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1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201410723691.8 (22)申请日 2014.12.03 G01P 21/00(2006.01) (71)申请人 中国科学院上海微系统与信息技术 研究所 地址 200050 上海市长宁区长宁路 865 号 (72)发明人 鲍海飞 宋朝辉 李昕欣 张鲲 (74)专利代理机构 上海光华专利事务所 31219 代理人 李仪萍 (54) 发明名称 冲击加速度传感器交叉轴响应的空间分波测 试方法 (57) 摘要 本发明提出一种冲击加速度传感器交叉轴响 应的空间分波测试方法， 采用具有一定长径比金 属杆， 有利于实现扭转波和纵波的自动分离，。
2、 从而 使扭转波不对主波产生影响， 排除了非本征的干 扰因素， 获得器件固有的交叉轴响应 ； 根据纵波 和扭转波具有不同的波速而将两种波在空间上分 离开， 给出扭转波、 纵波和主波在空间上分离的时 间判据， 排除扭转波等对加速度传感器产生的非 本征影响 ； 在测试的过程中选择不同的机械滤波 材料， 如不同型号的双面胶， 对产生的波起到滤波 和整形的作用， 有利于抑制高频波， 消除干扰， 有 利于对扭转波的识别和分离， 又可以获得加速度 传感器不同频率下的交叉轴响应。 (51)Int.Cl. (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书2页 说明书8页 附图4页 (10。
3、)申请公布号 CN 104407173 A (43)申请公布日 2015.03.11 CN 104407173 A 1/2 页 2 1. 一种冲击加速度传感器交叉轴响应的空间分波测试方法， 其特征在于 ： 包括以下步 骤 ： 待检测加速度传感器敏感方向的检测 ： 将待检测加速度传感器沿敏感方向安装在具有 一定长径比的金属杆上， 所述金属杆自一定的高度自由落下与金属砧发生碰撞产生高幅值 的冲击加速度， 利用多通道数据采集方式直接记录加速度传感器在冲击碰撞过程随时间变 化的第一系列输出波形 ； 待检测加速度传感器非敏感方向的检测 ： 将待检测加速度传感器沿非敏感方向以同样 方式再次安装在所述金属杆。
4、上， 所述金属杆自相同的高度自由落下与金属砧发生碰撞产生 高幅值的冲击加速度， 利用多通道数据采集方式直接记录冲击碰撞过程随时间变化的第二 系列输出波形 ； 待检测加速度传感器交叉轴响应获取 ： 将所述第二系列输出波形的电压幅值大小与所 述第一系列输出波形的电压幅值大小进行比较即可得到所述待检测加速度传感器的交叉 轴响应。 2. 根据权利要求 1 所述的冲击加速度传感器交叉轴响应的空间分波测试方法， 其特征 在于 ： 在加速度传感器敏感方向及非敏感方向的检测过程中， 所述待检测加速度传感器的 输出端与一信号放大器相连接， 所述信号放大器的输出端与一计算机数据采集系统的输入 端相连接， 放大的信。
5、号由多通道电压波采集卡获取， 最终显示在计算机屏幕上。 3. 根据权利要求 1 所述的冲击加速度传感器交叉轴响应的空间分波测试方法， 其特征 在于 ： 加速度传感器沿敏感方向检测时， 所述待检测加速度传感器的敏感轴与所述金属杆 轴方向一致 ； 加速度传感器沿非敏感方向检测时， 所述待检测加速度传感器的敏感轴与所 述金属杆轴方向垂直或所述待检测加速度传感器安装在所述金属杆的顶端。 4. 根据权利要求 1 所述的冲击加速度传感器交叉轴响应的空间分波测试方法， 其特征 在于 ： 所述第一系列输出波形及所述第二系列输出波形中均包括纵波所对应的波形及扭转 波所对应的波形， 所述纵波所对应的波形与所述扭转。
