用于模拟高强度烟火冲击的系统和方法

用于模拟高强度烟火冲击的系统和方法
【专利摘要】用于模拟烟火冲击的系统可以包括电功率放大器、振动器和谐振梁。电功率放大器可以被配置以放大表示期望冲击响应频谱（SRS）的瞬态信号波形。振动器可以被配置以响应于放大的信号波形而产生冲击脉冲。谐振梁可以被安装在所述振动器上，并可以被配置为放大所述冲击脉冲。
【专利说明】用于模拟高强度烟火冲击的系统和方法
【技术领域】
[0001]本发明通常涉及冲击测试，更具体地，涉及用于模拟受测组件或样品中的高强度烟火冲击(pyrotechnic shock)的系统和方法。
【背景技术】
[0002]航天器如通信卫星在发射过程中会受到若干分散冲击事件。例如，在助推器和运载火箭分离以及运载火箭级分离过程中，运载火箭携带的航天器会受到冲击。一旦航天器进入轨道，航天器与运载火箭分离以及子系统如太阳能电池板的部署过程中，航天器也会受到冲击。
[0003]烟火或爆炸性材料被广泛用在太空发射中以促进上述提到的分离和部署事件。在分离或部署事件过程中爆炸性能量的释放会引起持续时间相对较短而幅值较高的冲击脉冲的产生。例如,冲击脉冲的持续时间可以在50微秒到不超过20毫秒之间。此外，冲击脉冲的频率范围可以达到1000000Hz，且峰值幅度(例如，加速度)达300000g (或g’s)。这种强度相对较高的冲击脉冲会被传输到安装在航天器和运载火箭上的敏感组件和仪器中。
[0004]为了确保这些组件在发射过程中能够承受高强度冲击脉冲，通常在实验室环境或其他受控环境中对单个组件进行合格性测试。在合格性测试过程中，组件会受到模拟预期发生在服务环境中(例如，在运载火箭上)的烟火冲击的冲击脉冲。通常使用指定或期望冲击响应谱或冲击响应频谱(shock response spectrum,即SRS)来描述被模拟的烟火冲击的特征。可以使用实弹通过测量模拟的或实际的系统结构对烟火冲击的响应来建立期望SRS。例如，可以建立表示被传输到安装在运载火箭的载荷连接装置上的通信卫星的烟火冲击的期望SRS。该期望SRS可以包括所有在飞行序列过程中发生的烟火冲击的复合。例如，期望SRS可以包括发生在火箭发动机和运载火箭分离过程中的冲击，整流罩和运载火箭分离过程中的冲击，引爆烟火螺栓切割刀过程中的冲击以及其他冲击事件，其中引爆烟火螺栓切割刀会释放将卫星固定在载荷连接装置上的夹紧带，从而允许卫星与运载火箭分离。
[0005]在组件合格性测试过程中，用于模拟烟火冲击的系统和方法包括在实验室环境中测定量弹药的使用。弹药可以与安装有组件或组件质量模型的结构连接。可以试图引爆弹药以在该结构中产生引起加速度响应的冲击脉冲，重复期望SRS。不幸地，使用这种方法产生的冲击脉冲会不准确，因为难于量化测定量弹药(即，爆炸物质)包含的潜在能量。此外，实弹产生的冲击脉冲会难于控制，从而导致在反复试验基础上使用不同实弹量耗费时间重复测试直到实现加速度响应在期望SRS可接受的限度内。
[0006]此外，因为期望SRS可以包括若干具有不同频率成分的不同冲击事件，使用实弹测试会导致受测样品的过测试，从而损伤昂贵的测试硬件，而且需要故障分析以及硬件的修理、修复或重新设计，然后再重新测试。为了避免过测试而减少弹药量会导致受测样品的欠测试(under-testing),其中冲击幅值小于合格性测试指定的水平。与使用爆炸性材料进行合格性测试相关的进一步缺点是为安全处理和材料存储，需要复杂测量。
[0007]用于模拟烟火冲击的现有系统还包括机械撞击的使用，从而在装有待测组件的结构中产生冲击脉冲。不幸地，机械撞击方法存在的挑战在于从一次机械撞击到另一次机械撞击精确地在结构中重现期望的加速度。此外，机械撞击方法会在主要冲击脉冲结束时在结构中引起机械鸣震(mechanical ringing)或残留的机械响应。这种机械鸣震不会出现除非由于用于实际飞行结构中的冲击的吸收、抑制、衰减或分布而出现在实际飞行结构中。就这一点而言，这种会出现在撞击方法中的机械鸣震会弓I起烟火撞冲击的不精确模拟。
[0008]可看出，在现有技术中需要一种系统和方法来精确模拟具有期望SRS的高强度烟火冲击，该冲击包括若干具有不同频率成分的冲击事件。此外，现有技术中还需要一种系统和方法模拟高强度烟火冲击，其能够被精确地控制，同时具有极好的重复性而且成本较低。

【发明内容】

[0009]本发明具体解决和缓和了上述关于高强度烟火冲击模拟的需求，其中，在一个实施例中，本发明提供了一种用于模拟烟火冲击的系统。该系统可以包括电功率放大器、振动器或谐振梁(或称为共振梁(resonance beam))。电功率放大器可以被配置为放大表示期望冲击响应频谱(SRS)的瞬态信号。振动器可以被配置为产生冲击脉冲以响应放大的信号波形。谐振梁可以被安装至振动器且可以被配置为放大冲击脉冲。
[0010]在一个进一步的实施例中，公开了一种用于模拟烟火冲击的系统，该烟火冲击由具有至少一个拐点频率和公差带的期望冲击响应频谱(SRS)表示。该系统可以包括被配置为放大表示期望SRS的瞬态信号波形。该系统可以进一步包括具有电枢和参考轴线的电动振动器。该系统可以进一步包括安装至电枢的谐振梁。该谐振梁可以被配置为放大冲击脉冲以使谐振梁上的至少一个位置具有基本上等于拐点频率上的加速度的绝对峰值加速度。
[0011]还提供了一种用于模拟具有期望冲击响应频谱(SRS)的烟火冲击的方法。该方法可以包括使用装有谐振梁的振动器产生冲击脉冲的步骤。该方法可以附加地包括放大谐振梁上至少一个位置上的冲击脉冲以响应谐振梁的激发。
[0012]在一个进一步实施例中，公开了一种用于模拟烟火冲击的方法。该烟火冲击具有包括拐点频率和对应于拐点频率的加速度的期望冲击响应频谱(SRS )。该方法可以包括产生表示期望SRS的瞬态信号波形和放大该信号波形的步骤。放大的信号波形可以被施加到安装有谐振梁的电动振动器中。该方法可以包括在振动器上产生冲击脉冲以响应放大的信号波形，该冲击脉冲的方向基本上与参考轴线平行。该方法可以进一步包括激发谐振梁以响应冲击脉冲的产生，以及在谐振梁中放大冲击脉冲以响应谐振梁的激发。
[0013]该方法可以附加地包括测量谐振梁的一个位置上的峰值加速度以响应冲击脉冲的放大，以及根据测量的峰值加速度计算模拟SRS。该方法还可以包括调整至少一个测试变量直到模拟SRS的绝对峰值加速度基本上等于对应于拐点频率的加速度。该测试变量可以包括在调整谐振梁上测量加速度的位置。测试变量还可以包括调整谐振梁的配置。
[0014]上述特征、功能和优势可以独立地在本发明的不同实施例中实施或可以在其他实施例中被组合，其进一步细节可参考下述描述和附图。
【专利附图】

【附图说明】
[0015]参照附图后，本发明的这些或其他特征将变得更加明显，其中，本文中同样的附图标记表示相同的部件，并且其中:[0016]图1是用于模拟受测样品中的烟火冲击并包括振动器和用于放大振动器产生的冲击脉冲的谐振梁的系统实施例的原理图；
[0017]图2是谐振梁被配置为轴向梁的系统的实施例的透视图；
