一种冲击加速度计校准装置及方法与流程

本发明涉及冲击计量技术，具体地，涉及一种冲击加速度计校准装置及方法。

背景技术：

冲击加速度计广泛应用于国防军工的科研、生产和试验过程中各个环节，在各种环境条件下担负着监控和测试的职能。目前冲击加速度计的敏感元件多数由压电材料构成，根据压电材料的特性，当其在参考工作温度以外工作时，它的输出电荷灵敏度将产生很大变化，那么温度变化会对压电类型的加速度计的灵敏度影响很大。上述参考工作温度可以为室温。

由于高低温环境下由温度引入的测试误差是不可忽略的，使用过程中必须对冲击加速度计的灵敏度进行修正。但是目前冲击加速度计的校准都是在常温下进行，其校准的方式都是将被校准的冲击加速度计与参考冲击加速度计通过背靠背安装在冲击校准台上，由于冲击校准台工作温度范围较窄，无法在高低温环境下工作，不能将校准装置整体放入高温试验箱中，因此采用这种结构形式的校准方法无法实现高低温下的冲击加速度校准。

技术实现要素：

本发明实施例中提供了一种冲击加速度计校准装置及方法，解决现有技术中的校准装置无法实现对高低温下的冲击加速度校准的问题。

根据本发明实施例的第一个方面，提供了一种冲击加速度计校准装置，其特征在于，包括：激光干涉系统、温度控制系统、冲击激励系统和数据采集器；其中，

激光干涉系统包括：与数据采集器连接的激光干涉仪；

温度控制系统包括：用于承载冲击加速度计的试验箱、设置于试验箱内的温度传感器、用于调节试验箱内温度的加热部和制冷部、用于选通加热部或制冷部的开关电路、以及与温度传感器、加热部和开关电路连接的温度控制器；

冲击激励系统包括：设置于试验箱内的校准装置、穿设于校准装置的冲击砧子、施力于冲击砧子上的冲击装置。

根据本发明实施例的第二个方面，提供了一种冲击加速度计校准方法，应用于上述的冲击加速度计校准装置，其特征在于，冲击加速度计校准方法包括：

获取对冲击加速度计的校准指令；

根据校准指令，向温度控制器发送温度调节指令，以使温度控制器控制开关电路选通加热部或制冷部调整试验箱内的温度；

在试验箱内的温度在预设温度范围内时，调整激光干涉仪发出的光线聚焦于冲击加速度计的表面，并调整冲击激励系统施加在冲击加速度计上的冲击加速度；

根据激光干涉仪测量到的施加在冲击加速度计上的冲击量级以及冲击加速度计所受到的冲击加速度，解算在预设温度范围内冲击加速度计的灵敏度。

采用本发明实施例中提供的冲击加速度计校准装置及方法，在需要对冲击加速度计进行灵敏度校准时，将待校准的冲击加速度计放置于试验箱中，通过温度控制器控制开关电路选通加热部或制冷部，以实现对试验箱内温度的调整，再进一步控制激光干涉仪施加在冲击加速度计上的冲击量级以及冲击激励系统对冲击加速度计的冲击力度，根据冲击量级以及冲击力度，解算在预设温度范围内冲击加速度计的灵敏度，这样可实现对冲击加速度计的高低温灵敏度绝对校准。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1表示本发明实施例的冲击加速度计校准装置的架构示意图；

图2表示本发明实施例的冲击激励系统的结构示意图；

图3表示本发明实施例的冲击加速度计校准方法的流程示意图；

其中，图中：

1、冲击加速度计，2、管路，3、调压器，4、阀门，5、冲击球，6、约束垫，7、附加质量，8、冲击波形发生器，9、压缩空气源。

具体实施方式

在实现本发明的过程中，申请人发现由于高低温环境下由温度引入的测试误差是不可忽略的，使用过程中必须对冲击加速度计的灵敏度进行修正。但是目前冲击加速度计的校准都是在常温下进行，其校准的方式都是将被校准的冲击加速度计与参考冲击加速度计通过背靠背安装在冲击校准台上，由于冲击校准台工作温度范围较窄，无法在高低温环境下工作，不能将校准装置整体放入高温试验箱中，因此采用这种结构形式的校准方法无法实现高低温下的冲击加速度校准。