6、波所对应的波形完全分离 ； 将所述第 二系列输出波形中纵波对应波形的电压幅值大小与所述第一系列输出波形中纵波对应波 形的电压幅值大小进行比较得到所述待检测加速度传感器的交叉轴响应。 5. 根据权利要求 1 所述的冲击加速度传感器交叉轴响应的空间分波测试方法， 其特征 在于 ： 所述金属杆的长度式中 金属杆与金属砧碰撞产生的纵波的脉冲弛 豫时间， vT为扭转波在金属杆中的传播速度， vL为纵波在金属杆中的传播速度。 6. 根据权利要求 5 所述的冲击加速度传感器交叉轴响应的空间分波测试方法， 其特征 在于 ： 所述金属杆的长径比大于 33。 7. 根据权利要求 6 所述的冲击加速度传感器交叉轴响。
7、应的空间分波测试方法， 其特征 在于 ： 所述金属杆的长度为 1m， 直径为 1.5cm。 8. 根据权利要求 1 所述的冲击加速度传感器交叉轴响应的空间分波测试方法， 其特征 在于 ： 所述待检测加速度传感器与所述金属杆之间或所述金属杆的底部还设有机械滤波材 料。 9. 根据权利要求 8 所述的冲击加速度传感器交叉轴响应的空间分波测试方法， 其特征 权 利 要 求 书 CN 104407173 A 2 2/2 页 3 在于 ： 所述机械滤波材料为双面胶。 10.根据权利要求8或9所述的冲击加速度传感器交叉轴响应的空间分波测试方法， 其 特征在于 ： 所述机械滤波材料的厚度为 0.1mm 0.。
8、2mm。 11. 根据权利要求 1 所述的冲击加速度传感器交叉轴响应的空间分波测试方法， 其特 征在于 ： 所述金属杆为铝合金杆或钢杆。 权 利 要 求 书 CN 104407173 A 3 1/8 页 4 冲击加速度传感器交叉轴响应的空间分波测试方法 技术领域 0001 本发明属于微传感器力学测试分析领域， 涉及一种冲击加速度传感器交叉轴响应 的空间分波测试方法。 背景技术 0002 在加速度传感器的测试中， 通常需要获取加速度传感器的交叉轴响应， 或称之为 交差轴灵敏度， 是评价加速度传感器性能的一个重要指标。所谓交叉轴响应， 是指在同样 的加速度载荷作用下， 加速度传感器在非敏感方向的输。
9、出与在敏感方向的输出之比。单轴 加速度传感器是只对一个方向敏感的器件， 而与敏感轴方向垂直的方向即定义为交叉轴方 向。 在设计和制造加速度传感器的过程中， 由于材料特性和结构特性、 以及加工过程的误差 和不对称性等都会引入器件的交叉轴效应。在单轴加速度传感器的设计、 制造和使用中应 尽量减小或者消除这一效应。同时， 在测试过程中， 由于仪器设备的限制， 又会引入新的测 试误差， 因此， 应尽量减小设备仪器所带来的非本征效应。在 ISO 标准中， 有基于激振器的 测试 (ISO5347-11:1993)， 以及基于冲击法的交叉轴灵敏度测试 (ISO 5347-12:1993)。这 些测试中对测试。
10、设备要求的精度都很高， 测试过程复杂。针对量程较高的加速度传感器， 如量程在 5000g(1g 9.8m/s2) 以上用于冲击等场合， 一般可采用如下几种方法测试 ： 第 一， 激振器测试法。通常的激振器只能提供几十个 g 的正弦振动载荷， 并存在固有的摇摆等 振动模式影响交叉轴测试， 因此， 对于灵敏度较小而量程高的器件来说， 测试会带来较大误 差 ； 第二， 霍普金森 (Hopkinson) 冲击杆测试法。在 Hopkinson 测试中， 由于冲击脉冲上升 时间非常短， 加速度相当大， 在被测试的加速度传感器中容易将器件的一阶共振激发出来， 共振波将叠加到主波中， 从而影响灵敏度的分析和计。
11、算， 同时， 测试中金属杆会有较大的径 向运动， 重复测试精度需提高 ； 第三， 自由落锤测试法。 在自由落锤法中， 用于固定器件的锤 头安装部分具有较大的尺寸， 因此， 具有较大的碰撞接触面积， 这就导致碰撞过程中产生多 种成分频率复杂的波， 复杂成分的波将和纵波一起叠加作用到传感器上， 产生较大的交叉 轴响应。即由于尺寸效应无法将其它波从主波中分离开， 导致器件较大的交叉轴响应。 0003 综上， 虽然可以利用第二和第三种方法对加速度传感器进行表征， 但由于冲击过 程是一个作用时间极短的过程， 并产生多种成分的波， 不但会产生沿着轴向传播的纵波， 还 会产生径向振动的扭转波， 以及激发出器。