[0018]图3是沿图2的线3-3的系统俯视图，而且其图示了安装至振动器的轴向梁；
[0019]图4是沿图3的线4-4的系统侧视图，而且其图示了被施加到轴向梁的冲击脉冲；
[0020]图5是沿图3的线5-5的系统侧视图，而且其图示了轴向梁的高度大于其宽度；
[0021]图6是谐振梁被配置为横向梁的系统的实施例的透视图；
[0022]图7是沿图6的线7-7的系统俯视图，而且其图示了安装至振动器的横向梁；
[0023]图8是沿图7的线8-8的系统侧视图，而且其图示了被施加到横向梁的冲击脉冲；
[0024]图9是沿图7的线9-9的系统侧视图，而且其图示横向梁的宽度大于其高度；
[0025]图10是系统实施例的透视图，其中谐振梁被配置为包括轴向梁和侧向元件的L-梁；
[0026]图11是沿图10的线11-11的系统俯视图，而且其图示了安装至振动器的L-梁，而且所示侧向元件为一个方管；
[0027]图12是沿图11的线12-12的系统侧视图，而且其图示了 L-梁被可滑动地支撑在梁支撑件上；
[0028]图13是沿图11的线13-13的系统侧视图，而且其图示了 L-梁被可滑动地支撑在梁支撑件上和冲击脉冲被施加到轴向梁上；
[0029]图14是响应于配置与图2-5所示相似的第一冲击脉冲的轴向梁的加速度时间变化关系图；
[0030]图15是以图14的加速度时间变化关系为基础的模拟SRS ；
[0031]图16是受到与图14-15所示相似的第一冲击脉冲的轴向梁的加速度时间变化关系图；
[0032]图17是以第二冲击脉冲有关且与图16的加速度时间关系为基础的模拟SRS，而且其图示了与图15所示的第一冲击脉冲有关的模拟SRS的密切对应关系；
[0033]图18是在图2-5的轴向梁的基部上测量的加速度时间关系曲线图，并且在基部上具有约1250g的测量的峰值加速度；
[0034]图19是以图18为基础的模拟SRS，而且其图示了基部上约2951g的绝对峰值加速度；
[0035]图20是在图2-5的轴向梁的自由端上测量的加速度时间关系图，并且在自由端上具有约2784g的测量的峰值加速度；
[0036]图21是以图20为基础的模拟SRS，而且其图示了自由端上约6139g的绝对峰值加速度；
[0037]图22是与图10-13所示的实施例相似的L-梁的加速度时间关系图，而且具有约13332g的测量的峰值加速度；
[0038]图23是以图22为基础的模拟SRS，而且其图示了 L-梁约30880g的绝对峰值加速度；
[0039]图24是与图10-13所示的实施例相似的L-梁的加速度时间关系图，而且其具有约11146g的测量的峰值加速度；[0040]图25是以图24为基础的模拟SRS，而且其图示了 L-梁约50641g的绝对峰值加速度；
[0041]图26是图示包括可以在用于在受测样品中模拟烟火冲击的系统中实施的一个或更多操作的方法实施例的流程图。
【具体实施方式】
[0042]现参考附图，其中附图旨在图示本发明的优选的各种实施例，图1所示是用于模拟烟火冲击的系统10的实施例的示意图。该系统10可以包括电动振动器40和测试夹具10，测试夹具10包括安装在振动器40上用于放大由振动器40产生的冲击脉冲54的谐振梁102。该冲击脉冲可以被产生以响应由电功率放大器提供给振动器40的放大的瞬态信号波形。优势在于，由于谐振梁102提供的机械优势，可以给安装在谐振梁102上的受测样品施加精确受控、高强度的冲击。
[0043]如图1所示，系统10可以包括脉冲信号发生器12，其被配置为产生所需幅值和持续时间的瞬态信号波形以在振动器40产生的冲击脉冲54中实现期望脉冲图表。该瞬态信号可以具有的持续时间为毫秒级到微秒级从而满足模拟烟火冲击的需要。在一个实施例中，瞬态信号可以具有的持续时间小于20微秒，当然可以提供任意持续时间的瞬态信号。可以使用各种不同的波形提供瞬态信号，包括，但不限于，正弦波、锯齿波、方波、三角波和其他波形或波形的组合。
[0044]信号调节装置14可以被包含在系统10中以整形或控制由信号发生器12产生的瞬态信号波形。信号调节装置14可以包括模拟滤波器16，其可以被配置为具有滑块(例如，可变电阻器)的1/3倍频程滤波器，从而以1/3倍频程频率间隔或其他频率间隔调节信号的幅值。信号调节装置14还可以包括数字滤波器18，其可以接收来自模拟滤波器16的瞬态信号波形。数字滤波器18可以被配置为1/3倍频程数字滤波器18，当然数字滤波器18可以允许以不同频率增量而不是1/3倍频程增量调节瞬态信息。
[0045]数字滤波器18可以包括可以被显示在与数字滤波器18相耦合的主机20的显示器上的数字滑动器(未示出)。在这种方式下，数字滤波器18可以促进瞬态信号的输出电平的增大或者促进不同频率上的瞬态信号的频谱整形。例如，数字滤波器18可以允许在一个或更多频率上以l/4dB增量调整瞬态信号输出电平以此作为控制冲击脉冲54的图表的手段。主机20可以提供保存用于后续再调用和使用的给定瞬态信号频谱的设定的手段。信号调节装置14可以起到信号放大器的作用，而且可以提供如以l/2dB增量或其他合适增量调整瞬态信号增益的手段。
[0046]就这一点而言，信号调节装置14可以提供增加由振动器40产生的冲击脉冲54的动态范围的手段。此外，模拟滤波器16和数字滤波器18的可调整性提供了控制谐振梁102的冲击响应频谱(SRS)的手段，从而使谐振梁102的SRS可以被保持在相对窄的公差带内以最小化或阻止测试设备的过测试。在这种方式下，信号调节装置14提高了冲击测试的准确性、控制和可重复性。
[0047]仍如图1所示，系统10可以附加地包括可以与功率放大器28耦合的控制单元22，其可以接收来自数字滤波器18的瞬态信号波形。控制单元22可以被配置为便于瞬态信号波形中频率相对较高的波形的限幅。此外，控制单元22可以被配置为平滑瞬态信号波形以阻止在瞬态信号波形的幅度出现中断或快速上升时功率放大器28或振动器40的跳闸(SP，无效)。
[0048]电压监测装置30如示波器及类似装置还可以选择性地被包括在系统10中。监测装置30可以与混频器/限幅器或主增益控制器24耦合并可以提供可视化监测被传输到功率放大器28的瞬态信号中的电压幅值。监测装置30可以允许用户监测瞬态信号的形状和被传输到功率放大器28的电压水平。以这种方式，用户可以调节瞬态信号使其适于阻止过多功率被传输到功率放大器中，以及避免过测试。
[0049]包括在系统10中的电功率放大器28还可以包括为振动器40的励磁线圈提供直流电的直流发生器26。直流电可以在可移动驱动器线圈或振动器40的电枢50周围建立静态磁场。在一个实施例中，直流发生器26可以被配置为产生约等于300安培或更大的直流电。此外，功率放大器28可以放大瞬态信号波形并可以给电枢提供交流电以使电枢根据交流电的频率和幅值沿着振动器40的参考轴线轴向移动。在一个实施例中，功率放大器28可以产生约等于500安培或更大的交流电。功率放大器28可以优选地被配置为放大最小失真的瞬态号。
