激光多普勒测速冲击校准系统气炮激励碰撞装置

摘要

本发明公开了一种激光多普勒测速冲击校准系统气炮激励碰撞装置，由碰撞系统和回收系统组成，碰撞系统和回收系统同轴设置，压缩气体驱动主动弹撞击安装有被校准加速度传感器的砧体，砧体瞬时脱离支撑面，自由飞行一端距离后被回收系统回收；同时与炮管中心线成一定夹角的激光多普勒测速头照射到激光反射膜上，产生激光频移信号，激光频移信号正比于传感器的速度改变量；数据处理受激励传感器的输出信号和激光多普勒频移信号，得到加速度传感器的冲击灵敏度。该装置传感器的速度改变量测试精度高；砧体激励过程受到的摩擦力、偏心力矩小，减小传感器输出的干扰信号对加速度信号的影响；传感器校准过程简单、方便，回收系统有效保护传感器及引线。

说明书

技术领域

本发明属于计量校准领域，具体涉及一种碰撞装置，特别是一种激光多普勒测速冲击校准系统气炮激励碰撞装置。

背景技术

在冲击加速度传感器的冲击灵敏度的校准方法中，以气炮为动力源，由压缩气体驱动弹体运动，撞击安装有加速度传感器的砧体，被校加速度计承受一机械冲击脉冲作用，测量传感器的输出及与运动速度变化，计算出传感器的冲击灵敏度。

已知的激励碰撞装置，是采用光切割法原理进行冲击较准，这种激励碰撞装置主要存在的问题是：（一）采用光切割法原理测量传感器速度改变量，由于使用的是平均速度代替传感器的最高速度，给测试结果带来一定测量误差。（二）砧体在导筒中运动，与导筒壁产生摩擦力会作用到运动砧体上，同时主动弹与砧体碰撞不对心，在砧体上产生偏心力矩，这样砧体在偏心力矩和摩擦力的作用下，会产生旋转或翻转，造成加速度计输出和测速的计量误差。（三）传感器安装过程复杂，每次都需要拿开重量大的瓦盖和导筒，才能换取传感器，劳动强度大。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种激光多普勒测速冲击校准系统气炮激励碰撞装置，该激励碰撞装置提高了加速度传感器灵敏度的校准精度，操作简单方便。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种激光多普勒测速冲击校准系统气炮激励碰撞装置，由碰撞系统和回收系统组成，所述的碰撞系统和回收系统同轴设置，其特征在于：

所述的碰撞系统至少包括有炮管，炮管的一端与压缩气室连接，炮管出口的外径上连接套管，该套管是一个带有中心通孔的圆管，圆管一端的内径上有和炮管匹配的螺纹，圆管另一端的上、下、前、后对称开有穿过管壁的U型槽；在炮管内有主动弹，套管的出口处连接有砧体安装板，在砧体安装板中设有砧体，砧体上放置有被校准加速度的传感器，砧体的外径上有激光反射膜，砧体内安装有缓冲垫；

所述的回收系统包括定位管，该定位管的管壁上、下、前、后对称开有穿过管壁的U型槽，其中，管壁上的U型槽的长度大于其他U型槽的长度；定位管一端位于滑轨上，定位管另一端紧贴套管的内壁并与砧体安装板相接触；定位管内安装有回收管，回收管位于定位管的底部，且与砧体安装板上的被校准加速度传感器之间留有一定的距离；在回收管内装有大缓冲垫和一个滑动导筒，其中，大缓冲垫位于回收管的底部，且大缓冲垫与滑动导筒之间留有空间，滑动导筒内装有小缓冲垫；

在套管外部，对称设置有与定位管中心线成一定角度的两路激光多普勒测速头，激光多普勒测速头位于定位管一侧，透过套管和定位管的U型槽测量被校准加速度传感器的速度改变量。

本发明的激光多普勒测速冲击校准系统气炮激励碰撞装置，应用了双光束激光多普勒测速系统测量传感器的速度变化量，提高了传感器速度改变量的测量精度。砧体的无偏心安装结构和砧体被撞击后自由飞行，避免了偏心力、摩擦力对砧体运动的影响，减小了传感器输出干扰信号对传感器加速度信号的影响，提高了传感器的校准精度。回收系统能够有效保护被校准加速度传感器，并方便传感器的换取。

附图说明

图1是本发明的激光多普勒测速冲击校准系统气炮激励碰撞装置剖面示意图。

图2是图1所示的砧体安装板的示意图，其中（a）是剖视图，（b）是（a）的侧视图。

图3是图1所示砧体示意图。其中（a）是主视图，（b）是（a）的剖视图。

图4是图1所示的滑动导筒示意图，其中（a）是剖面图，（b）是（a）的侧视图。

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。

具体实施方式

如图1所示，本发明的激光多普勒测速冲击校准系统气炮激励碰撞装置，由碰撞系统和回收系统组成，碰撞系统和回收系统同轴设置。

碰撞系统至少包括有炮管1，炮管1的一端与压缩气室连接，炮管1出口的外径上连接套管3，该套管3是一个带有中心通孔的圆管，圆管一端的内径上有和炮管1匹配的螺纹，圆管另一端的上、下、前、后对称开有穿过管壁的U型槽；在炮管1内有主动弹2，套管3的出口处连接有砧体安装板4，在砧体安装板4中装有砧体7，砧体7上装有被校准加速度的传感器8，砧体7的外径上有激光反射膜6，砧体7内安装有缓冲垫5；