12、件的本征共振高频率波 ； 这些波在一定作用时间 范围内将叠加到主输出波中， 如扭转波叠加到主波上， 从而导致交叉轴计算出现较大的偏 差 ； 再如共振波将淹没扭转波， 使得无法判断和区分扭转波的位置， 这都导致器件较大的交 叉轴输出， 因此， 所测试的交叉轴响应就不是器件固有的输出值， 成为不利因素。 发明内容 0004 鉴于以上所述现有技术的缺点， 本发明的目的在于提供一种冲击加速度传感器交 叉轴响应的空间分波测试方法， 用于解决现有技术中由于测试过程中会产生多种成分的波 叠加到主输出波中， 从而不能准确确定加速度传感器本身固有的交叉轴输出值的问题。 说 明 书 CN 104407173 A 。
13、4 2/8 页 5 0005 为实现上述目的及其他相关目的， 本发明提供一种冲击加速度传感器交叉轴响应 的空间分波测试方法， 冲击加速度传感器交叉轴响应的空间分波测试方法至少包括以下步 骤 ： 0006 待检测加速度传感器敏感方向的检测 ： 将待检测加速度传感器沿敏感方向安装在 具有一定长径比的金属杆上， 所述金属杆自一定的高度自由落下与金属砧发生碰撞产生高 幅值的冲击加速度， 利用多通道数据采集方式直接记录加速度传感器在冲击碰撞过程随时 间变化的第一系列输出波形 ； 0007 待检测加速度传感器非敏感方向的检测 ： 将待检测加速度传感器沿非敏感方向再 次以同样的方式安装在所述金属杆上， 所述。
14、金属杆自相同的高度自由落下与金属砧发生碰 撞产生高幅值的冲击加速度， 利用多通道数据采集方式直接记录冲击碰撞过程随时间变化 的第二系列输出波形 ； 0008 待检测加速度传感器交叉轴响应获取 ： 将所述第二系列输出波形的纵波电压幅值 大小与所述第一系列输出波形的纵波电压幅值大小进行比较即可得到所述待检测加速度 传感器的交叉轴响应。 0009 优选地， 在加速度传感器敏感方向及非敏感方向的检测过程中， 所述待检测加速 度传感器的输出端与一信号放大器相连接， 所述信号放大器的输出端与一计算机数据采集 系统的输入端相连接， 放大的信号由多通道电压波采集卡获取， 最终显示在计算机屏幕上。 0010 优。
15、选地， 加速度传感器沿敏感方向检测时， 所述待检测加速度传感器的敏感轴与 所述金属杆轴方向一致 ； 加速度传感器沿非敏感方向检测时， 所述待检测加速度传感器的 敏感轴与所述金属杆轴方向垂直或所述待检测加速度传感器安装在所述金属杆的顶端。 0011 优选地， 所述第一系列输出波形及所述第二系列输出波形中均包括纵波所对应的 波形及扭转波所对应的波形， 所述纵波所对应的波形与所述扭转波所对应的波形完全分 离 ； 将所述第二系列输出波形中纵波对应波形的电压幅值大小与所述第一系列输出波形中 纵波对应波形的电压幅值大小进行比较得到所述待检测加速度传感器的交叉轴响应。 0012 优选地， 所述金属杆的长度式。
16、中 金属杆与金属砧碰撞产生的纵 波的脉冲弛豫时间， vT为扭转波在金属杆中的传播速度， vL为纵波在金属杆中的传播速度。 0013 优选地， 所述金属杆的长径比大于 33。 0014 优选地， 所述金属杆的长度为 1m， 直径为 1.5cm。 0015 优选地， 所述待检测加速度传感器与所述金属杆之间或所述金属杆的底部还设有 机械滤波材料。 0016 优选地， 所述机械滤波材料为双面胶。 0017 优选地， 所述机械滤波材料的厚度为 0.1mm 0.2mm。 0018 优选地， 所述金属杆为铝合金杆或钢杆。 0019 如上所述， 本发明的冲击加速度传感器交叉轴响应的空间分波测试方法， 具有以 。