[0050]如图1所示，振动器40可以被可通信地与功率放大器28耦合。振动器40可以由安装在相对大型的物体如混泥土地板的刚性不可移动面上的一对支柱42支撑。振动器40可以由延伸在振动器40和振动器40的每一侧上的支架之间的一对枢轴线被枢转地安装至支柱42上。优势在于，振动器40的可枢转安装便于将振动器40和测试夹具10调节至不同的方向和位置上，以便在以下所述谐振梁中实现不同响应。振动器40包括围绕电枢50的励磁线圈48。电枢50可以沿着振动器40的参考轴线轴向移动以响应由功率放大器28产生的放大的信号波形的应用。
[0051]测试夹具10可以包括安装在振动器40上的谐振梁102。谐振梁102可以具有直接与电枢50直接连接的基部106，以使谐振梁102和电枢50移动一致。优势在于，谐振梁102被配置为通过将谐振梁102激发为一个或更多谐振模式来放大冲击脉冲54，如下文更详细描述。例如，谐振梁102可以被配置为主要在纵向模式中、弯曲或桡曲模式、和/或扭转模式、或在其他模式或这些模式的组合中谐振。谐振模式或谐振梁102的激发可以是谐振梁102几何形状和谐振梁102在振荡器40上的方向和位置的函数，如下所述。
[0052]受测样品150可以被安装在产生冲击脉冲54的期望放大倍数的谐振梁102的位置上。在一个实施例中，冲击脉冲54的放大倍数是优选的，以使对于至少一个位置，谐振梁102呈现的测量的峰值加速度206大于谐振梁102的基部106上的测量的峰值加速度206。在一个实施例中，谐振梁102被优选地配置以使在谐振梁102的至少一个位置上呈现与期望SRS208 (图15)基本相同的模拟SRS208 (图15)。在一个优选实施例中，谐振梁102被配置以使谐振梁102上的至少一个位置具有大致等于对应于期望的SRS208的拐点频率216(图15)的加速度的绝对峰值加速度。SRS的拐点频率216对应于响应烟火冲击的服务环境(即，结构)的主频率。
[0053]在实际服务环境中，期望SRS208 (图15)可以表示响应于来自实弹(未示出)的烟火冲击的加速度。例如，期望SRS208可以表示在样品(例如，组件或子装配件)的实际安装位置附近测量的实际或模拟飞行结构(未示出)对来自实弹的烟火冲击的响应。期望SRS208可以以服务环境受到的来自实弹的烟火冲击的加速度时间关系200 (图14)为基础。更具体地，期望SRS208可以根据加速度时间关系200的测量的峰值加速度206 (图14)计算。期望SRS208常常使用公差带214 (图15)来描述。如图15所示，公差带214包括上限值和下限值214a, 214b (例如，+/_3dB, +/_6dB, +9/_6dB),其可以根据程序要求来确定。
[0054]期望SRS208 (图15)表示冲击脉冲对每一个都具有不同谐振频率的多个单自由度质量弹簧系统的严重程度或损伤潜能的测量。期望SRS208可以以最大绝对加速度响应的方式来表示，其被称为最大值，且被定义为最大正加速度和最大负加速度的最大值。期望SRS208的计算是以所选衰减率为基础的，衰减率通常为5%，当然可以使用不同的衰减率来确定期望SRS208。可以将期望SRS208提供给冲击测试设备以作为受测样品150 (S卩，组件或子装配件)的测试规范，从而达到一个或更多目的，如开发测试、合格性测试、飞行接受测试或其他目的。
[0055]仍如图1所示，系统10可以包括优选地被安装在谐振梁102上靠近受测样品150的加速度传感器60，以测量、记录和/或存储位置上的谐振梁102的冲击或加速度响应。加速度传感器60可以包括加速度计62，当然在一个替代实施例中，加速度传感器60可以被配置为包括，但不限于，应变计、速度计、位移计、激光测速仪或其他加速度测量装置。加速度计62可以是压电加速度计或压阻加速度计。加速度计62可以被配置为一个单轴加速度计。更优选地，加速度计62被配置为在三个相互垂直的轴线的每一个中测量加速度的三轴加速度计。就这一点而言，在识别具有冲击脉冲的期望放大倍率的谐振梁上的位置的过程中，一个或更多三轴加速度计63可以被安装在谐振梁102上。在识别具有期望放大倍率水平的谐振梁102位置之后，在对受测样品150进行冲击测试过程中，加速度计62还可以被安装在谐振梁102上。
[0056]对受测样品150进行冲击测试有不同的目的。对于合格性测试，受测样品150常常在每个轴线上(即，X，1，Z)的每个方向(即，+/_)受到三次冲击，总共受到18次冲击。在冲击脉冲54的应用过程中，受测样品150被优选地取向以使受测样品150的活动轴线(即，X-轴，y-轴，或ζ-轴)基本上与振动器40的参考轴线56平行。对于飞行接受测试，受测样品受到的冲击的数量减少到在每个轴线(即，X, y, ζ)的每个方向(即，+/_)受到单次冲击，总共6次冲击，当然受测样品150可以收到任意数量的冲击。
[0057]仍如图1所示，系统10可以包括获取和处理由安装至谐振梁102的加速度传感器60测量的加速度数据的数据获取系统58。在一个实施例中，数据获取系统58可以包括信号调节器64。信号调节器64可以为加速度传感器提供功率，而且可以放大加速度传感器60的输出信号。数据获取系统58可以附加地包括数据分析仪或冲击频谱分析仪66，其可以具有可视化显示施加到谐振梁102的冲击脉冲的结果的显示器68。冲击频谱分析仪66可以显示给定位置上的谐振梁102的模拟SRS218。在显示器中，模拟SRS可以与具有公差带的期望SRS叠加，以提供模拟烟火冲击中的冲击脉冲的精确可视化指示。
[0058]参考图2-5，所示为系统10的实施例，其中谐振梁102被配置为轴向梁110。轴向梁110具有基部106、自由端136和延伸在基部106和自由端136之间的长轴线104。基部106被安装在电枢50上，例如机械地将基部106固定在电枢50上，当然，可以使用其他方式将基部106焊接或连接在电枢50上。例如，轴向梁110和电枢50可以形成为单一结构。在一个实施例中，基部106可以包括接装板108以便于将轴向梁110安装在电枢50上。基部106可以是盘型，而且可以形成为与圆形的电枢50互补。然而，可以提供任意各种替代的尺寸和形状的接装盘108。无论基部106的具体配置如何，轴向梁110优选地安装在电枢50上以使轴向梁110和电枢在冲击脉冲54持续时间中相互保持连续接触并作为一个整体移动以响应冲击脉冲54。
[0059]轴向梁110的长轴线104的方向基本与参考轴线56平行。电枢50沿着参考轴线56移动，而且冲击脉冲54主要是沿着参考轴线56被施加到轴向梁110中。在一个实施例中，轴向梁110的方向和配置可以为使冲击脉冲54将轴向梁110激发为纵向为主的激发模式，尽管轴向梁110可以被激发为其他模式，包括弯曲模式或模式的组合。当被激发时，轴向梁110可以在出现冲击脉冲54的放大的轴向梁110的位置上具有反节点(未示出)。这些反节点位置可以增加或放大冲击脉冲能量。相反地，轴向梁110可以降低的放大倍率或没有放大倍率的位置上具有节点(没有显示)。这些节点位置会吸收冲击脉冲能量。
