专利名称：强冲击刚体运动加速度传感器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种强冲击刚体运动加速度传感器，具体地讲，本实用新型涉及一种用于大口径火炮后坐部分后坐运动加速度测试的强冲击刚体运动加速度传感器。
对于火炮结构而言，加速度响应量可分为冲击加速度和刚体运动加速度。冲击加速度作用时间短，成份复杂，而刚体运动加速度作用时间长，物体运动位移大。火炮后坐部分沿后坐方向运动规律基本呈现为刚体大位移特征。火炮后坐部分是发射弹丸的直接部件，它的运动规律不仅对火炮的总体布局、全炮受力、关键部件的强度设计有着重要的影响，而且还决定着火炮射击精度和射击密集度的优劣程度。大口径火炮后坐部分后坐行程较长，一般为1～2米左右，如何用实验测试的方法获取大口径火炮后坐部分刚体运动加速度，对此，科技人员进行了多年的探索，但到目前为止，还没有见到这方面的应用报道。
目前，用于火炮部件在射击条件下的加速度测量用传感器主要有四大类，即压电型、压阻型、应变型和伺服型。压电型加速度传感器应用最为广泛，它以压电晶体材料作为转换元件，输出与加速度成正比的电荷或电压信号。典型的压电型加速度传感器包括基座，中心螺杆，压电换能元件，惯性质量和预紧螺母组成。应变型加速度传感器是用粘贴在弹性梁上的应变片作敏感元件来进行加速度测量的，应变片由优质电阻丝构成。当粘贴电阻丝的弹性梁产生应变时，电阻丝的长度发生变化，从而使电阻发生变化。压阻型加速度传感器是利用在硅悬臂梁自由端装有惯性质量块，靠近固定端有扩散的惠斯登电桥，通过惯性质量块，将其感受到的加速度转变为惯性力，硅片上感受到作用力时，就产生了应变，从而使惠斯登电桥不平衡而输出与加速度成正比的电压值。典型的伺服型加速度传感器当惯性质量块偏离平衡位置时，由高增溢放大器检测出这一偏移量，该偏移信号通过伺服放大器提供电流，由驱动电流产生与偏移方向相反的电磁力，该力迫使质量块返回原位。上述四种加速度传感器的共同缺点是不能将冲击加速度和刚体运动加速度分离。如果将这些传感器用于大口径火炮后坐部分后坐运动加速度测量，得到的测量结果不仅包含了刚体运动加速度，而且弹性波引起的干扰也在其中。这样，不仅加速度曲线失真，而且这样得到的数值往往比真实值高出一个数量级。火炮发射属于短时强冲击，发射引起的后坐部分弹性波不可避免，而且此信号非常强烈。因此，传统的加速度传感器不适合大口径火炮后坐部分后坐运动加速度测量。
本实用新型的目的是通过下述方法和结构实现的在一个薄壁圆筒结构内，在其中心线上安装一转子和一微型角加速度敏感元件，角加速度敏感元件为一圆柱结构，它有一转轴，该轴与转子同轴。角加速度敏感元件与转子用联轴器相连。在转子上缠绕有一根钢丝绳，其一端和转子固定，另一端和运动物体相连。同时，转子轴安装有一蜗卷弹簧，当钢丝绳从薄壁圆筒内拉出时，蜗卷弹簧收紧而储存能量，当钢丝绳收回时，蜗卷弹簧释放能量，并将钢丝绳缠绕在转子上。转子将物体的平动运动转换为微型角加速度敏感元件的转动运动。微型角加速度敏感元件是利用法拉第电磁感应定律制作而成，也就是当通过回路所包围的面积的磁通量Φ发生变化时，回路中产生的感生电动势U与磁通量对时间t的变化率成正比，即U=∂Φ∂t]]>当运动物体匀速平动时，角加速度敏感元件匀速转动，这时，敏感元件中的磁通量保持不变，它对时间的变化率为0，敏感元件输出的电压(数量等于感生电动势U)为0；当运动物体变速平动时，角加速度敏感元件也变速转动，这时，敏感元件中的磁通量发生变化，它对时间的变化率为Φ/t≠0，敏感元件输出的电压与磁通量对时间的变化率成正比。通过测量角加速度敏感元件的输出电压，就可知道转子的角加速度，最后获取平动物体的平动加速度。简单地说，本实用新型是利用平动物体平动加速度与微型角加速度敏感元件输出电压成正比这一数学关系式进行加速度测量的。
本实用新型与传统加速度传感器的最大区别在于，本实用新型所涉及的加速度传感器能完整、正确地获取强冲击条件下的运动物体大行程(一般为1～2米)刚体运动加速度，能完全隔离由于弹性波引起的信号干扰。也就是说，本实用新型所涉及的加速度传感器能将强冲击条件下的刚体运动加速度和冲击加速度完全分离。
本实用新型加速度传感器主要由输出信号线1，角加速度敏感元件安装架2，角加速度敏感元件3，角加速度敏感元件转轴4，联轴器5，转子轴6，转子7，转子外壳8，蜗卷弹簧盒9，蜗卷弹簧10，盖板11，转子轴12和钢丝绳13组成。角加速度敏感元件安装架2、转子外壳8和盖板11为一整体，并与传感器安装架固连而保持不动。蜗卷弹簧盒9、敏感元件3外壳与转子外壳8固连。蜗卷弹簧10的一端与蜗卷弹簧盒9相连，另一端与转子轴12相连。其结构图见附图
所示。
运动物体加速度测量时，运动物体带动钢丝绳从转子外壳8中将钢丝绳拉出，由于钢丝绳一端固定在转子上，故这时转子绕转子轴6转动，通过联轴器5，使得角加速度敏感元件转轴4和转子同步旋转。从而将平动物体的平动加速度转化为角加速度敏感元件的转动运动。同时，蜗卷弹簧10卷紧而储存了能量。当运动物体朝相反方向运动时，在蜗卷弹簧作用下，钢丝绳收回，转子反向旋转。通过测量角加速度敏感元件输出电压量，就可以获取平动物体运动加速度的大小及其变化规律。
权利要求1.一种由角加速度敏感元件，联轴器、转子、钢丝绳、蜗卷弹簧和转子外壳组成的强冲击刚体运动加速度传感器，其特征在于在一个薄壁圆筒结构内，在其中心线上安装一转子和一微型角加速度敏感元件，角加速度敏感元件为一圆柱结构，它有一转轴，该轴与转子同轴，角加速度敏感元件与转子用联轴器相连，在转子上缠绕有一根钢丝绳，其一端和转子固定，另一端和运动物体相连，同时，转子轴安装有一蜗卷弹簧。
专利摘要本实用新型公开了一种强冲击刚体运动加速度传感器，用以解决大口径火炮后坐部分后坐运动加速度测试问题。它也是其它大行程刚体运动加速度测试的理想传感器。本实用新型加速度敏感元件依靠法拉第电磁感应定律工作。加速度传感器的结构特征是，在一个薄壁圆筒结构内，在其中心线上安装一转子和一微型角加速度敏感元件，角加速度敏感元件为一圆柱结构，它有一转轴，该轴与转子同轴。角加速度敏感元件与转子用联轴器相连。在转子上缠绕有一根钢丝绳，其一端和转子固定，另一端和运动物体相连。同时，传感器中安装有一蜗卷弹簧，保证转子与被测物体同步往复运动。
文档编号G01P15/00GK2528022SQ01263910
公开日2002年12月25日 申请日期2001年9月13日 优先权日2001年9月13日
发明者王宝元 申请人:王宝元