17、下有益效果 ： 采用具有一定长径比(金属杆长度与半径的比)金属杆， 结合机械滤波使得加 速度传感器的共振波得到抑制， 消除共振波与扭转波的混杂， 有利于实现扭转波和纵波的 自动分离， 从而使扭转波不对主波产生影响， 排除了非本征的干扰因素， 获得器件固有的交 说 明 书 CN 104407173 A 5 3/8 页 6 叉轴响应 ； 根据纵波和扭转波具有不同的波速而将两种波在空间上分离开， 给出扭转波、 纵 波和主波在空间上分离的时间判据， 排除扭转波等对加速度传感器产生的非本征影响 ； 在 测试的过程中选择不同的机械滤波材料， 如不同型号的双面胶， 对产生的波起到滤波和整 形的作用， 有利于。
18、抑制高频波， 消除干扰， 又可以获得加速度传感器不同频率下的交叉轴响 应。 附图说明 0020 图 1 显示为本发明的冲击加速度传感器交叉轴响应的空间分波测试方法的流程 示意图。 0021 图 2 显示为本发明的冲击加速度传感器交叉轴响应的空间分波测试方法所使用 的自由落杆冲击装置示意图及数据采集系统。 0022 图 3 显示为本发明的冲击加速度传感器交叉轴响应的空间分波测试方法中加速 度传感器的三种安装方式和相应的坐标示意 ； 其中， 图 3(a) 中加速度传感器安装在金属杆 侧壁敏感 y 方向， 图 3(b) 中加速度传感器安装在金属杆侧壁非敏感 x 方向， 图 3(c) 中加速 度传感器。
19、安装在金属杆顶端非敏感 z 方向， 图 3(d) 中加速度传感器的坐标示意。 0023 图 4 显示为本发明的冲击加速度传感器交叉轴响应的空间分波测试方法中加速 度传感器在非敏感 x 方向的输出波形示意图。 0024 图 5 显示为本发明的冲击加速度传感器交叉轴响应的空间分波测试方法中加速 度传感器在非敏感 z 方向的输出波形示意图。 0025 图 6 显示为本发明的冲击加速度传感器交叉轴响应的空间分波测试方法中利用 同种类型的参考加速度传感器作为比较进行波分离对比的示意图 ； 其中上曲线为参考加速 度传感器在敏感方向的输出波形， 下曲线为待检测加速度传感器在非敏感 z 方向的输出波 形。 0。
20、026 元件标号说明 0027 1 待检测加速度传感器 0028 2 金属杆 0029 3 金属砧 0030 4 电缆线 0031 5 信号放大器 0032 6 计算机数据采集系统 0033 7 待检测加速度传感器的管脚 具体实施方式 0034 以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式， 本领域技术人员可由本说明书 所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。 本发明还可以通过另外不同的具体实 施方式加以实施或应用， 本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用， 在没有背离 本发明的精神下进行各种修饰或改变。 0035 请参阅图请参阅图 1 至图 6。需要说明的是， 本实施例中所提供的图。
21、示仅以示意 方式说明本发明的基本构想， 虽图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时 说 明 书 CN 104407173 A 6 4/8 页 7 的组件数目、 形状及尺寸绘制， 其实际实施时各组件的型态、 数量及比例可为一种随意的改 变， 且其组件布局型态也可能更为复杂。 0036 本发明的目的在于提供一种用于加速度传感器交叉轴响应的测试方法。 采用具有 一定长径比的金属杆结合机械滤波的自由落体方法， 将扭转波和共振波等与主冲击过程中 的主波、 即与纵波分离开， 进而获取加速度传感器固有的交叉轴响应。 在金属杆自由落体测 试方法中， 是将加速度传感器用选定的双面胶固定在金属杆尾端的凹。