[0060]受测样品150可以被安装在轴向梁110的任意位置上，而且优选地被安装在提供冲击脉冲54的期望放大倍率水平的位置上。例如，图2图示了安装在轴向梁110的自由端112的支撑夹具154上的的受测样品，在此处，冲击脉冲被以两倍或更多的倍数放大，其具体细节如下文所述。轴向梁110可以包括至少一个靠近受测样品150被安装在轴向梁110上的加速度计62。另一个加速度计62可以靠近基部106被安装在轴向梁110上以在基部106测量加速度响应，其用于与受测样品150上轴向梁110的加速度响应比较。
[0061]图3是安装在振动器40电枢50上的轴向梁110的俯视图。虽然所示轴向梁110大致位于振动器40的中心，但是轴向梁110可以与振动器40中心偏离。虽然轴向梁110可以具有厚度tA不大于轴向梁110的宽度Wa，但是轴向梁110的厚度tA优选地不大于轴向梁110的宽度Wa (图4)的大约1/2。轴向梁110可以具有矩形截面，如所示的正方形截面。然而，轴向梁110可以具有圆形截面(未示出)。另外，轴向梁110可以具有任意形状或结构的非直角截面。例如，轴向梁110可以具有至少部分弯曲的截面如导致轴向梁110为圆筒形状的圆形截面(没有显示)。就这一点而言，可以提供任意不同截面形状的轴向梁110，从而在不同位置上产生不同的放大倍率水平。
[0062]图4是安装在振动器40电枢50上的轴向梁110的侧视图。测量的轴向梁110的高度^与长轴线104平行，而测量的宽度Wa与长轴线104垂直。在一个实施例中，轴向梁110的高度hA大于轴向梁110的宽度WA。例如，轴向梁110的高度匕可以至少是宽度Wa的两倍。在一个进一步实施例中，高度hA可以大于宽度Wa的约2-5倍，当然高度hA可以大于宽度Wa的五倍。
[0063]图5是安装在振动器40电枢50上的轴向梁110的进一步侧视图，而且图示了安装在支撑夹具154上的受测样品150，其中支撑夹具154被安装至轴向梁110的自由端。所示谐振梁102的长轴线104与振动器40的参考轴线对齐以使参考轴线穿过轴向梁110。在这种结构中，冲击脉冲54可以被施加到轴向梁110而不偏离中心地加载轴向梁110。然而，轴向梁110可以偏离(未示出)参考轴线56，这会改变轴向梁110的激发，而且会在轴向梁110中引起不同的放大倍率水平。
[0064]参考图6-9，其显示了系统10的实施例，其中谐振梁102被配置为横向梁120，其具有方向与参考轴线56基本垂直的长轴线104。横向梁120可以具有可以包括横向梁120与电枢50连接或被安装在电枢50上的部分的基部106。在一个实施例中，横向梁120的基部106可以包括与上述描述的轴向梁110包含的接合板108相似的接合板108。[0065]横向梁120具有相对梁端部122。长轴线102在梁端部122之间延伸。所示受测样品150被安装在梁端部122的其中一个上。然而，受测样品150可以被安装在梁端部122的任意位置上或被安装在横向梁120的任意表面上。至少一个加速度计63被安装在横向梁120上以在位置上测量横向梁120的加速度响应。例如，加速度计62可以被安装在横向梁120靠近受测样品150的位置上。另一个加速度计62可以被安装在横向梁的基部106的位置上以测量基部上的加速度响应，其用于与横向梁120的另一个位置上的加速度响应比较。
[0066]图7是系统的俯视图，其显示横向梁120大致位于振动器40的中心。横向梁120具有厚度&可以小于横向梁120的高度hT。在一个实施例中，厚度tT可以不大于约1/2的横向梁120的高度hT (图8)，当然横向梁120可以为任意厚度tT。
[0067]图8是安装在振动器40上的横向梁的侧视图。横向梁120具有测量的高度hT可以基本与长轴线104垂直，而测量的宽度wT与长轴线104平行。在一个实施例中，宽度wT可以大于高度hT。例如，横向梁120的宽度wT可以至少是横向梁120的高度hT的两倍。在一个进一步的实施例中，横向梁120的宽度wT可以大于横向梁120的高度hT的2-10倍，当然可以考虑更长的宽度wT。
[0068]横向梁120的宽度wT可以使梁端部122的至少其中一端延伸至电枢50的周界52之外。梁端部122和电枢50周界52之间的差可以定义横向梁120的悬垂部分124，其中，从电枢50向外悬臂支撑梁端部122。在这种结构中，横向梁120可以至少在一个悬垂部分124区域内被激发到谐振的挠曲模式。就这一点而言，梁端部122可以包括激发反节点(未示出)，而且可以在梁端部122上呈现相对于横向梁120的其他位置上的放大倍率增加的冲击脉冲的放大倍率。
[0069]图9是横向梁120的进一步侧视图，其图示了通常为矩形截面的横向梁120。然而，可以提供包括正方形截面形状或其他截面形状的替代截面形状的横向梁120。图9进一步图示了所安装的横向梁120使参考轴线56穿过横向梁120。然而，横向梁120可以与参考轴线56偏移，这可以改变横向梁120的一个或更多位置上的激发和放大倍率水平。所示受测样品150和加速度计62被安装在横向梁120的一个侧面上。然而，受测样品150和加速度计62可以安装在横向梁120的其他面上，以便可以沿着不同轴线对受测样品150进行冲击测试。例如，当对安装在梁端部122的侧面上的受测样品150进行冲击测试之后，可以将受测样品150安装在梁端部122上的横向梁120的上表面，并将另一个冲击脉冲54施加到横向梁120上。
[0070]参考图10-13，其显示了系统10的实施例，其中谐振梁102被配置为具有轴向梁110和被安装在轴向梁110上的侧向元件132的L-梁130。可以以图2_5所示的轴向梁110相似的配置方式来配置轴向梁110。轴向梁110可以被安装以使长轴线104的方向基本上与振动器40的参考轴线56平行。在所示的该实施例中，振动器40可以被枢转以使参考轴线56的方向大约水平而不是如图2-5所示的垂直。在水平方向上，轴向梁110的至少一部分由梁支撑件138支撑，其中梁支撑件138包括不可移动物体，优选具有较高的质量和刚性。例如，梁支撑件138可以被配置为大理石台子。在轴向梁110和梁支撑件138之间可以选择性地包括低摩擦剂层140以在冲击脉冲54施加过程中促进轴向梁110的滑动。例如，低摩擦剂可以包括液压油，当然可以使用任意低摩擦剂。[0071]侧向元件132从轴向梁110向外延伸，而且可以具有固定端134和自由端136。固定端134可以被安装在轴向梁110上。受测样品150被安装在自由端136上或或被安装在自由端136和固定端134之间的任意位置上。侧向元件132可以从轴向梁110向外延伸而且其方向相对于轴向梁110基本垂直。然而，侧向元件132的方向可以不相对于轴向梁110垂直。受测样品150可以被安装在轴向援建132的任意一个侧面。在施加冲击脉冲54的过程中，加速度计62同样地可以靠近受测样品150被安装在侧向元件132上以测试加速度，其与基部106上测量的加速度比较从而确定放大倍率水平。