针对上述问题，本发明实施例中提供了一种冲击加速度计校准装置及方法，在需要对冲击加速度计进行灵敏度校准时，将待校准的冲击加速度计放置于试验箱中，通过温度控制器控制开关电路选通加热部或制冷部，以实现对试验箱内温度的调整，再进一步控制激光干涉仪施加在冲击加速度计上的冲击量级以及冲击激励系统对冲击加速度计的冲击力度，根据冲击量级以及冲击力度，解算在预设温度范围内冲击加速度计的灵敏度，这样可实现对冲击加速度计的高低温灵敏度绝对校准。

本发明实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言java和直译式脚本语言javascript等。

需要理解的是，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

为了使本发明实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本发明的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明实施例提供了一种冲击加速度计校准装置，如图1所示，该装置包括：激光干涉系统、温度控制系统、冲击激励系统和数据采集器；其中，所述激光干涉系统用于对冲击加速度计打光，将光线聚焦于冲击加速度计的表面，调整光路使之发生干涉。冲击激励系统用于对冲击加速度计施加冲击力加速度。数据采集器用于采集激光干涉系统、冲击激励系统、以及受激光干涉系统和冲击激励系统施加作用的冲击加速度计等输出的模拟信号，并将模拟信号转换为数字信号输入计算机的校准软件及控制系统，以测量冲击加速度计的标准值。其中，计算机用于发送指令、进行数据分析与处理，以实现自动校准等功能。温度控制系统用于控制冲击加速度计校准过程中的温度。具体地，

激光干涉系统包括：与数据采集器连接的激光干涉仪。其中，激光干涉仪用于对冲击加速度计施加冲击打光，将光线聚焦于冲击加速度计的表面，调整光路使之发生干涉。

温度控制系统包括：用于承载冲击加速度计的试验箱、设置于试验箱内的温度传感器、用于调节试验箱内温度的加热部和制冷部、用于选通加热部或制冷部的开关电路、以及与温度传感器、加热部和开关电路连接的温度控制器。具体地，温度控制器与计算机的校准软件和控制系统连接，温度控制器在接收到高温校准指令时，向开关电路输出第一信号，以使开关电路选通加热部，其中为了保证试验箱内的温度分布均匀，加热部可设置于试验箱四周的内壁上，试验箱在加热部的加热作用下温度上升，设置于试验箱内的温度传感器可实时采集实验箱内的温度并反馈给温度控制器，当温度控制器判断试验箱内的温度达到高温校准指令所指示的校准温度并持续预设时间时，控制开关电路关断，即，既不选通加热部又不选通制冷部。或者，温度控制器在接收到低温校准指令时，向开关电路输出第二信号，以使开关电路选通制冷部，其中为了保证试验箱内的温度分布均匀，制冷部亦可设置于试验箱四周的内壁上，试验箱在制冷部的冷却作用下温度下降，设置于试验箱内的温度传感器可实时采集实验箱内的温度并反馈给温度控制器，当温度控制器判断试验箱内的温度达到低温校准指令所指示的校准温度并持续预设时间时，控制开关电路关断，即，既不选通加热部又不选通制冷部。这样，温度控制系统可为冲击加速度计提供校准的温度环境。其中，试验箱内温度达到校准温度并持续预设时间，可保证实验箱内环境温度均匀，还可保证到达冲击加速度计内部敏感部件的温度达到校准温度。具体地，加热部包括：设置于试验箱内壁上的加热丝，加热丝与温度控制器连接，温度控制器可控制为加热丝通电以实现加热。制冷部可以为压缩机，例如可以包括：与开关电路连接的液氮压缩机。选通制冷部或加热部的开关可采用继电器形式，相应地，开关电路可以包括继电器，继电器包括电磁阀，电磁阀的控制端与温度控制器连接，电磁阀的输入端与液氮压缩机连通，电磁阀的输出端与试验箱连通。其中，试验箱上可设置连通箱内箱外的气体通道，液氮压缩机产生的制冷气体可通过试验箱上的气体通道进入试验箱内，以降低温度。可选地，气体通道可包括环绕试验箱内壁设置的吹风口。