22、槽内。而用螺栓固定 传感器的条件下， 很容易导致器件的共振波叠加到主波上， 采用双面胶起到机械滤波的作 用， 有利于对扭转波的识别和分离。 在一定加速度量程范围内， 所使用的双面胶对产生的应 变波传递过程没有影响。金属杆自由落体与地面上放置的金属砧碰撞产生应变波， 应变波 将沿着金属杆传递给金属杆尾端固定的传感器， 传感器记录这一碰撞过程。 因此， 采用具有 一定长径比的金属杆能有效地将扭转波和主波的纵波分离开 ； 采用机械滤波的方式可以消 除器件本征共振波叠加到主波上， 由此获得加速度传感器固有的灵敏度和交叉轴响应。 0037 请参阅图 1， 本发明提供一种冲击加速度传感器交叉轴响应的空间分。
23、波测试方法， 所述冲击加速度传感器交叉轴响应的空间分波测试方法至少包括以下步骤 ： 0038 待检测加速度传感器敏感方向的检测 ： 将待检测加速度传感器沿敏感方向利用选 定的双面胶安装在具有一定长径比的金属杆上， 所述金属杆自一定的高度自由落下与金属 砧发生碰撞产生高幅值的冲击加速度， 利用多通道数据采集方式直接记录加速度传感器在 冲击碰撞过程随时间变化的第一系列输出波形 ； 0039 待检测加速度传感器非敏感方向的检测 ： 将待检测加速度传感器以同样方式沿非 敏感方向再次安装在所述金属杆上， 所述金属杆自相同的高度自由落下与金属砧发生碰撞 产生高幅值的冲击加速度， 利用多通道数据采集方式直接。
24、记录冲击碰撞过程随时间变化的 第二系列输出波形 ； 0040 待检测加速度传感器交叉轴响应获取 ： 将所述第二系列输出波形中纵波的电压幅 值大小与所述第一系列输出波形中纵波的电压幅值大小进行比较即可得到所述待检测加 速度传感器的交叉轴响应。 0041 具体的， 本实施例中所使用的自由落杆冲击装置及数据采集系统如图 2 所示， 图 2 中以所述待检测加速度传感器 1 沿敏感轴方向分布的情形为示例， 对非敏感方向进行检测 时， 可以根据需要在此基础上调整待检测加速度传感器 1 的方向即可。测试中需要待检测 加速度传感器 1、 一根同轴的金属杆 2、 金属砧 3、 电缆线 4、 信号放大器 5 和计。
25、算机数据采集 系统 6。所述待检测加速度传感器 1 的放大电路的放大倍数为 20 倍， -1dB 截止频率大于 25kHz。所述待检测加速度传感器 1 的输出端与所述信号放大器 5 相连接， 所述信号放大器 5的输出端与所述计算机数据采集系统6的输入端相连接， 放大的信号由Topview4012多通 道电压波采集卡获取， 最终显示在计算机屏幕上。 0042 图 3 中分别是待检测加速度传感器 1 的三种安装方式示意图， y 轴 ( 顺着所述待 检测加速度传感器 1 的管脚 7 方向 ) 是敏感轴方向， x 轴和 z 轴是分别是非敏感轴即交叉 轴方向。其中， 图 3(a) 是敏感 y 方向的安装。
26、， 所述待检测加速度传感器 1 安装在所述金属 杆 2 侧壁的凹槽内， 所述待检测加速度传感器 1 的管脚 7 方向与所述金属杆 2 的轴方向一 致 ； 图 3(b) 是所述待检测加速度传感器 1 交叉轴 x 方向的安装， 所述待检测加速度传感器 1 的管脚 1 与所述金属杆 2 轴方向垂直的方向 ； 图 3(c) 是所述待检测加速度传感器 1 交叉 说 明 书 CN 104407173 A 7 5/8 页 8 轴 z 方向的安装， 固定在所述金属杆 2 顶端。测试中， 按照图 3(a) 方式即进行敏感方向灵 敏度的测试 ； 而按照图 3(b) 和图 3(c) 即进行交叉轴非敏感方向的测试。 。
27、0043 具体的， 所述金属杆 2 自由下落与地面上的所述金属砧 3 相碰撞时， 所述金属 杆 2 的碰撞端端面速度达到最大后并首先被减速， 当速度为零时， 所述金属杆 2 又反弹向 上加速至离开所述金属砧 3 的表面， 利用该过程所述金属杆 2 速度的变化得到较大的加 速度。设所述金属杆 2 的碰撞端端面的加速度为 a(t)， 那么碰撞端端面的速度变化量为 式中 t 是碰撞开始时刻作计时起点的时间， t0是两碰撞体又恢复到没有 相互作用的时间。所述金属杆 2 碰撞端端面形成压应力波， 向所述金属杆 2 的另一端传播， 经过 t l/C 的时间， 由所述待检测加速度传感器 1 响应 (l 是金。