[0072]图11是安装在振动器40上的L-梁130的俯视图。侧向元件132可以被安装与轴向梁110的自由端136相邻或者被安装在轴向梁110的其他位置上。此外，尽管所示侧向元件132相对于参考轴线56基本位于中心，但侧向元件132可以与参考轴线偏移，从而可以改变侧向元件132的放大倍率。所示受测样品150被安装在方管侧向元件132的一个侧面上。然而，如上文所述，受测样品150可以安装在另一侧以提供不同的放大倍率并受测样品150中的响应。
[0073]所示侧向元件132被配置为方管。有利的是，方管形状可以便于将受测样品150安装在不同的相互垂直的方向上，以满足在三个相互垂直的轴线中测试样品的需求。在一个实施例中，方管可以具有twall的厚度和约4x4英尺的宽度wT，当然可以提供任意厚度twall和宽度wT的侧向元件132。此外，可以提供替代的截面形状、尺寸和结构的侧向元件132以实现所需放大倍率水平。例如，侧向元件132可被配置为一个基本上中空的方管。侧向元件132具有的尺寸和结构可以使侧向元件132在至少一个位置上具有测量的峰值加速度206大于基部106上的测量的峰值加速度206。加速度计62可以被安装在靠近受测样品的位置上的基部上和侧向元件132上以测量冲击脉冲54过程中的加速度。
[0074]图12是振动器40的侧视图，其方向与参考轴线56是基本水平的。L-梁130的质量由梁支撑件138 (例如，大理石台子)支撑，其具有位于轴向梁110和梁支撑件138之间的界面上的可选低摩擦剂。可以选择侧向元件132具有hL高度以在冲击脉冲54过程中提供侧向元件132的自由端136的所需位移量。施加到L-梁的冲击脉冲54可以引起轴向梁110相对于梁支撑件138移动。L-梁130可以被激发到一个或更多谐振模式，包括在轴向梁110中的纵向模式和在侧向元件132中的扰曲模式，并引起侧向元件132输出增加的放大倍率的冲击。
[0075]图13是系统10的前视图，其图示侧向元件132相对于振动器40的参考轴线56(图12)大致位于中心。然而，如上文所述，侧向元件132可以与振动器40的参考轴线56偏移。偏移侧向元件132可以改变侧向元件中的冲击脉冲的放大倍率。
[0076]在图1-13所示和上述描述的实施例中，谐振梁102被优选地配置以使谐振梁102上的至少一个位置具有大于基部106上的测量的峰值加速度206的测量的峰值加速度206。例如，谐振梁102被优选地配置以使靠近谐振梁102的自由端136的至少一个位置具有的测量的峰值加速度206至少是基部106上的测量的峰值加速度206的两倍。一个或更多加速度传感器60或加速度计62可以提供谐振梁102上的峰值加速度的测量。例如，至少一个加速度计62可以被安装在谐振梁102的基部106上。另一个加速度计62被安装在靠近受测样品150的位置上。自由端136上的加速度可以与基部106上测量的加速度相比较从而确定谐振梁102提供的放大倍率水平。[0077]可以使用受测样品150的质量模型来执行放大的加速度的位置识别。质量模型152可以被安装在与测量加速度响应的位置不同的位置上。质量模型152可以模拟受测样品150的总质量及其质量分布。质量模型152可以提供用于在谐振梁102的不同位置上加速度的更精确识别的手段，而没有损伤精密的和/或昂贵的实际受测样品150的风险。在施加幅度过高的冲击脉冲54到谐振梁102上的过测试状态下会发生这种损伤风险。在谐振梁102上识别出具有期望的放大倍率水平的一个或更多位置之后，质量模型152可以从谐振梁102中移除并用实际待测组件替代(即，受测样品)。受测样品150会受到一个或更多冲击脉冲54，而且可以评估故障或损伤的指示。
[0078]对于图1-13所示的实施例中的任意一个，谐振梁102 (图1)可以被配置以使至少一个位置呈现与期望的SRS208基本相等的模拟SRS218(图15)。如上文所述，模拟SRS218可以根据在谐振梁102上的给定位置上测量的加速度来计算。在一个实施例中，谐振梁102可以被配置以使模拟SRS218在期望SRS208的指定的公差带214 (图15)内。例如，谐振梁102可以被配置以使模拟SRS218的绝对峰值加速度224(图15)在期望的SRS208的拐点频率216 (图15)上的加速度的约+/-6dB的公差带214内。拐点频率216可定义为SRS图中SRS曲线的斜率恒定或改变轻微的加速度值的位置。根据SRS所表示的结构或服务环境，拐点频率216可以被定义为在测试位置上的烟火冲击环境的主频率。可以给期望SRS208提供的公差带214在期望SRS208的频率范围内变化。例如，可以给期望SRS208提供频率小于约3kHz的+/-3dB和频率大约3kHz的+9/_6dB的公差带214。可考虑其他公差带和变型。
[0079]在一个实施例中，谐振梁102 (图1)可以被配置以使谐振梁102上至少一个位置呈现模拟SRS218的绝对峰值加速度224 (图15)约为500g。在一个进一步实施例中，模拟SRS218可以具有约20000g或更大的绝对峰值加速度224。此外，谐振梁102可以被配置以使模拟SRS218包括超过IOOkHz或更大的加速度数据。有利地是，振动器40 (图1)和谐振梁102 (图1)的组合提供的加速度响应可以精确模拟烟火事件的高频率、高幅值瞬态冲击。
[0080]就这一点而言，谐振梁102 (图1)和振动器40 (图1)的组合可以被配置以模拟至少一个包括远场环境、中场环境和近场环境的烟火冲击的环境类别。为了模拟远场环境，有利的谐振梁102的尺寸和结构可以放大冲击脉冲54 (图1)以使对于谐振梁102上的至少一个位置，谐振梁102呈现具有达到约IOOOg的绝对加速度224 (图15)的模拟SRS218(图15)。对于远场环境的模拟，频谱可以包括达到IOkHz的加速度数据。在适于模拟远场环境的谐振梁102的实施例中，轴向梁110 (图2-5)可以适于产生密度比横向梁120 (图6-9)或L-梁(图10-13)实施例产生的响应低的响应。优势是，由于轴向梁110相对于横向梁120或L-梁130实施例的刚性，其固有的刚性更高，轴向梁110实施例的模拟SRS218可以提供更受控的冲击脉冲54响应。就这一点而言，轴向梁110的模拟SRS218可以具有更加平滑的曲线，该曲线紧跟期望SRS208的最小波峰与模拟SRS218的波谷的直线逼近。
[0081]为了模拟中场环境，谐振梁102 (图1)的尺寸和结构可以放大冲击脉冲54 (图1)以使对于谐振梁102上的至少一个位置，谐振梁102呈现具有约IOOOg到5000g之间的绝对峰值加速度224 (图15)的模拟SRS218 (图15)。对于中场环境的模拟SRS218，频谱还可以包含大于约IOkHz的加速度数据。在用于模拟烟火冲击的中场环境的实施例中，谐振梁102的横向梁120 (图6-9)实施例较适合。[0082]为了模拟近场环境，谐振梁102 (图1)的尺寸和结构可以放大冲击脉冲(图1)以使对于谐振梁102上的至少一个位置，谐振梁102呈现具有大于约5000g的绝对峰值加速度224 (图15)。此外，近场环境的模拟SRS218可以包括大于约IOOkHz的频谱分量。在模拟近场环境的实施例中，谐振梁102的L-梁(图10-13)实施例可以有利地产生密度比轴向梁110或横向梁120产生的响应更高的响应。此外，L-梁130的模拟SRS218的频谱分量可以包括更大的变化(即，更多波峰和波谷)。频谱的一部分会落在给定公差带214的外侧。
