压电加速度传感器冲击测量中低频失真的理论分析与实验验证.pdf

第23卷第11期
传感技术学报
Vol 23 No
2010年11月
CHINESE JOURNAL OF SENSORS AND ACTUATORS
Nov.2010
Theoretical Analysis and Validation of Low Frequency Distortion of
Piezoelectricity Accelerometer for Shock Measurement
WU Zutang, YANG Demeng, ZOU Hong
Northwest Institute of Nuclear Technology, Xi an 710024, China
Abstract Shock spectrum is a sort of continuous spectrum from zero to infinity. The frequency distortion in the
shock waves measurement is inevitable because of the bandwidth limitation of piezoelectricity accelerometer. The per
formance distortion includes low frequency distortion and high frequency distortion. The low frequency distortion of
piezoelectricity accelerometer in the shock measurement mainly presented as non-back-to-zero phenomenon. The phe-
nomenon in the shock measurement with regard to characteristic of rectangle shock s hackle shock and semi-sine waves
was respectively analyzed, and the theoretical analysis was validated by free falling shock experimental platform
Key words: piezoelectricity accelerometer; shock measurement; shock spectrum; low frequency distortion
EEACC:7230;7320E
doi:10.3969/j.iss.1004-1699.2010.1.014
压电加速度传感器冲击测量中低频失真的理论分析与实验验证
吴祖堂',杨德猛,邹虹
(西北核技术研究所,西安710024)
摘要:冲击谱是一连续谱,其频谱范围从零到无穷大。由于压电加速度传感器的频率范围有限,在冲击测量中不可避免地
会产生频率失真,频率失真包含低频失真和高频失真.。压电加速度传感器在冲击测量中的低频失真主要表现为基线不回零。
分别从矩形冲击波、锯齿形冲击波和半正弦冲击波引起的传感器响应入手,定量分析了压电加速度传感器冲击测量基线不回
零的问题,最后利用落体冲击试验台对理论分析进行了实验验证。
关键词:压电加速度传感器;冲击测量;冲击谱;低频失真
中图分类号:TP212
文献标识码:A
文章编号:1004-1699(2010)11-1586-04
压电加速度传感器目前仍然是测量冲击运动的是低频响应不够将导致无法准确再现原始冲击脉
主要传感器,其频率范围有限。由于冲击谱是一种冲,当时间常数对脉冲宽度之比减小时,幅值响应
连续谱,其频谱范围从零到无穷大,因此采用加速度将出错,后瞬态偏移将很明显。这种偏移(或叫“下
传感器来测量冲击运动,将不可避免地要产生误差,冲”)与施加的脉冲极性相反,对压电加速度传感器
这种误差称为频率误差(又称频率失真)。频率失在冲击测量时的低频失真而言主要表现为基线不回
真一般包含低频失真和高频失真两方面-。通常零。针对当前对低频特性影像的研究缺少理论分析
人们比较关注传感器高频特性是否能够满足冲击信的现状,本文从矩形冲击波、锯齿形冲击波和半正弦
号的测量需求,对传感器低频特性带来的影响却没冲击波引起的传感器响应入手,对压电加速度传感
有给予足够的重视。众所周知:传感器的高频特性器冲击测量基线不回零的问题进行定量分析。
主要满足信号前沿的需要,而传感器的低频特性则
用于满足信号后沿的需要。相应地对频率失真的研
1压电加速度传感器的工作原理
究也主要集中于高频特性影响方面,考虑的因素包
对于压电加速度传感器而言,无论结构形式的
括:敏感材料的过应力、元件的物理移动、电缆噪声、差別有多大,其工作原理都可以简化成有集中质量
基应变引起的零漂、信号调理电路过载等因素的影m,集中弹贅k和阻尼器c组成的二阶单自由度系
响“?。而对于低频响应特性的影响研究不多,但统。其简化模型如图1所示3-?。
收稿日期:2010-04-28修改日期:2010-07-09