28、属杆的长度， C 是杆中的 声速)。 以所述2金属杆与所述金属砧3刚接触的时刻为时间原点， 所述待检测加速度传感 器 1 经受的加速度就可以表示为 a(t l/C)， 那么所述待检测加速度传感器 1 给出的电压 信号就是 U(t) Sa(t-l/C)， 在 t l/C 时所述待检测加速度传感器 1 还没有受到加速， U(t) 是 0， S 是传感器的灵敏度。 0044 测试中需要首先确定敏感方向 ( 如 y 轴 ) 的纵波输出电压信号 Us(y)， 其可从加速 度传感器敏感方向的测试中得到的第一系列输出波形中读取 ； 然后确定非敏感方向 ( 如 x 方向或者z方向)的纵波输出电压信号Uc(x,。
29、z)， 其可从加速度传感器非敏感方向的测试中得 到的第二系列输出波形中读取， 最后计算 Uc(x,z)/Us(y)的大小， 即得到交叉轴响应。 0045 具体的， 加速度传感器沿敏感方向检测时， 所述待检测加速度传感器 1 的敏感轴 与所述金属杆 2 轴方向一致 ； 加速度传感器沿非敏感方向检测时， 所述待检测加速度传感 器 1 的敏感轴与所述金属杆 2 轴方向垂直或所述待检测加速度传感器 1 水平安装在所述金 属杆 2 的顶端。 0046 具体的， 当所述金属杆 2 的长度满足一定条件时， 在所述金属杆 2 中， 在一定空间 和时间内， 轴向振动的纵波和径向振动的扭转波将以不同的速度传播而自。
30、动分离开， 先后 由加速度传感器响应。对于圆柱形金属杆的振动模式来说， 主要包含三种振动模式， 即纵 波、 扭转波和弯曲波。 纵波的频率最高， 扭转波次之， 而弯曲波最小， 其传播速度也从大到小 变化， 进而依据波速不同， 就可以从空间上对几种波进行分离。在所述金属杆 2 中， 金属材 料的杨氏模量为 E, 密度为 ， 纵波的速度最快， 纵波的速度为在均匀的钢杆和 铝杆中， 二者的速度近似相等， 一般为 5000m/s。纵波的频率由公式得到， 频率取决 于杆的长度 L。金属杆中扭转波的速度约为其速度约为纵波速度的 0.6 倍， 扭转波的速度约为 3000m/s。 0047 本实施例涉及到纵波传。
31、递时间L/vL、 扭转波传递时间L/vT、 以及所述金属杆2与所 述金属砧 3 碰撞产生的脉冲 ( 主波 ) 弛豫时间为 的三个时间域上的关系， 提出两种波在 空间传递过程中波分离的时间判据。对长度为 L 的金属杆， 这就要求纵波与扭转波传播的 说 明 书 CN 104407173 A 8 6/8 页 9 时间要满足 L/vT-L/vL 的判据条件， 即所述金属杆 2 的长度应该满足 ：就 可以使两种波在到达传感器时实现空间上有效的分离。此外， 所述金属杆 2 在受到冲击力 的作用时， 在所述金属杆 2 上每一位置点， 不仅轴向方向产生瞬时的应变和位移， 同时受到 材料泊松比特性的影响， 在所。
32、述金属杆 2 径向方向也产生瞬时的应变和位移， 并且所述金 属杆 2 的直径越大， 那么它受到的径向应变也越大， 这就带来较大的交叉轴向响应， 因此， 需要采用具有一定长径比的金属杆， 即具有较大长径比的金属杆能够减小或抑制交叉轴响 应。 0048 由固体应变理论知 ： 金属杆中径向应变 y和纵向应变 z所对应的泊松比 为 ( 不考虑正负符号 ) ：对于长度为 Lz、 半径为 a 的金属杆在受到轴向应力作 用时， 作为近似， 金属杆长度的轴向方向产生的应变为其中， Lz为金属杆长 度变化量 ； 径向方向的应变为其中， a 为半径变化量， 则金属杆的长径比为 ： 对于铝合金和钢材料中， 泊松比约。