[0083]在图1-13所示的任意实施例中，谐振梁102 (图1)可以使用产生期望放大倍率的材料形成。谐振梁102的材料可以根据机械性能来选择，例如刚性或弹性模量和/或泊松t匕，因为这些性能会影响谐振梁102的激发。在一个实施例中，可以使用镁形成谐振梁102，因为镁相对于其他高性能金属，例如铝，具有可比的高强度性能和低密度。就这一点而言，镁形成的谐振梁102可以提供与铝谐振梁质量相同但物理尺寸更大，从而使镁谐振梁102可以具有更高的刚性。当与相同面积的铝谐振梁102相比时，优势在于更高刚性的镁可以最小化高频率冲击的衰减。可以使用各种材料的任意一种来形成谐振梁，包括，但不限于，镁、铝、钢、钛、石墨环氧复合材料和任意其他金属或非金属材料或其组合。
[0084]图14是目前公开的受到冲击脉冲54 (图1)的轴向梁110 (图2_5)的实施例的加速度时间关系200的加速度(g) vs时间(毫秒)图。轴向梁110的配置与图2-5所示的配置相似。图14中的加速度时间关系200呈现由来自振动器40的冲击脉冲引起的测量的峰值加速度约为4722g。
[0085]图15是以图14的加速度时间关系200为基础的模拟SRS218。模拟SRS218叠加在期望SRS208上，其具有的衰减率为5%，公差带214的上限值为214a，下限值为214b。模拟SRS218的绝对峰值加速度224根据图14的测量的峰值加速度206来计算。在图15中，绝对峰值加速度224约为8970g。可看出，模拟SRS218基本上模拟期望SRS208。就这一点而言，模拟SRS218被严格控制，其由模拟SRS218保持在期望SRS208的公差带224内来证明。此外，图15中的绝对峰值加速度224有利地大约出现在期望SRS208的拐点频率216上。就这一点而言，模拟SRS218示出了轴向梁110振动的第一模式有利地具有与期望SRS208的拐点频率基本相同的频率。
[0086]图16是使用与图14的图中所示相同的振动器40 (图1)和轴向梁110结构受到相同冲击脉冲54 (图1)的轴向梁110 (图2-5)的加速度时间关系200图。可看出，图16的加速度时间关系200基本与图14中所示的加速度时间关系200相同。例如，图16中的加速度时间关系200具有约4870g的测量的峰值加速度206，其大约对应于图14中约4722g的测量的峰值加速度206。就这一点而言，图14和图16图示了本发明的振动器40/谐振梁102配置提供的冲击脉冲和加速度响应的控制和可重复性。
[0087]图17是以图16的加速度时间关系200为基础的模拟SRS218。图16的模拟SRS218叠加在期望SRS208上，而且图示了冲击脉冲(图1)的相对严格控制，其由模拟SRS218大约等于期望SRS208来证明。例如，图17中约9400g的绝对峰值加速度224大约对应于图15中约8970g的绝对峰值加速度224，而且图示了通过使用振动器40/谐振梁102 (图1)组合对冲击脉冲54的精确控制和冲击脉冲54的可重复性。
[0088]图18是在基部102 (图2-5)上测量的轴向梁102 (图2_5)的加速度时间关系200图。如图2-5所示，轴向梁110的基部106可以包括轴向梁110与电枢50的接口位置或被安装在电枢50的位置。基部106上的加速度响应可以使用如图2和图4-5所示的加速度计62测量。在图18中，基部106具有的测量的峰值加速度206约为1250g。
[0089]图19是以图18所示的基部106的加速度时间关系200为基础的模拟SRS218。基部106上的模拟SRS218的绝对峰值加速度约为2951g。
[0090]图20是在自由端136 (图2-5)上测量的轴向梁110 (图2_5)的加速度时间关系200图。轴向梁110的自由端136与基部102 (图2_5)相对放置。自由端136上的加速度响应可以使用加速度计(图2)测量。在图20中，自由端136具有的测量的峰值加速度206约为2784g，其放大倍率超过轴向梁110的基部106上的约为1250g的测量的峰值加速度206的两倍。
[0091]图21是以图19所示的加速度时间关系200为基础的模拟SRS218。模拟SRS218具有的绝对峰值加速度约为6140g，其与轴向梁110(图2-5)的基部106上的约为2951g的绝对峰值加速度224比较，并进一步图示轴向梁110的放大能力。图21进一步图示了冲击脉冲54 (图2-5)的相对严格控制，其由模拟SRS218除了超出相对窄带1000Hz之外，基本上保持在期望SRS208的公差带内来证明。当确定该频率上的加速度对受测样品的威胁很小时，这种相对窄带内的超出是可接受的。此外，受测样品150在轴向梁110的安装位置是可以调节的，从而将模拟SRS218控制在公差带14内。另外，瞬态信号波形可以被电子地调节，例如通过调整模拟滤波器16 (图1)和/或数字滤波器以改变一个或更多频率上的瞬态信号的副值，从而将基本上大部分的模拟SRS218的频谱限制在公差带14内。
[0092]图22是与图10-13中所示的谐振梁相似的谐振梁102 (图1)的L-梁130 (图10-13)实施例的加速度时间变化关系200图。可以在L-梁130(图10-13)的侧向元件132上的位置上测量加速度时间关系200，例如，使用加速度计(图10-13)。在图22中，L-梁具有约13330g的测量的峰值加速度206，其对应于使用爆炸材料获得的冲击水平。
[0093]图23是以图22中所绘的L-梁130 (图10_13)的加速度时间关系200为基础的模拟SRS218。模拟SRS218具有约30880g的绝对峰值加速度，其与由爆炸物产生的冲击水平是可比的。就这一点而言，所提供的图23图示了谐振梁102 (图1)的能力从而模拟高密度烟火冲击。也应该注意到图23表示L-梁130调节之前的L-梁130 (图10-13)测试夹具或电子测试设备的放大能力，从而将模拟SRS218限定在整个频谱的公差带14内。就这一点而言，受测样品150在L-梁130 (图10-13)上的物理位置可以被调节或者瞬态信号波形可以被调节以将频谱的实质部分或模拟SRS218的整个频谱限定在公差带14内。
[0094]图24是配置与图10-13中所示的L-梁130配置相似的L-梁130 (图10-13)实施例的加速度时间关系200的附加图。在L-梁130的侧向元件132上测量的加速度时间关系200具有测量的峰值加速度206约为11146g。
[0095]图25是以图24的加速度时间关系200为基础的模拟SRS218。模拟SRS218具有约50641g的绝对峰值加速度224，而且进一步图示了谐振梁102 (图1)产生高密度冲击的能力。图25还图示了冲击脉冲54的普遍严格控制，其由模拟SRS218在相对窄带内的微小超出但大体上保持在期望SRS208的公差带内来证明。就这一点而言，将认识到图25图示了在L-梁130调节测试设置之前L-梁130 (图10-13)测试夹具的放大能力，从而将模拟SRS218的微小超出限制在公差带14内。
