高精度低峰值沖擊加速度絕對法標準裝置的研究與建立*

胡紅波 于 梅 白 杰

(中國計量科學研究院， 北京 100013)

0 引言

近年來隨著微機電系統(tǒng)(MEMS)的迅速發(fā)展，利用加速度計進行安全評估以及機械控制的要求越來越高。如在汽車工程領域，汽車整車的安全性能一直是最普遍關注的問題，其安全氣囊以及整車駕駛穩(wěn)定性等都采用大量的MEMS傳感器來進行控制；在汽車碰撞試驗中，更需要對從幾百個到幾千個m/s2范圍的沖擊加速度峰值進行精確測量。ISO16063系列國際標準規(guī)定了加速度計采用振動與沖擊激勵進行校準的方法。對于振動激勵的校準方式，一般采用固定頻率點的正弦形式的機械振動，結(jié)合激光干涉儀和正弦逼近法來進行高精度校準，但由于機械結(jié)構(gòu)本身的限制，加速度峰值一般不會超過幾百個m/s2。對于采用沖擊激勵的校準方式，加速度峰值可達幾萬個m/s2，但由于沖擊加速度波形難以用精確的數(shù)學表達式來進行描述，故又難以實現(xiàn)精確校準。ISO 16063—13《絕對法沖擊校準》[1]國際標準規(guī)定了兩種典型的沖擊激勵系統(tǒng)：第一種是基于砧體碰撞的沖擊激勵系統(tǒng)，其原理是基于剛體的機械碰撞來產(chǎn)生沖擊激勵，產(chǎn)生的沖擊加速度脈沖時域波形為半正弦平方波；第二種是基于Hopkinson桿的沖擊激勵源，其原理是利用碰撞產(chǎn)生的應力波在細長桿中傳遞并在自由端反射從而產(chǎn)生沖擊激勵，產(chǎn)生的沖擊加速度脈沖時域波形為正弦波。

中國計量科學研究院(以下簡稱計量院)為了滿足科學研究與工業(yè)發(fā)展的需求，按照國際標準的要求，分別建立了高沖擊加速度峰值[2-4]與低沖擊加速度峰值絕對法校準系統(tǒng)。……