33、为 0.33。假定为在一次撞击过 程中所产生的波作用下受到的响应在金属杆中径向和轴向的比， 也就是径向和轴向的响应 比。 同时假定这个响应比在1以内时， 才不会带来测试中的较大的偏差， 因为， 对于单轴加 速度传感器来说， 一般的交叉轴响应不大于5， 因此， 这里给出这个假定是合理的。 那么这 就要求金属杆的长径比至少为也就是说， 具有较大长径比的金属杆有利于 减小交差轴的响应。 0049 具体的， 在测试的过程中， 在利用具有一定长径比的金属杆对纵波和扭转波进行 分离的同时， 结合机械滤波抑制器件共振波的方法， 实现理想的输出。本实施例中， 可以 在金属杆尾端通过采用机械滤波材料等进行机械滤。
34、波， 也可以在自由撞击面上进行机械滤 波 ； 即在所述待检测加速度传感器 1 与所述金属杆 2 之间或所述金属杆 2 的底部设置机械 滤波材料。所述机械滤波材料可以根据实际的需要进行选择， 优选地， 本实施例中， 所述滤 波材料为双面胶， 所述滤波材料的厚度为 0.1mm 0.2mm。选择不同的机械滤波材料， 如不 同型号的双面胶， 对波起到滤波和整形的作用， 有利于抑制高频波， 消除干扰， 由此又可以 获得器件对不同频率下的交叉轴响应。 0050 本实施例中所得到的某一频率下的交叉轴响应表示为 Uc(x,z)()/Us(y)()， 其中， Us(y)() 是在某一频率 () 下敏感方向的电压。
35、输出， Uc(x,z)() 是测试交叉轴非敏感方向 上的电压输出。其中的频率 () 是通过碰撞过程中主波近似为半正弦波的脉冲宽度时间 决定， 即 说 明 书 CN 104407173 A 9 7/8 页 10 0051 具体的， 本实施例中所使用的自由落杆冲击装置中， 所述金属砧 6 为钢砧， 所述金 属砧6的尺寸为 ： 长29.8cm， 宽26.7cm， 高19.2cm ； 所述金属杆2可以为钢杆或铝合金杆， 优 选地， 本实施例中， 所述金属杆2为铝合金杆， 所述金属杆2的尺寸为 ： 长为1m、 直径1.5cm。 0052 具体的， 请参阅图4， 图4是利用1m长的金属铝杆对所述待检测加速。
36、度传感器交叉 轴非敏感 z 方向进行测试的响应输出， 其中将待检测加速度传感器安装在铝杆的尾端， 固 定在交叉轴非敏感 x 的方向， 然后从一定高度落下， 通过数据采集系统， 所述待检测加速度 传感器响应的波形显示与计算机上。从图中可以发现， 标有箭头 p1的位置开始， 有一个幅 度很大的波出现， 该波脉冲宽度约 70s( 图中标记数字 t0) ； 距离其后的标有箭头 p2的位 置开始处出现一个小波， 箭头 p2和标有箭头 p1位置的时间间隔约 130s， 这恰好对应扭转 波的传播时间。 因此， 前一个波是所述待检测加速度传感器对纵波的响应， 而随后的小波位 置 p2处， 就是所述待检测加速度。
37、传感器对扭转波的响应了， 由此可见， 在交叉轴 x 方向的纵 波和扭转波被分离开。 由于加速度是在金属杆杆轴方向获得的冲击， 因此， 纵波的幅度要远 比扭转波的大。 在交叉轴响应的计算中， 采用第一个峰处的电压幅值， 即纵波所对应的电压 幅值。 0053 请参阅图 5， 在图 5 中， 是在 1m 长的铝杆上对所述待检测加速度传感器交叉轴非 敏感 z 方向进行测试的响应输出， 和图 4 也有类似的结果。图中箭头 p1和箭头 p2之间表示 的是对应两个明显不同状态波的开始时刻， 箭头 p1和箭头 p2之间第一个峰， 输出的波形具 有 正弦波 的性质。由图 5 中可以发现， 箭头 p1处开始的波是。
38、明显的有较大幅值的波， 是 纵波作用的结果 ； 而箭头 p2处开始则是具有较小幅度的波发生， 经分析， 图中箭头 p1和箭 头 p2之间的时间间隔为 120s 左右， 接近 130s， 这恰是扭转波到达的时刻。由此表明， 交叉轴 z 方向的纵波和扭转波已经被分离开。 0054 在使用具有一定长径比的金属杆进行测试的过程中， 还可以采用对比法对波分离 过程进行分析， 具体的方法为 ： 按照图 2 所示， 将参考加速度传感器和待测试加速度传感器 同时安装在金属杆的尾部， 将参考加速度传感器的敏感轴与金属杆安装在同一方向， 而将 待测试加速度传感器安装在交叉轴非敏感轴 x 方向或 z 方向， 将金属。
