XX型炮彈的三軸加速度測試研究

1 引言
??? 高沖擊條件下的動態參數指標對于現代武器系統的研制具有重要的現實意義。壓阻式加速度計具有線性度好、外圍電路簡單、抗過載能力強等優點。因而成為高量程微加速度計設計的首選，廣泛用于沖擊、振動加速度的測量。對于此炮彈過載的測試，選用高G加速度傳感器，其工作特性能夠滿足測試要求。

2 測試系統的電路原理
??? 該系統設計采用典型的存儲測試電路，其原理見圖1。

??? 圖1中，通過儀表放大器將傳感器的輸出電壓差量轉化為電壓量，將其直接通過有源二階低通濾波器濾波放大，通過A／D轉換，將模擬量轉化為數字量存入存儲器中。最后通過計算機讀取數字信號。在測試過程中，通過中央控制單元控制電路的各種工作狀態。

3 傳感器靈敏度校準
3．1 校準原理與過程
??? 被校加速度計粘接在校準桿尾部，如圖2所示。由壓縮空氣發射一圓柱狀子彈，產生沖擊加速度，同時作用于光柵和被校加速度傳感器，所測得的信號經信號適調儀后被數字示波器采集記錄。差動激光干涉儀產生具有多普勒效應的調頻信號，該信號被數字示波器采集記錄，最后解調其頻率。

??? 取1號傳感器靈敏度為Sa=0．69μV／g進行試驗，當子彈打擊速度為4．962 2m/s時，在桿中產生應力波，在距激勵端面幾倍棒直徑遠處，應力波的波振面變成平面波。雖然縱向應力也會影響橫向應變，但這種橫向運動很微小，所以實驗中只需測定縱向加速度量來校準其靈敏度。實驗過程中差動激光干涉儀記錄的多普勒波形如圖3a所示。

3．2 校準的數據處理
??? 圖3a中采樣頻率為100 MHz。通過實驗數據處理求其加速度。沖擊速度為：
???
??? 式中，λ為激光波長，△fi為多普勒數據頻率序列。
??
??? 式中，ωi為數字角頻率序列，△t為間隔的時間。
??
??? 式中，p，q分別為二衍射光波的衍射級數，d為光柵柵距。由于加速度是速度的微分，即可得加速度為4 267．8 g，如圖3b所示。圖3c為壓阻式傳感器加速度計所采集的信號，經實驗數據處理分析得所測加速度為4417．8g。

3．3 校準結果
??? 加速度傳感器測量值4 417．8 g與實際多普勒信號處理測量值4 267．8 g相差150 g，誤差量為3．51％。對傳感器以不同子彈打擊速度重復試驗5組，其誤差范圍都在5％以下，滿足廠商給出的允許誤差5％范圍。故認為其靈敏度可信。

4 測試試驗
??? 對XX型炮彈在靶場進行三軸加速度測試，系統采樣頻率為250 kS／s，共4個通道，分為Z軸，X軸，Y軸。軸向為Z軸。徑向分別為X、Y軸。
??? 存儲容量為1 G字．通過異步串行通信接口實現數據傳輸。把裝置安裝在炮彈的導引頭部位，裝置采用倒置上電方式以降低功耗。
??? 通過對電路模塊的緩沖保護，避免了膛內高溫、高壓、高沖擊等一系列影響，試驗后電路無任何損壞。所測得三軸加速度試驗數據如圖4所示。

5 結論
??? 該電路系統完整的采集到XX型炮彈在發射過程中的三軸加速度值。克服了膛內高溫、高壓、高過載等一系列惡劣環境因素的影響，所測得的加速度值具有良好的穩定性，為此型炮彈發射技術方面的改進提供了重要數據。這對其他類似應用同樣具有參考價值。