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三轴高g加速度计的测试理论与实验研究

作　者: 黎渊
导　师: 吴学忠
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 机械工程
关键词: 高g 三轴 加速度计 测试标定 Hopkinson杆 应力波 撞击
分类号: TH824.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
下　载: 220次
引　用: 4次
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内容摘要


高g加速度计是在爆炸、冲击测试及导弹侵彻等试验中不可或缺的惯性测量器件。研究高g加速度计的标定理论和测试标定方法,准确标定出它的灵敏度等各种参数,已经成为高g加速度计设计中需要解决的关键问题和最后环节。本文以MEMS压阻式高g加速度计为研究对象,对高g加速度计的标定理论和测试标定方法进行了深入的研究。主要内容概括如下:1.理论分析了高g加速度计灵敏度的频率特性,当灵敏度容许变化±5%时,计算得出了加速度计的带宽范围。依据高g加速度计冲击信号的特点,设计出了测试实验用的数据采集系统。2.分析了应力波方面的一些基础知识,两杆共轴撞击及应力波在杆中传播的过程,以及应力波在传播过程中的弥散效应。简要介绍了Hopkinson杆实验装置,详细分析了Hopkinson杆法测试标定的实验原理,并利用ANSYS软件对Hopkinson杆撞击过程进行了运动仿真。3.详细分析了Hopkinson杆撞击得到的典型的采集数据波形。对三轴高g加速度计各性能指标参数进行了测试标定,得到Z、X、Y三轴灵敏度分别为2.204μV /g、2.009μV /g和1.953μV /g,各交叉轴灵敏度小于2.5%,三轴非线性度分别为2.08%、1.73%和1.85%。4.利用标准加速度计对标定结果进行了验证实验,得出三轴单元灵敏度的标定的相对误差分别为7.6%、6.7%和9.7%。分析了影响测试标定结果的误差来源。

全文目录


摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章 绪论  11-18
  1.1 课题研究背景与意义  11-12
  1.2 国内外研究现状  12-17
    1.2.1 高g加速度计的国内外研究现状  12-14
    1.2.2 高g加速度计测试方法的国内外研究现状  14-17
  1.3 论文主要研究内容  17-18
第二章 高g加速度计的工作原理与接口电路设计  18-30
  2.1 加速度计的工作原理  18-22
    2.1.1 等效的理论模型和受迫振动分析  18-19
    2.1.2 灵敏度的频率特性分析  19-22
  2.2 三轴高g加速度计模型介绍  22-25
    2.2.1 检测方式  22
    2.2.2 总体模型  22-24
    2.2.3 等效输出电路  24-25
  2.3 数据采集系统设计  25-28
    2.3.1 接口电路设计  26-28
    2.3.2 数据采集系统搭建  28
  2.4 本章小结  28-30
第三章 测试标定方法的理论基础  30-44
  3.1 应力波基础知识  30-36
    3.1.1 应力波波动方程  31-32
    3.1.2 两弹性杆共轴撞击  32-33
    3.1.3 弹性应力波在杆自由端面的反射  33-34
    3.1.4 横向惯性引起的弥散效应  34-36
  3.2 Hopkinson杆实验装置与原理  36-40
    3.2.1 Hopkinson杆实验装置  37-38
    3.2.2 Hopkinson杆法实验原理  38-40
  3.3 ANSYS有限元软件运动仿真  40-43
  3.4 本章小结  43-44
第四章 三轴高g加速度计性能参数的测试  44-60
  4.1 测试数据处理与分析  44-48
    4.1.1 测试数据处理原理  44
    4.1.2 应变计  44-45
    4.1.3 测试数据波形分析  45-48
  4.2 各性能参数的测试  48-58
    4.2.1 灵敏度参数  48-54
    4.2.2 交叉轴灵敏度参数  54-56
    4.2.3 谐振频率参数  56-57
    4.2.4 非线性度参数  57-58
  4.3 本章小结  58-60
第五章 标定验证实验和测试误差源分析  60-69
  5.1 标定验证实验  60-63
  5.2 测试误差来源分析  63-67
    5.2.1 加速度计的安装刚度因素  63-66
    5.2.2 实验装置引起的系统误差  66-67
    5.2.3 其他误差  67
  5.3 本章小结  67-69
第六章 总结与展望  69-70
  6.1 全文总结  69
  6.2 工作展望  69-70
致谢  70-71
参考文献  71-74
作者在学期间取得的学术成果  74

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中图分类: > 工业技术 > 机械、仪表工业 > 仪器、仪表 > 力学量测量仪表 > 速度测量仪表 > 加速度计
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