 测试试验
    对XX型炮弹在靶场进行三轴加速度测试，系统采样频率为250 kS／s，共4个通道，分为Z轴，X轴，Y轴。轴向为Z轴。径向分别为X、Y轴。
    存储容量为1 G字．通过异步串行通信接口实现数据传输。把装置安装在炮弹的导引头部位，装置采用倒置上电方式以降低功耗。
    通过对电路模块的缓冲保护，避免了膛内高温、高压、高冲击等一系列影响，试验后电路无任何损坏。所测得三轴加速度试验数据如图4所示。

5 结论
    该电路系统完整的采集到XX型炮弹在发射过程中的三轴加速度值。克服了膛内高温、高压、高过载等一系列恶劣环境因素的影响，所测得的加速度值具有良好的稳定性，为此型炮弹发射技术方面的改进提供了重要数据。这对其他类似应用同样具有参考价值。