一种适用于爆炸冲击加速度计的机械主动滤波装置

本发明属于加速度计机械滤波领域，具体涉及一种适用于爆炸冲击加速度计的机械主动滤波装置。

背景技术：

1、在以炸药爆炸为典型的高瞬态强冲击载荷下(根据当量不同，冲击波速度为声速的1到10倍，冲击载荷可达数gpa)，使用加速度计测量结构的动态响应主要存在两方面困难。一方面，加速度计易受到来自外部机械振动的干扰，从而导致采集信号出现高频杂波。高频杂波会在信号中引入不需要的波动，影响测量结果准确性，甚至可能造成加速度计超出量程而无法工作。另一方面，由于冲击载荷在极短时间内以极高g值加载，加速度计内部可能出现不可逆的损伤，造成数据丢失、设备损毁的严重后果。

2、面对上述情况，国内研制了不同形式的适用于高瞬态强冲击加速度计的机械滤波装置，专利cn202021403031.9公开了一种组合式机械滤波器，能够实现被动高频滤波，但对加速度计的保护有限；专利cn201810333557.5公开了一种隔离型机械滤波器，能够抑制基线漂移现象，但其受制于加速度计的内部结构，无法实现安装位置的灵活切换；专利cn201820533655.9、专利cn201310148544.8等亦存在相似问题，且这些装置均为被动滤波，未能实现针对载荷特性的自适应主动滤波。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种适用于爆炸冲击加速度计的机械主动滤波装置。

2、实现本发明目的的技术解决方案为：一种适用于爆炸冲击加速度计的机械主动滤波装置，包括底座，底座垫环，滤波支架，滤波垫片，上盖板和螺栓；

3、底座中间开环形凹槽，底座垫环设置在底座的环形凹槽内；

4、滤波支架垂向截面为“h”形，位于横臂下端的垂臂沿周向均匀开径向通孔，滤波支架底端与底座垫环连接，且两侧各留c1的间隙，确保滤波支架与底座两者无任何接触；滤波垫片设置在滤波支架中部横臂上侧；

5、顶盖板为平盖板，盖板直径和厚度与滤波垫片一致，顶盖板与滤波支架、滤波垫片通过螺栓连接；

6、加速度计通过螺栓连接固定于顶盖板上。

7、进一步的，底座环形凹槽的槽宽w1、槽深h1；

8、底座垫环为平垫环、环宽b1、环厚t1；

9、滤波支架“h”形横臂厚b2、垂臂厚b3，横臂下端的垂臂沿周向均匀开径向通孔的直径为d1；

10、滤波垫片为平垫片，垫片直径d2、垫片厚度t2；

11、尺寸关系有：b1＝w1＝b3+2×c1，t1＜h1，b3≈70％×b1，d1≈50％×b3。

12、进一步的，底座与被测结构胶粘连接，底座垫环与底座凹槽处胶粘连接，滤波支架底端与底座垫环胶粘连接。

13、进一步的，横臂下端的垂臂沿周向均匀开径向通孔的数量为4-8个。

14、进一步的，滤波支架的横臂中心轴向开螺纹通孔，通孔直径与加速度计螺栓直径相同，横臂中心靠外圈位置开轴向螺纹通孔，开孔数量为2-6个；

15、滤波垫片开螺纹孔的位置和尺寸与滤波支架一致；

16、顶盖板开螺纹孔的位置和尺寸与滤波支架一致。

17、进一步的，底座材质为橡胶木，其内部具有孔隙和薄管纤维，底座垫环材质为聚氨酯橡胶，滤波支架材质为铝，滤波垫片材质为聚氨酯橡胶，顶盖板材质为铝。

18、本发明与现有技术相比，其显著优点在于：

19、本发明提供的适用于爆炸冲击加速度计的机械主动滤波装置，第一级橡胶木底座内部的空隙、木纤维等结构特性，可以提供附加的阻尼效果，初步过滤高幅值高频杂波；第二级滤波机构中底座垫环受到冲击载荷时，发生压缩变形，从而带动滤波支架向下运动，运动过程中，滤波支架与垫环所形成的腔室中的空气由支架竖臂下端的通孔排出，气体的粘性流动和阻尼特性会影响振动的传递，进一步过滤中等幅值高频杂波；第三级聚氨酯滤波垫片的弹性特性、阻尼特性会形成弹簧-阻尼系统，通过改变垫片的厚度实现对特定频率振动的滤波效果，更进一步的过滤较低幅值的高频杂波；通过上述方式，实现加速度信号采集过程中的多级滤波，能够较好的过滤更宽频带范围的高频杂波，能够较大幅度提升加速度计测量的信噪比。