[0096]图26是流程图，其图示包括可以在用于模拟烟火冲击的系统(图1)中实施的一个或更多操作的方法300的实施例。该方法可以包括产生表示期望SRS208的瞬态信号波形的步骤302。瞬态信号波形可以由脉冲信号发生器12 (图1)产生，而且可以具有期望幅值(例如，电压)和持续时间(例如，毫秒)，以用在由振动器40 (图1)产生的冲击脉冲54 (图1)中实现期望图表。
[0097]方法300的步骤304可以包括放大信号波形，例如使用电功率放大器28 (图1)。首先功率放大器28可以提供直流电给振动器40 (图1)的励磁线圈48 (图1)以产生围绕电枢50 (图1)的磁场。功率放大器还可以放大瞬态信号波形并产生表不电枢50端的瞬态信号波形的交流电。
[0098]步骤306可以包括施加放大的信号波形到电动振动器40 (图1)上。放大的信号波形为电枢50 (图1)提供能量而且导致电枢沿着与参考轴线56 (图1)基本平行的方向移动。谐振梁102可以被安装在电枢50上，如图1所示。
[0099]步骤308可以包括在振动器40 (图1)上产生冲击脉冲54 (图1)以响应施加到振动器40的放大的信号波形。冲击脉冲54由电枢50 (图1)的往复运动产生从而响应在电枢50中流动的交流电。电枢50可以以对应于放大的信号波形的交流电频率的频率往复运动。
[0100]步骤310可以包括将冲击脉冲54 (图1)定向与参考轴线56 (图1)基本平行的方向。就这一点而言，冲击脉冲54的方向对应于电枢50 (图1)的移动方向。如图所不,振动器40可以被配置以使电枢50相对于励磁线圈48 (图1)轴向移动。谐振梁102 (图1)被优选地与电枢50相连以使谐振梁102和电枢50至少在冲击脉冲54持续时间过程中保持连续接触。
[0101]步骤312可以包括将谐振梁102 (图1)激发到至少一种谐振模式以响应冲击脉冲54的产生。谐振模式可以包括纵向模式、弯曲模式或挠曲模式、扭转模式或其他模式或其组合。激发模式可以由若干因数决定，包括但不限于，谐振梁102的结构和/或谐振梁102相对于振动器40 (图1)的地方、方向和位置。
[0102]步骤314可以包括放大谐振梁102 (图1)中的冲击脉冲54 (图1)以响应谐振梁102的激发。冲击脉冲54可以被放大以使谐振梁102上的至少一个位置具有测量的峰值加速度206 (图14)大于谐振梁102的基部106 (图1)上测量的峰值加速度206。如上文所述，冲击脉冲54可以在谐振梁102的反节点(未示出)的位置上被放大。
[0103]步骤316可以包括测量谐振梁102 (图1)上的位置上的加速度以响应冲击脉冲54 (图1)以及识别冲击脉冲54被放大的谐振梁102上的一个或更多位置。每个位置上的放大倍率水平可以被测量并与基部106 (图1)上的测量的加速度比较。
[0104]步骤318可以包括计算每个测量位置上呈现的模拟SRS218 (图15)。每个位置上的模拟SRS218可以根据该位置上测量的峰值加速度206计算。将每个位置上的模拟SRS218与期望SRS208 (图15)比较。如上文所述，期望SRS208可以表示服务环境(例如，期望的或实际结构)对爆炸产生的烟火冲击的响应。
[0105]步骤320可以包括调节一个或更多测试变量直到一个或更多谐振梁102 (图1)位置被识别为具有冲击脉冲54 (图1)的期望放大倍率水平。就这一点而言，可以被识别的一个或更多位置上的模拟SRS218 (图15)的绝对峰值加速度224 (图15)基本上等于对应于期望SRS208 (图15)的拐点频率216 (图15)的加速度。如上述提到的，期望SRS208的拐点频率216可以对应响应于烟火冲击的服务环境的主频率。通过比较绝对峰值加速度和拐点频率上的加速度，谐振梁102上的位置可以提供实际环境中样品受到的烟火冲击的相对接近的模拟。
[0106]可以被调整的测试变量可以包括谐振梁102 (图1)上测量加速度的位置。如上文讨论的，给定谐振梁102实施例的不同位置可以显示不同的放大倍率水平。通过在谐振梁102的不同位置上安装加速度计(图1)、使谐振梁102受到冲击脉冲54以及在每个位置上测量放大倍率直到确定具有期望放大倍率水平的位置，从而映射或测量谐振梁102。每个位置上的模拟SRS218 (图15)还可以根据测量的加速度计算。识别模拟SRS218基本等于期望SRS208 (图15)的位置。就这一点而言，可以识别模拟SRS218的绝对峰值加速度224(图15)基本等于与期望SRS208的拐点频率对应的加速度的位置。优选地，模拟SRS218的绝对峰值加速度在期望SRS208的指定公差带214内。
[0107]测试变量还可以包括改变谐振梁102 (图1)的配置，包括改变梁的形状，梁的几何结构和/或梁面积。就这一点而言，不同配置的谐振梁102可以被安装在振动器40 (图1)上以确定每个谐振梁102对冲击脉冲54 (图1)的响应。梁结构可以根据期望放大倍率水平和期望SRS218 (图15)的质量来选择。SRS的质量可以包括模拟SRS218与期望SRS208(图15)的标称直线的偏差幅值以及模拟SRS218 (图15)的频谱的实质部分是否在指定公差带214内(图15)。测试变量还可以包括改变形成谐振梁102的材料。就这一点而言，材料可以根据拉伸模量、剪切模量、泊松比或其他机械性能选择。
[0108]瞬态信号波形可以被调整以最小化模拟SRS218(图15)的绝对峰值加速度224(图15)和拐点频率216 (图15)的加速度之间的差值。例如，通过调节电功率放大器28 (图1)可以调节瞬态信号波形的放大倍率水平。还可以调节信号调节装置14 (图1)以控制提供给信号发生器12 (图1)的瞬态信号波形。例如，可以调节模拟滤波器16 (图1)和/或数字滤波器18 (图1)以改变瞬态信号在一个或更多频率上的幅值，如下文所述。
[0109]上述提到的一个或更多测试变量可以被调节直到模拟SRS218在期望SRS208( 15)的指定公差带内(例如，+/_6dB，+/-3dB, +9/-6dB等)。优选地，测试变量可以被调节直到模拟SRS218基本上等于期望SRS208的拐点频率216 (图15)的期望SRS208。测试变量可以被调节直到在谐振梁102 (图1)上的至少一个位置上呈现具有绝对峰值加速度224基本等于期望SRS208的拐点频率216的加速度的模拟SRS218。在一个实施例中，测试变量可以被调节直到在谐振梁102上的至少一个位置上呈现的模拟SRS218具有的绝对峰值加速度224大于预定幅值，即大于约5000g，大于20000g或更大。测试变量还可以调节以使谐振梁102上的至少一个位置呈现的模拟SRS218具有大于约IOOkHz的频谱分量。
