一种宽量程脉冲力校准装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种脉冲力校准装置，特别涉及一种宽量程脉冲力校准装置，属于计量技术领域。
【背景技术】
[0002]在国防工业中的结构加载、零部件试验、发动机测试、碰撞试验、材料试验、航空生物力学及航空工业自动化控制及监测等领域中，广泛存在着各种动态力的测量。在各种动态力的测量中，绝大部分是周期性脉动力和脉冲力的测量。其中脉冲力测量最为广泛，如各种碰撞冲击力、空间对接受力、飞行员跳伞的弹射力、各种爆炸力、火箭导弹试车推力和飞机起落架着路力等，小至lkN(人跑动落脚力)甚至更小(微机械接触力)，大至100kN(火箭发动机推力)、500kN等。随着我国现代工业的快速发展，脉冲力测量的场合和需求越来越广泛，对测量准确度及测量范围的要求也越来越高，脉冲力校准装置能比较好的满足测量中所大量使用的压电类等无法静标的动态力传感器灵敏度校准要求。
[0003]国内以往的脉冲力校准装置不是只能进行大幅值的脉冲力校准，就是只能进行小幅值的脉冲力校准，无法进行较宽量程的完整校准。典型的大幅值脉冲力校准装置是中国计量科学研究院的落锤式脉冲力校准装置，该装置原理比较简单，其缺点是锤体冲击过程中的横向运动控制差、力值下限有限、准确度低。典型的小幅值脉冲力校准装置是中航工业计量所的2kN小量级脉冲力校准装置，该装置结构较复杂，其缺点是校准量程上限比较小。德国联邦物理技术研究院(PTB)近年来研制的冲击力校准装置采用水平面内两个质量块撞击的方式产生冲击力，采用气浮轴系降低摩擦力，力传感器所受的动态力可溯源到质量和加速度，该装置结构比较复杂。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是针对现有脉冲力校准装置受到的限制及存在的不足，提供一种宽量程脉冲力校准装置，通过使用双锤组合结构的落体式脉冲力发生器与带惯性力误差修正的标准脉冲力测量系统，实现高精度比较法校准，惯性力修正值通过高精度加速度与有效惯性质量得到;通过只改变锤体材料而不改变大小来改变大锤体质量来适用于同一个锤体扶正机构，并实现宽范围的大量值脉冲力;采用大锤体上安装面对面传感器结构与小锤体，通过小锤体的惯性力实现小量值脉冲力。
[0005]本发明的目的是通过以下技术方案实现的:
[0006]一种宽量程脉冲力校准装置，从系统上分主要包括双锤组合结构的落体式脉冲力发生器与带惯性力误差修正的标准脉冲力测量系统，在结构上主要包括装置基座、导轨、缓冲机构、落锤提升与释放机构、锤体扶正机构、大锤体套组与缓冲垫层套组、大量程参考动态力传感器与砧座、小量程参考动态力传感器与安装砧座、小锤体套组、高精度标准加速度计；
[0007]装置基座1用于向安装于其上的部件提供安装位置及平稳支撑；
[0008]导轨下端固定安装于装置基座上，上端穿过锤体扶正机构上的导轨孔，用于保证锤体扶正机构在下落过程中不偏离竖直方向；
[0009]缓冲机构安装于装置基座上，位于导轨的内侧，用于防止与大锤体分离后的锤体扶正机构继续下落；
[0010]落锤提升与释放机构用于克服重力将锤体扶正机构及大锤体提升并保持在一定高度；
[0011]锤体扶正机构用于处于一定高度的时候在水平与竖直方向上固位大锤体；
[0012]大锤体安装于锤体扶正机构上，用于通过自由下落提供脉冲力，以及为安装砧座和高精度标准加速度计提供安装位置及支撑；
[0013]缓冲垫层用于与大锤体相配合，安装于其下端，在其发生碰撞时提供缓冲力，避免其受损；
[0014]砧座安装于装置基座上，用于为大量程参考动态力传感器提供支撑；
