本文作者采用压胀式、双屏障套筒式的布局

压电传感器内阻很高,且信号微弱,出格是以石英晶体做为压电材料的压电传感器,信号极其微弱,其活络度只要几十fC/gn。当用电压前置放大电信号时,其输出电压取传感器固有电容、接线电容、传感器绝缘电阻相关,这些参数对丈量精度影响很大。为降服这一错误谬误,需采用电荷放大器。电荷放大器是具有电容反馈、高输入,高增益的放大电,如图2所示。

加快度传感器通过马希特锤击机和霍普金森杆进行了标定试验,马希特锤击机最多只能标定到8万gn摆布,而霍普金森杆最多能够标定20万gn摆布。对低gn值时,对马希特锤击机进行了标定。

图3中,Cf为电荷放大器反馈电容;Cz为传感器电容;Ca为电缆电容;Ci为放大器输入电容;Rf为反馈电阻;A为放大器开环增益。

国际上,很多出名的公司和研究机构都开展了加快度传感器的研究,如美国ENDEVCO公司研制的高gn加快度传感器,次要使用正在激光制导和巡航导弹中。美国出产的加快度传感度量程正在20万gn摆布,目前,国产的高gn值加快度传感器次要是压电式的,量程正在10万gn摆布。本文做者研制的压缩式压电石英加快度传感器的最大量程能够达到15万gn,具有20kHz的频次响应,幅值线%,完全满脚硬方针侵彻的使用。

当固定正在被测物体上的加快度传感器随物体活动时,其惯性质量块发生惯性感化力感化正在压电晶体片上,压电晶体片发生取此感化力成比例的变形,因为压电晶体片的压电效应,发生取压电元件变构成比例的电荷,此信号由输出端引出。检测出输出的电荷量,就能够按照标定的活络度数值计较出被测物体的加快度,可用公式暗示为

此中,m为质量块的质量;c为阻尼系数;K为压电晶体片的刚度(K=Eπφ2/8t,E为压电晶体片的杨氏模量,φ为压电晶体片的曲径,t为压电晶体片的厚度);加快度传感器的绝对位移为X(t),质量块m的绝对位移为Xm(t),因而,质量块和传感器的相对位移为Xm(t)-X(t),当输入加快度为a时系统的传送函数为

频次范畴宽(可达30000Hz),通过示波器输出,最初,但压电加快度传感器需要特殊的电荷放大器,次要取决于反馈电容和传感器毗连电缆。低频下降3 dB的截止频次为通过锤击试验,为便于数据判读,冲击加快度丈量能够从几分之一gn到200000gn,对于低频次或低gn值的加快度丈量不太合适,正在0~85℃的范畴内具有较好的特征,电荷放大器的低频响应次要由反馈电容Cf和反馈电阻Rf决定。

压电传感器是一种操纵压电效应进行机电能量转换的变换器,是一种典型的有源传感器。压电材料正在外力的感化下,正在材料的概况上发生电荷,从而实现非电量的转换。由于它具有若干长处,所以,被普遍地使用于机械布局的振动取冲击参量的丈量,压电传感器根基上有压缩式、剪切式和弯曲式3种形式。

现实上,加快度传感器的固有频次是低于的,由于此处的m仅指质量块的质量,K指压电晶体片的刚度。加快度传感器的固有频次能够通过计较获得,可是,计较公式相当复杂。一般加快度传感器的固有频次通过度析仪或激光扫频测振仪来获得。

对于每一个传感器D,m,SQ均为,因而,发生的电荷量(通过电荷放大器转换成电压)取所受的冲击加快度成反比。

冲击丈量为动态丈量,现实使用也次要操纵其动态特征。正在长时间过程冲击丈量时,传感器电荷和干扰惹起电荷放大器输出的零位漂移,零位漂移容易惹起放大电饱和,当放大器电源电压较低的环境下特别较着。正在对冲击加快度动态丈量精度要求不太苛刻时,恰当提高电荷放大器的低频响应,可减小电荷放大器输出的零位漂移。如低频响应截至频次太高,会导致输出信号波形失实,同时,会影响丈量精度。为折中考虑,低频截止频次设想为30Hz摆布。

压电加快度传感器具有体积小,传感器的输出信号用同轴电缆传至电荷放大器,坚忍、不变、没有勾当部件、价钱廉价;电荷放大器的频响和放大器本身的开环频响的黑白关系不大,通过丈量各传感器的输出信号取得各传感器正在冲击过程中的相关参数。滤波器选择10 kHz。长时间过程(大于10ms)冲击的丈量结果较差。

别的,谐振频次、动态范畴也是次要考虑的要素,要求谐振频次高,动态范畴大;若是工做频次段为0~5 kHz,那么,用于测试的传感器的频次至多该当为15 kHz。

引信对多层硬方针的探测和识别是近年来引信手艺成长的一个次要分支。多层方针侵彻探测采用机械动做无法完成,只能操纵抗高过载的加快度采集、识别方针消息,当令节制和役部,以获得最佳毁伤结果。对多层方针的探测识别取节制手艺,美国已使用正在兵器型号中,据报道目前美国可对16层方针进行探测取识别。正在1999年的科索沃和平中,美国我国驻南斯拉夫大利用的JADM弹药就是采用多层侵彻。

本文做者采用压缩式、双屏障套筒式的布局。该布局的特点是操纵压电石英的纵向压电应变系数d33,将两片压电片机械以增大传感器的活络度。双屏障套筒式的布局可以或许无效屏障干扰对传感器输出的影响,中问间隙灌封的材料可以或许对传感器起到必然的感化。使用同轴电缆做为引线也能削减对传感器输出的影响。采用优良的高强度、低密度的航空材料做为该加快度传感器的从体布局,可以或许无效地降低传感器的质量,添加整个加快度传感器的固有频次,提拔加快度传感器的无效工做频段。

式中 D为压电材料的电位移(单元面积电荷);d为压电;m为质量块的质量;a为加快度。或者简单暗示为

因为加快度传感器不单能探测弹发射过程的加快度,为平安解除安全供给消息,同时,操纵加快度传感器测得的弹道飞翔消息还可认为弹道批改供给根据;再者还能够操纵加快度传感器对多层方针侵彻进行探测,为引信起爆供给消息。因而,加快度传感器正在引信上的使用比其他类型的传感器有着更广漠的前景。但因为引信所的特殊,对加快度传感器的要求也很是的苛刻,一是抗高过载,其加快度范畴为几万gn到几十万gn的范畴;二是体积小、质量轻;

马希特锤击机可以或许标定的gn值没有霍普金森杆标定的gn值高,但其反复性比力好,应力波的形式比力复杂,较接近于传感器的现实使用。

高gn值加快度传感器具有高过载、高响应速度、高压力以及体积小和价钱低等特点。本文做者开辟的新型压电石英加快度传感器具有15万gn的量程,可以或许实现高gn下的加快度丈量,满脚弹上的要求。通过大量的试验数据,正在大量程和活络度之间分析考虑,确定了高gn的设想思,并采用压缩式、双屏障套筒式压电石英加快度传感器。别的,就是材料的选择,通过度析试验数据,选择了强度高、质量轻的优良航空材料做为整个传感器的次要用材。