冲击激励系统包括：设置于试验箱内的校准装置、穿设于校准装置内的冲击砧子、施力于冲击砧子上的冲击装置。其中，待校准的冲击加速度计固定于校准装置上，冲击装置设置于试验箱外，冲击装置向冲击砧子施加冲击力，冲击砧子穿设于校准装置内，在冲击力的作用下产生冲击力加速度并传导至冲击加速度计上。也就是说，冲击激励系统用于生成对冲击加速度计的冲击信号。可选地，校准装置可以为停止限位装置，用于停止冲击砧子的冲击加速度，以及限定冲击加速度计的位置。

这样通过温度控制系统调整和控制冲击加速度计的校准温度，在试验箱内的环境温度达到期望的校准温度且持续预设时间时，再控制激光干涉系统和冲击激励系统对冲击加速度计的校准，这样可实现在高低温场景下，对冲击加速度计灵敏度的准确校准。

可选地，如图1所示，在本发明的一些实施例中，激光干涉系统还包括：设置于数据采集器与激光干涉仪之间的光电转换器，光电转换器用于将激光干涉仪发出的光信号转换为电信号，以输出给数据采集器。

可选地，该冲击加速度校准装置还包括：用于调整冲击加速度计输出的适调放大器，适调放大器与数据采集器连接。如图1所示，冲击加速度计的输出与适调放大器连接，适调放大器的另一端与数据采集器连接，这样适调放大器将冲击加速度计的输出进行放大处理并输出给数据采集器。

在本发明的一些实施例中，冲击装置包括：设置于冲击砧子下方的气炮冲击器，与气炮冲击器连接的冲击控制器，以及与冲击控制器连通的压缩空气源9。

其中，如图2所示，气炮冲击器包括：与压缩空气源连通的管路2，设置于管路2上的调压器3和阀门4，设置于管路2内部的冲击球5，以及与管路2连通的压缩空气源9，压缩空气源9输出的空气在管路2的限制下形成气压，推动冲击球5在气压的作用下沿管路2的延伸方向运动。

其中，冲击砧子包括：用于固定冲击加速度计1的约束垫6，设置于约束垫6下方的附加质量7，穿设于附加质量7和约束垫6内部的冲击波形发生器8，冲击装置的冲击力作用于冲击波形发生器8上。其中，约束垫6可以为软垫，以保护冲击加速度计。

这样，在需要对冲击加速度计进行校准时，将冲击加速度计放置于试验箱内的约束垫上，计算机的校准软件或控制系统向温度控制器发送校准指令，校准指令中指示有校准温度，温度控制器根据校准温度为加热丝供电以实现对试验箱的升温，或根据校准温度打开液氮压缩机以实现对试验箱的降温。当试验箱内的温度达到校准温度且持续预设时间后，调整激光干涉仪发出的光线聚焦于冲击加速度计的表面，同时冲击控制器控制压缩空气源输出空气，输出的空气在管路的限制作用下形成气压，以驱动管路内的活塞向上运动，以驱动冲击波形发生器穿过附加质量和约束垫到达冲击加速度计，形成对冲击加速度计的冲击加速度，这样实现在高低温场景下，对冲击加速度计灵敏度的校准。

另外，本发明的另一实施例还提供了一种冲击加速度计校准方法，应用于上述实施例中的冲击加速度计校准装置，如图3所示，该方法包括以下步骤：

步骤31：获取对冲击加速度计的校准指令。

其中，校准指令可以是用户在校准装置上操作产生的，也可以是计算机的软件及控制系统触发产生的。

步骤32：根据校准指令，向温度控制器发送温度调节指令，以使温度控制器控制开关电路选通加热部或制冷部调整试验箱内的温度。

校准指令中可包括指示预设温度范围的信息，指示预设温度也可称为校准温度。其中，步骤32包括以下两种场景：

场景一、在校准指令指示对冲击加速度计进行高温校准时，向温度控制器发送第一温度调节指令，以使温度控制器控制开关电路选通加热部调高试验箱内的温度。

或者，

场景二、在校准指令指示对冲击加速度计进行低温校准时，向温度控制器发送第二温度调节指令，以使温度控制器控制开关电路选通制冷部调低试验箱内的温度。

其中，加热部或制冷部调整试验箱内温度的方式可参照上述校准装置实施例，故在此不在赘述。

步骤33：在试验箱内的温度在预设温度范围内时，调整激光干涉仪发出的光线聚焦于冲击加速度计的表面，并调整冲击激励系统施加在冲击加速度计上的冲击加速度。

其中，调整激光干涉仪发出的光线聚焦于冲击加速度计表面是为了调整光路，以产生干涉。调整冲击激励系统施加在冲击加速度计上的冲击加速度的步骤可以包括：开启压缩空气源和冲击控制器，设定气压，驱动活塞在管路中运动。或者，调整冲击激励系统施加在冲击加速度计上的冲击加速度的步骤还可以包括：调整活塞的气压，驱动活塞在管路中运动。