[0015]大量程参考动态力传感器用于为校准大力值传感器提供标准值；
[0016]高精度标准加速度计安装于装置基座或大锤体上，用于为锤体的加速度测量提供标准值；
[0017]安装砧座安装于大锤体上，用于为小量程参考动态力传感器提供安装位置及支撑；
[0018]小量程参考动态力传感器用于为校准小力值传感器提供标准值；
[0019]小锤体在所述装置使用时安装于被校小量程力传感器上，用于通过自由下落提供小力值脉冲力；
[0020]大锤体套组由N个不同材料相同结构尺寸的大锤体组成，N为大于或等于1的整数，用于在所述装置使用时通过选用不同的大锤体提供不同大小的大幅值脉冲力；
[0021]缓冲垫层套组由Μ个厚度不同的缓冲垫层组成，Μ为大于或等于1的整数，用于在所述装置使用时通过选用不同厚度的缓冲垫层提供不同脉宽的脉冲力；
[0022]小锤体套组由Κ个不同质量的小锤体组成，Κ为大于或等于1的整数，用于在所述装置使用时通过选用不同的小锤体提供不同大小的小幅值脉冲力；
[0023]所述大量程参考动态力传感器在所述装置使用时通过砧座安装在装置基座上，敏感面朝上，被校大量程力传感器敏感面朝下与大量程参考动态力传感器面对面固定安装；
[0024]所述小量程参考动态力传感器在所述装置使用时通过安装砧座安装到大锤体上端面中间，敏感面朝上，被校小量程力传感器敏感面朝下与小量程参考动态力传感器面对面固定安装，小锤体固定安装在被校小量程力传感器安装面上；
[0025]在使用所述装置进行大量程力传感器校准时，高精度标准加速度计安装在装置基座上，而在进行小量程力传感器校准时，高精度标准加速度计安装在大锤体上端面；
[0026]工作过程:
[0027]落锤提升与释放机构沿导轨提升锤体扶正机构和大锤体，根据需要抱住或释放，提升的高度可通过光栅线位移测量系统进行测量;锤体扶正机构连同大锤体被释放时，扶正机构沿所述导轨与所述大锤体一同自由下落，自由下落的大锤体通过缓冲垫层与被校大量程力传感器发生碰撞，此时扶正机构与大锤体脱离并继续下落，锤体撞击过程中产生类似半正弦加速度，并施加脉冲力于被校大量程力传感器受力面上；
[0028]所述大量程参考动态力传感器力值输出减去惯性力误差修正值后作为被校大量程力传感器的脉冲力输入，惯性力误差修正值为有效惯性质量乘以高精度加速度计测量到的加速度，有效惯性质量为大量程参考动态力传感器有效惯性质量、安装夹件质量与被校大量程力传感器有效惯性质量之和；
[0029]所述小量程参考动态力传感器力值输出减去惯性力误差修正值后作为被校小量程力传感器的脉冲力输入，惯性力误差修正值为有效惯性质量乘以高精度加速度计测量到的加速度，有效惯性质量为小量程参考动态力传感器有效惯性质量、安装夹件质量与被校小量程力传感器有效惯性质量之和。
[0030]作为优选，所述大锤体套组由N个不同材料相同结构尺寸的大锤体组成，大锤体的材料应满足刚度及硬度较大，且当N大于1时不同大锤体的材料密度相差尽可能大条件。
[0031]作为优选，N=3。
[0032]作为优选，所述三个锤体的材料分别为钛合金、不锈钢及钨合金。
[0033]作为优选，所述缓冲垫层的材料为能保证碰撞过程近似完全弹性碰撞，且能避免塑性变形的弹性材质。
[0034]作为优选，所述缓冲垫层的材料为聚氨酯。
[0035]作为优选，所述小锤体的材料应满足刚度及硬度较大条件。
[0036]作为优选，所述小锤体的材料为不锈钢。
[0037]作为优选，所述为实现所述装置的精确校准，通过机械加工精度及所述锤体扶正机构保证所述大锤体与被校大量程力传感器撞击的对中性;通过在所述扶正机构中安装气浮轴承，减小所述大锤体运动过程中垂向摩擦力及横向运动导致的侧向力的影响。
[0038]作为