39、杆从一定的高度自由 落下， 产生的冲击波显示于计算机屏幕上， 进行跟踪比较测试。图 6 是用参考比较法将待检 测加速度传感器安装在交叉轴非敏感轴 z 方向的输出结果。图中上曲线是参考加速度传感 器在敏感方向的输出， 而下曲线是待测试加速度传感器在交叉轴 z 方向的输出 ( 放大 10 倍 后显示的数据 )。由图可见， 待测试加速度传感器在交叉轴方向响应的第一个波与参考加 速度传感器在敏感方向响应的第一个波同时到达并被记录下来。图 6 的下曲线中， 标有 p1 开始的时刻是待测试加速度传感器在交叉轴方向对纵波的响应， 恰对应参考加速度传感器 敏感方向主波的响应过程， p1处开始显示的波形具有明显。
40、的 正弦波 特性， 与图 5 所示意 的波分离实验结果一致。由于 z 向交叉轴响应较小， 大致在标有 p2的位置处开始出现。因 此， 金属杆中待测试加速度传感器的纵波和扭转波被清楚地分离开来。 0055 具体的， 所述参考加速传感器为已标定好、 灵敏度已知的加速度传感器。 0056 此方法可以测量高量程的加速度传感器或者类似的器件 ； 同样， 此方法适用测量 双轴或者三轴加速度传感器或者类似的器件。由于采用了一定厚度的机械滤波材料， 加速 度传感器的本征一阶共振波得到抑制， 主波中没有锯齿形的共振波叠加， 从而也将共振波 带来的影响得以消除， 进一步， 如果计算主波的脉冲宽度， 则可以得到该频。
41、率下的响应特 说 明 书 CN 104407173 A 10 8/8 页 11 性。 0057 综上所述， 本发明提出一种冲击加速度传感器交叉轴响应的空间分波测试方法， 采用具有一定长径比的金属杆结合机械滤波的自由落体方法， 将扭转波和共振波等与主冲 击过程中的主波、 即与纵波分离开， 进而获取加速度传感器固有的交叉轴响应。在金属杆 自由落体测试方法中， 是将加速度传感器用选定的双面胶固定在金属杆尾端的凹槽内。而 用螺栓固定传感器的条件下， 很容易导致器件的共振波叠加到主波上， 采用双面胶起到机 械滤波的作用， 有利于对扭转波的识别和分离。 在一定加速度量程范围内， 所使用的双面胶 对产生的应。
42、变波传递过程没有影响。金属杆自由落体与地面上放置的金属砧碰撞产生应 变波， 应变波将沿着金属杆传递给金属杆尾端固定的传感器， 传感器记录这一碰撞过程。 因 此， 采用具有一定长径比的金属杆有效地将扭转波和主波的纵波分离开 ； 采用机械滤波的 方式可以消除器件本征共振波叠加到主波上， 由此获得加速度传感器固有的灵敏度和交叉 轴响应。 0058 上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效， 而非用于限制本发明。任何熟 悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下， 对上述实施例进行修饰或改变。因 此， 举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完 成的一切等效修饰或改变， 仍应由本发明的权利要求所涵盖。 说 明 书 CN 104407173 A 11 1/4 页 12 图 1 图 2 图 3a 说 明 书 附 图 CN 104407173 A 12 2/4 页 13 图 3b 图 3c 图 3d 说 明 书 附 图 CN 104407173 A 13 3/4 页 14 图 4 图 5 说 明 书 附 图 CN 104407173 A 14 4/4 页 15 图 6 说 明 书 附 图 CN 104407173 A 15 。