所述的回收系统包括定位管13，该定位管13的管壁上、下、前、后对称开有穿过管壁的U型槽，其中，管壁上的U型槽的长度大于其他U型槽的长度；定位管13一端位于滑轨14上，定位管13另一端紧贴套管3的内壁并与砧体安装板4相接触；定位管13内安装有回收管11，回收管11位于定位管13的底部，且与砧体安装板4上的被校准加速度传感器8之间留有一定的距离；在回收管11内装有大缓冲垫12和一个滑动导筒10，其中，大缓冲垫12位于回收管11的底部，且大缓冲垫12与滑动导筒10之间留有空间，滑动导筒10内装有小缓冲垫9；

在套管3外部，对称设置有与定位管13中心线成一定角度的两路激光多普勒测速头15，激光多普勒测速头15位于定位管13两侧，透过套管3和定位管13的U型槽测量被校准加速度传感器8的速度改变量。

如图2所示，砧体安装板4是一个带有锥型中心孔4-3的圆柱体，锥型中心孔4-3用于放置砧体7，锥型中心孔4-3的一端有阶梯孔4-1，在圆柱体端面对称设置有刻槽4-2，该刻槽4-2与砧体安装板4的中心轴线夹角为45°。

砧体安装板4的锥型中心孔4-3的锥面，是砧体7处于静止状态的支撑面。

如图3所示，砧体7一端是和锥型中心孔4-3相匹配的锥度体7-3，另一端是圆柱体；在圆柱体外径上对称设有激光反射膜粘贴面7-1，圆柱体的端面有台阶7-6，台阶7-6底面中心有螺纹孔7-2；锥度体7-3端面有凹槽7-4，该凹槽7-4用于放置缓冲垫5。

如图4所示，滑动导筒10带有中心通孔10-1，滑动导筒10一侧有一导槽10-2，滑动导筒10的外表面和中心通孔10-1内表面经过磨花处理。

制作时，炮管1、套管3、砧体安装板4由不锈钢材料制作，其中炮管1、砧体安装板4要经过热处理，提高钢的强度；缓冲垫5由羊毛毡制作；激光反射膜6为带玻璃微珠的反射膜；砧体7由钛合金制作。

小缓冲垫9和大缓冲垫12由高密度羊毛毡制作，滑动导筒10由胶木材料制作，回收管11和定位管13由不锈钢材料制作。

装配时，将炮管1的一端与压缩气室连接，炮管1的另一端和套管3螺纹连接，主动弹2放置在炮管1中。砧体安装板4装配到套管3的出口处。砧体7装配到砧体安装板4的锥型中心孔4-3中。缓冲垫5装配到砧体7的凹槽7-4上，反射膜6粘贴到砧体7的激光反射膜安装面7-1上。

小缓冲垫9装配到滑动导筒10中面向砧体7的一端；滑动导筒10装配到回收管11中面向砧体7的一端；大缓冲垫12装配到回收管11底部；回收管11装配到定位管13中；定位管13一端位于滑轨14上，，定位管13另一端紧贴套管3的内壁，顶到砧体安装板4的端面上。

砧体安装板4上的刻槽4-2与砧体安装板4的中心轴线夹角45°，刻槽4-2宽1.5cm。装配时调整砧体安装板4位置，使砧体安装板4对称位置刻槽4-2的中心线在同一水平面上。砧体安装板4的锥型中心孔4-3和砧体7上的锥度体7-3配合制作，锥度为4°，锥面光滑。砧体7安装到砧体安装板4的锥型中心孔4-3中时，装配时转动砧体7，使砧体7上的激光反射膜粘贴面7-1与刻槽4-2在同一水平面上。激光反射膜6粘贴到砧体7的圆柱体上。

从测速激光器发出的激光束通过激光多普勒测速头15穿过套管3和定位管13的u型槽、砧体安装板4上的刻槽4-2，照射到激光反射膜6上。砧体7的台阶7-6经过研磨表面光洁度小于0.2，台阶7-6底面中心的螺纹孔7-2中，装配被校加速度传感器8。

本发明的激光多普勒测速冲击校准系统气炮激励碰撞装置使用方法及工作原理如下：

碰撞系统由压缩气室提供的压缩气体驱动主动弹2在炮管1内高速运动，撞击砧体7的缓冲垫5，砧体7受激励后脱离砧体安装板4的锥型中心孔4-3的锥面，在回收系统的定位管13中的空间自由飞行大约1cm，到达滑动导筒10被回收，滑动导筒10内的小缓冲垫9对传感器8及引线起保护作用；大缓冲垫12对滑动导筒10起保护作用。

被校准加速度的传感器8受激励后输出加速度信号，砧体7在阻尼的作用下速度逐渐减小，直到最后停止运动。同时，套管3外部设置的与定位管13中心线成一定角度的两路激光多普勒测速头15照射到激光反射膜上，产生激光频移信号，激光频移信号正比于传感器的速度改变量；数据处理被校准加速度传感器8的输出信号和激光多普勒频移信号，得到被校加速度传感器的冲击灵敏度。

申请人采用本发明的激光多普勒测速冲击校准系统气炮激励碰撞装置，进行重复性试验，校准数据如下表所示。传感器选用B&K公司的8309传感器。通过处理这组数据，得到激光多普勒测速冲击校准系统的重复性误差最大为0.84%。

重复性实验校准数据表