20、本发明提供的适用于爆炸冲击加速度计的机械主动滤波装置，通过“气腔式”的第二级滤波机构的设计，实现自适应滤波与主动滤波；底座垫环根据冲击作用时长与作用烈度不同，压缩量亦会不同，因此使得空气腔室排出的气体体积随之不同，该变化会影响空气流体的温度与压力，从而改变其粘性系数与阻尼，进而改变滤波频率范围，实现自适应滤波效果；冲击作用结束后，底座垫环回弹，空气由外部进入气腔，过滤高频杂波，从而实现主动滤波的效果；第二级滤波机构使得该装置在冲击载荷作用时间不同、作用烈度不同的情况下，均能保持较好的滤波效果，有较高适应性。

21、本发明提供的适用于爆炸冲击加速度计的机械主动滤波装置，通过螺栓连接与加速度计进行固定，是一个独立的装置，与现有组装在加速度计内部的机械滤波器相比，不影响加速度计的内部结构，不受制于安装方式，不直接与被测结构相连，因此能够实现安装位置的灵活切换和装置内部零部件的快速更换，较大程度降低了实验成本。

22、本发明提供的适用于爆炸冲击加速度计的机械主动滤波装置，与现有金属滤波装置相比，通过橡胶木底座变形、聚氨酯底座垫环与滤波垫片压缩、滤波支架气腔中空气流动与腔室摩擦，实现多级缓冲冲击的作用，在保证信噪比的同时较大程度降低了加速度计损坏的风险。

23、本发明提供的适用于爆炸冲击加速度计的机械主动滤波装置，滤波支架垂臂厚度小于橡胶垫宽度，从而实现滤波支架与底座的完全隔离，两者在运动过程中不接触、不干涉；该设计具有两个作用，其一确保冲击载荷与加速度信号只有底座-底座垫环-气腔-滤波垫片-加速度计这一条传递路径，即只有一个传递函数，而不会由滤波装置边缘传递，从而减小干扰波形的叠加；其二确保底座垫环与滤波支架形成的气腔内部空气只有支架侧壁通孔这一个流动路径，从而提升装置自适应滤波与主动滤波效果。

技术特征：

1.一种适用于爆炸冲击加速度计的机械主动滤波装置，其特征在于，包括底座(1)，底座垫环(2)，滤波支架(3)，滤波垫片(4)，上盖板(5)和螺栓(6)；

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，底座环形凹槽的槽宽w1、槽深h1；

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，底座(1)与被测结构胶粘连接，底座垫环(2)与底座(1)凹槽处胶粘连接，滤波支架(3)底端与底座垫环(2)胶粘连接。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，横臂下端的垂臂沿周向均匀开径向通孔的数量为4-8个。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，滤波支架(3)的横臂中心轴向开螺纹通孔，通孔直径与加速度计(7)螺栓直径相同，横臂中心靠外圈位置开轴向螺纹通孔，开孔数量为2-6个；

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，底座(1)材质为橡胶木，其内部具有孔隙和薄管纤维，底座垫环(2)材质为聚氨酯橡胶，滤波支架(3)材质为铝，滤波垫片(4)材质为聚氨酯橡胶，顶盖板(5)材质为铝。

技术总结
本发明为一种适用于爆炸冲击加速度计的机械主动滤波装置。包括底座，底座垫环，滤波支架，滤波垫片，上盖板和螺栓；底座中间开环形凹槽，底座垫环设置在底座的环形凹槽内；滤波支架垂向截面为“H”形，位于横臂下端的垂臂沿周向均匀开径向通孔，滤波支架底端与底座垫环连接，且两侧各留c1的间隙，确保滤波支架与底座两者无任何接触；滤波垫片设置在滤波支架中部横臂上侧；顶盖板为平盖板，盖板直径和厚度与滤波垫片一致，顶盖板与滤波支架、滤波垫片通过螺栓连接；加速度计固定于顶盖板上。本发明能够有效过滤较宽频带范围的高频杂波，大幅降低加速度计损坏风险。

技术研发人员：王显会,李高伟,张雪松,孙晓旺,吴澳,许丁鹏,皮大伟,王洪亮,王尔烈,王霞
受保护的技术使用者：南京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/24