[0110]上述讨论的测量谐振梁102 (图1)的位置上的响应的步骤可以由安装在谐振梁102的质量模型152 (图1)在测试位置上执行。如原先所述，质量模型152可以具有的质量和质量分布基本上等于受测样品150 (图1)的质量和质量分布。在识别呈现期望响应的谐振梁102上的一个或更多位置后，可以用受测样品150替代质量模型152。受测样品150可以安装在该位置上，而且会受到一系列冲击脉冲54 (图1)。可以在不同方向上连续测试受测样品150直到在三个相互垂直(即，X, y, ζ)轴线上都测试了样品。
[0111]就这一点而言，一个或更多三轴加速度计62 (图1)可以被安装在谐振梁102上或安装在谐振梁102的支撑夹具154 (图1)上。加速度计62优选地安装在靠近受测样品150的位置，而且可以放置在与受测样品150非接触的位置。然后根据测试目的，受测样品会受到一个或更多冲击脉冲。例如，在合格性测试中，受测样品150在受测样品150的每个轴线(B卩，x，y，z)的每个方向(即+/-)上受到三次冲击，总共受到18次冲击。对于飞行接受测试，受测样品150在每个轴线的每个轴线(即，X，y, ζ)的每个方向(即+/_)上受到单次冲击，总共受到6次冲击。在每次冲击或一系列冲击之后，可以估计受测样品150的损伤和/或故障。
[0112]本发明所属【技术领域】中的技术人员在受到上述说明书和附图中提出的教导的帮助下将会想到本发明的许多修改和其他实施例。本文所述实施例旨在说明而不是旨在限制或穷尽。虽然本文使用了特定术语，但仅是使用一般性和描述性含义，而非限制性目的。
【权利要求】
1.一种用于模拟具有期望冲击响应频谱即SRS(208)的烟火冲击的系统(10)，其包括: 电功率放大器(28)，其被配置为放大表示所述期望SRS (208)的瞬态信号波形； 振动器(40)，其被配置为响应于所述放大的信号波形而产生冲击脉冲(54);和 谐振梁(102)，其被安装在所述振动器上，并且被配置为放大所述冲击脉冲。
2.根据权利要求1所述的系统(10)，其中: 所述期望SRS (208)具有拐点频率(216)和对应于所述拐点频率(216)的加速度；并且所述谐振梁(102)被配置以使所述谐振梁上的至少一个位置呈现的模拟SRS (218)具有基本上等于对应于所述拐点频率(216)的所述加速度的绝对峰值加速度。
3.根据权利要求1所述的系统(10)，其中: 所述振动器(40)具有参考轴线(56)； 所述冲击脉冲(54)沿着基本上平行于所述参考轴线(56)的方向定向；并且所述谐振梁(102)包括轴向梁(110)，其具有方向与所述参考轴线(56)基本平行的长轴线(104)，所述轴向梁(110)具有平行于所述长轴线(104)测量的高度hA和垂直于所述长轴线(104)的测量的宽度wA，而且所述高度hA大于所述宽度wA。
4.根据权利要求1所述的系统(10)，其中: 所述振动器(40)具有参考轴线(56)； 所述冲击脉冲主要沿着与所述参考轴线(56)平行的方向定向；并且所述谐振梁(102)包括横向梁(120)，其具有方向基本上垂直于所述参考轴线(56)的长轴线(104)。
5.根据权利要求4所述的系统(10)，其中: 所述振动器具有电枢(50)，其具有周界； 所述横向梁(120)具有相对的梁端部(122);并且 所述横向梁(120)具有垂直于所述长轴线(104)测量的高度hT和平行于所述长轴线(104)测量的宽度wT ;并且 所述宽度wT大于所述高度hT，所述宽度wT使至少一个梁端部(122)延伸到所述电枢(50)周界之外。
6.根据权利要求1所述的系统(10)，其中: 所述振动器(40)具有参考轴线(56)，所述振动器(40)被定向以使所述参考轴线(56)大约水平； 所述谐振梁(102)包括L-梁(130)，所述L-梁包括: 轴向梁(110)，其被安装在所述振动器(40)上，并具有方向基本上与所述参考轴线(56)平行的长轴线(104)，所述轴向梁(140)可滑动地被支撑在梁支撑件上(138);和 侧向元件(132)，其从所述轴向梁向外侧向地延伸。
7.一种模拟具有期望冲击响应频谱即SRS (208)的烟火冲击的方法，其包括的步骤如下: 使用振动器(40)产生冲击脉冲(54)，所述振动器(40)上安装有谐振梁(102)； 响应于所述冲击脉冲而激发所述谐振梁(102);以及 响应于所述谐振梁(102)的激发，而在所述谐振梁的至少一个位置上放大所述冲击脉冲(54)。
8.根据权利要求7所述的方法，其中所述烟火冲击具有期望冲击响应频谱即SRS(208)，放大所述冲击脉冲(54)的步骤包括: 放大所述冲击脉冲(54)以使谐振梁(102)上至少一个位置呈现的模拟SRS (218)基本上等于所述期望SRS (208)。
9.根据权利要求8所述的方法，其中所述期望SRS(208)具有拐点频率(216)和对应于所述拐点频率(216)的加速度，放大所述冲击脉冲的所述步骤包括: 放大所述冲击脉冲(54)以使所述模拟SRS (218)具有的绝对峰值加速度基本上等于对应于所述乖点频率(216)的所述加速度。
10.根据权利要求7所述的方法，其中放大所述冲击脉冲(54)的所述步骤包括: 放大所述冲击脉冲(54)以使所述谐振梁(102)上的至少一个位置呈现的模拟SRS(218)具有的绝对峰值加速度大于约5000g。
11.根据权利要求7所述的方法，其中放大所述冲击脉冲(54)的所述步骤包括: 放大所述冲击脉冲(54)以使所述谐振梁(102)上的至少一个位置呈现的模拟SRS(218)具有的绝对峰值加速度大于约20000g。
12.根据权利要求7所述的方法，其中放大所述冲击脉冲(54)的所述步骤包括: 放大所述冲击脉冲(54)以使所述谐振梁(102)上的至少一个位置呈现的模拟SRS`(218)具有的加速度响应大于约100kHz。
13.根据权利要求7所述的系统，其进一步包括以下步骤: 沿着所述振动器(40)的参考轴线(56)定向所述冲击脉冲(54);以及将所述谐振梁(102)配置为轴向梁(110)，其具有的长轴线定向为基本上平行于所述参考轴线(56)。
14.根据权利要求7所述的方法，其进一步包括以下步骤: 沿着所述振动器(40)的参考轴线(56)定向所述冲击脉冲；以及将所述谐振梁(102)配置为横向梁，其具有的长轴线(104)定向为基本上垂直于所述参考轴线(56)。
15.根据权利要求7所述的方法，其中: 沿着所述振动器(40)的参考轴线定向所述冲击脉冲(54);以及 将所述谐振梁(102)配置为L-梁(130)，所述L-梁包括: 轴向梁(110)，其被安装在所述振动器(40)上，而且具有的长轴线定向为基本上平行于所述参考轴线(54);和 侧向元件(132)，其从所述轴向梁(110)向外侧向延伸。
【文档编号】G01N3/30GK103492850SQ201280019499
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2012年3月7日 优先权日:2011年4月21日
【发明者】C·C·李, C·M·特宏, M·E·韦斯特, R·R·小斯珑娜 申请人:波音公司