瞬态冲击非周期及其测量的问题

1 瞬态冲击 ( 非周期 ) 及其测量的问题林劲 (Jing Lin) PCB Piezoronics Inc., 3425 Walden Avenue, Depew, NY 14043 USA 前言瞬态冲击 ( 非周期 ) 与周期性的振动在频谱特性是不同的, 所以在对测量的传感器及仪器的要求选择上也不同. 本文用比较直观和浅显的方法来阐明. 希望有助于冲击测量的用户更好地, 更准确地测量冲击加速度.( 一) 频谱分析的基础知识冲击 ( 非周期 ) 信号与周期性的信号在频谱特性是不同的. 通常动态信号都不是纯正弦波, 可以分解为许多谐波成份, 由其振幅和相位来表征. 各次谐波按其频率高低排列成为该动态信号的频谱图形. 瞬态冲击 ( 非周期 ) 信号频谱特性是连续频谱;而周期性的信号频谱特性是离散( 线谱 ) 频谱 . 如图 1,2,3所示 : A fo=1/T A t fo f T 图 1. 纯正弦信号及其频谱 T fo=1/T A A t fo 2fo f 图 2. 失真正弦信号及其频谱2 fo=1/T A T A t fo 3fo 5fo 7fo f 图 3. 周期方波信号及其频谱而瞬态的 冲击 ( 非周期 ) 信号频谱就不能用上述线谱来表示, 而必须用是连续频谱表示, 如图 .4. 所示 . [F(f)]/AT 1.0 A 0.5 0.0 0 T t 1/T 2/T 3/T f 图 4. 半正弦冲击波信号及其频谱其中 [F(f)]=(2AT/)*[cos fT/(1-4ffTT)]. 3 [F(f)]/AT 1.0 A 0.5 0 f T t 0.0 1/T 2/T 3/T 图 5. 矩形冲击波信号及其频谱其中 [F(f)]=(AT)*[sin fT/fT]. ( 二) 瞬态冲击 ( 非周期 ) 信号对测量的冲击加速度计及仪器的要求由冲击波信号及其频谱分析及频谱分布图可知: 1) 凡上升时间越快的 , 或持续 ( 接触 ) 时间越短的冲击 ; 其频谱的高频越高 , 而且这些高频在其频谱中的比例越多. 如硬的金属对金属的对撞冲击, 其持续 ( 接触 ) 时间约在敉十微秒左右 . 其频谱的高频成份可达十千赫芝. 又如火药爆炸的冲击 , 或称爆冲 (Pyroshock) 上升时间可短于十微秒 . 其频谱的高频成份可达数十千赫芝 . 所以如要准确测量冲击的高频成份, 这就要求测量的冲击加速度计具有较高的共振频率( 高于 50Khz以上 ) 和较大的动态量程 (100,000g). 图 6. 所示共振频率不够高的冲击加速度计, 测量较短持续 ( 接触 ) 时间的冲击时所产生的冲击加速度计共振对冲击测量的影响. G fo 0 T t 图 5. 共振频率 f o=2/T 加速度计测量脉宽 T 的半正弦冲击波的失真 G ...