冲击波压力测量系统准静态校准方法研究(2)
2.2 准静态校准装置压力脉冲发生装置 5
2.3标准压力监测系统的组建 7
2.4典型冲击波压力测量系统的组建 8
2.5 准静态校准量传体系研究 8
3基于落锤液压标定装置的冲击波压力传感系统的准静态校准实践 9
3.1标准压力监测系统的静态标定 9
3.2 标准压力监测系统压力监测不确定度评定 12
3.3 典型冲击波压力测量系统准静态校准试验 13
4 基于准静态校准的传感系统工作特性参数获取方法 18
4.1 传感系统准静态工作特性参数获取方法 18
4.2 被校传感系统的低频传递特性分析 21
结 论 25
致 谢 26
参考文献27
1 绪论
1.1 选题的背景和意义
冲击波压力是衡量爆炸器材或弹药武器威力的重要技术指标[1]，因此对冲击波压力进行测量十分必要。
冲击波压力测量常用的传感器有压阻式和压电式两类 [1]。压阻式压力传感器低频特性较好，但由于其受强光信号、温度变化等寄生效应的影响较大，因此在实际工况下的冲击波压力测试中，压阻式压力传感器应用较少。
压电式冲击波压力测量传感器有高阻抗输出和低阻抗输出两种。高阻抗输出的冲击波压力测量传感器需要在构成测量系统时配置高阻抗输出的二次仪表放大器[1]。低阻抗输出的冲击波压力测量传感器是在高阻输出的冲击波压力测量传感器输出端后面接入一个高输入阻抗的前置放大器（可分为电压放大器和电荷放大器两种形式）。压电式传感器在与电压放大器（阻抗变换器）配合使用时，连接电缆太长会使电缆电容增大，会影响传感器的电压灵敏度使其降低[2]。将阻抗变换器封装入压电式传感器内能有效解决此类问题，这种一体式的压电传感器又称ICP（Integrated Circuits Piezoelectric）型冲击波压力测量传感器。无论是高阻抗输出的冲击波压力测量传感器还是ICP型冲击波压力测量传感器均具有良好的动态特性，因此被广泛地应用于实际工况下冲击波压力的测试中。但是，受压电式传感系统固有特性的影响，其低频特性尤其是零频特性较差，因此不宜采用静态标定的方法获取系统的工作特性参数。
爆炸冲击波压力传感系统在实际毁伤工况下测量时，由于受到各种干扰的影响（如温度，冲击振动），而使传感器系统产生额外的响应（简称为寄生响应），这种响应的产生严重影响冲击波压力信号的判读，甚至会使传感器系统的响应产生严重的畸变，为获取准确的冲击波压力信号，需对传感器采取必要的干扰抑制措施，如隔热、防震、抗冲击等。而这些技术措施又会影响传感器组件的等效质量、等效刚度，导致传感器的灵敏度发生显著变化。因此，需对实际工况中使用的冲击波压力传感器系统进行校准，并获得准确的传感器的工作特性参数，如灵敏度、线性度及重复性。
传感系统常用静态标定和动态校准两种方法来进行校准。通常，采用静态标定来获取测压系统的静态特性参数，如灵敏度、线性度[3]。但是，冲击波压力测试常用的压电式传感器构成的测量系统无法保证其时间常数达到无穷大，导致测压系统的低频特性尤其是零频特性并不理想，因此该类传感器系统低频段灵敏度的准确性无法通过静态标定来获得保证。另外，由于静态标定加载时间过长，对传感器的使用寿命有严重影响，因此对那些高精度、寿命有限的昂贵传感器来说，静态标定更不适宜采用[1]。常用的动态校准方法有激波管法和落锤法[4]。目前激波管所产生的阶跃压力平台时间并不能达到无穷大，通常只有4~6ms左右，因此采用激波管对冲击波压力测量系统进行校准也无法准确获取测压系统的低频尤其是零频特性，导致冲击波压力测量系统低频段的灵敏度不适宜采用激波管获取。