其中，步骤33包括：在试验箱内的温度在预设温度范围内、且持续预设时间时，调整激光干涉仪发出的光线聚焦于冲击加速度计的表面，并调整冲击激励系统施加在冲击加速度计上的冲击加速度。保证试验箱内的温度在预设温度范围内且持续预设时间，一可以保证试验箱内的温度分布均匀，二可以保证冲击加速度计内部的敏感部件所接触到的温度与试验箱内的温度基本一致。可选地，预设时间可以设置为13～20分钟。

步骤34：根据激光干涉仪测量到的冲击加速度计上的冲击量级以及冲击加速度计所受到的冲击加速度，解算在预设温度范围内冲击加速度计的灵敏度。

其中，激光干涉仪测量施加在冲击加速度计的冲击量级，输出模拟电信号。试验箱中的冲击加速度计受到冲击加速度后产生模拟的电信号并输出。

其中，步骤34包括：对激光干涉仪测量到的施加在冲击加速度计上的冲击量级以及冲击加速度计所受到的冲击加速度进行模数转换，得到相应的数字信号；根据数字信号，解算在预设温度范围内冲击加速度计的灵敏度。具体地，激光干涉仪测量施加在冲击加速度计的冲击量级，输出模拟电信号至数据采集器，通过数据采集器转化为数字信号并输入计算机；试验箱中的冲击加速度计受到冲击加速度后产生模拟的电信号并输出至数据采集器，通过数据采集器转化为数字信号并输入计算机。计算机的校准软件及控制系统根据这两路信号解算在预设温度范围内所述冲击加速度计的灵敏度。

进一步地，在步骤34之后还包括：根据不同温度范围内冲击加速度计的灵敏度，确定冲击加速度计在不同的温度下的灵敏度幅值线性度。通过步骤32可改变试验箱内的校准温度，循环步骤32至步骤34可解算出不同温度下灵敏度幅值线性度，得到温度-灵敏度幅值的相关线性度。

进一步地，步骤34之后还包括：根据不同冲击加速度下冲击加速度计的灵敏度，确定冲击加速度计在不同冲击加速度下的灵敏度幅值线性度。通过步骤33可改变冲击加速度计受到的冲击加速度，循环步骤33至步骤34可解算出不同冲击加速度下灵敏度幅值线性度，得到冲击加速度-灵敏度幅值的相关线性度。

综合不同温度、不同冲击加速度下的灵敏度幅值，可得到温度-冲击加速度-灵敏度幅值的相关线性度。

在需要对冲击加速度计进行校准时，将冲击加速度计放置于试验箱内的约束垫上，计算机的校准软件或控制系统向温度控制器发送校准指令，校准指令中指示有校准温度，温度控制器根据校准温度为加热丝供电以实现对试验箱的升温，或根据校准温度打开液氮压缩机以实现对试验箱的降温。当试验箱内的温度达到校准温度且持续预设时间后，调整激光干涉仪发出的光线聚焦于冲击加速度计的表面，同时冲击控制器控制压缩空气源输出空气，输出的空气在管路的限制作用下形成气压，以驱动管路内的活塞向上运动，以驱动冲击波形发生器穿过附加质量和约束垫到达冲击加速度计，形成对冲击加速度计的冲击加速度，在冲击加速度计受到冲击加速度时，试验箱内的冲击加速度计感受到冲击加速度并产生模拟电信号输入数据采集器，激光干涉仪测量施加在冲击加速度计上的冲击量级，也输出模拟电信号至数据采集器，数据采集器将从激光干涉仪处接收到的模拟信号作为基准信号，将从冲击加速度计处接收到的模拟信号作为待校准信号，对这两种信号进行模数转换，从而解算出冲击加速度计的灵敏度。该校准方式考虑了温度对冲击加速度计的影响，可实现在高低温场景下，对冲击加速度计灵敏度的校准。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。