冲击波测试系统低频特性与补偿方法研究

徐浩; 杜红棉; 范锦彪; 祖静; 王凌宇

doi:10.11883/bzycj-2019-0233

冲击波测试系统低频特性与补偿方法研究

doi: 10.11883/bzycj-2019-0233

中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原 030051

基金项目: 国家自然科学基金（61701445）

详细信息

作者简介:
徐　浩（1993－　），男，硕士研究生，1210422071@qq.com

通讯作者:
杜红棉（1977－　），女，博士，副教授，duhongmian@nuc.edu.cn

中图分类号: O384
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出版历程
- 收稿日期: 2019-06-10
- 修回日期: 2019-07-14
- 网络出版日期: 2019-09-25
- 刊出日期: 2019-10-01

Research on low frequency characteristics and compensation method of a shock wave test system

Key Laboratory of Instrumentation Science & Dynamic Measurement Ministry of Education, North University of China, Taiyuan 030051, Shanxi, China

摘要

摘要: 为提高冲击波超压峰值的测量精度，多数学者把重点集中在系统高频特性研究上，以拓宽带宽的方式提高峰值测试的准确性。冲击波另外两个主要参数正压作用时间、比冲量却和测试系统的低频特性息息相关。针对实爆中出现的不同传感器正压作用时间差异较大的问题，对冲击波信号进行了边际谱分析，获得了信号的低频特性。建立了一阶参数模型来表征低频特性，通过激波管试验数据获取了7种系统的低频模型参数。采用零极点配置法设计了低频补偿模型。结果表明:冲击波测试系统低频特性严重影响冲击波信号正压作用时间测试准确性，基于低频特性补偿的数据处理方法可以有效的提高冲击波信号正压作用时间、比冲量地测试精度。
- 冲击波测试系统 /
- 低频特性 /
- 正压作用时间 /
- 激波管实验
Abstract: In order to improve the measurement accuracy of shock wave overpressure peak, most scholars focus on the study of high-frequency characteristics of the system for improving the accuracy of peak value measurement by broadening the bandwidth. The other two main parameters of the shock wave, positive pressure action time and specific impulse, are closely related to the low frequency characteristics of the test system. Aimed at the problem that the positive pressure action time of different sensors varies greatly in real explosion, the marginal spectrum analysis of the shock wave signal was carried out, and the low frequency characteristics of the signals were obtained. A first-order parametric model was established to characterize the low-frequency characteristics, and the low-frequency model parameters of seven systems were obtained from the experimental data of shock tube. The low-frequency compensation model was designed by the zero pole configuration method. The results show that the low-frequency characteristics of shock wave testing systems seriously affect the accuracy of positive pressure action time measurement of shock wave signals. The data processing method based on the low-frequency characteristic compensation can effectively improve the measurement accuracy of positive pressure action time and specific impulse of shock wave signals.
- shock wave test system /
- low frequency characteristics /
- positive pressure action time /
- shock tube experiment

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图 1 两种传感器实测冲击波压力信号

Figure 1. Pressure signals of shock wave measured by two sensors

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图 2 实测信号边际谱图

Figure 2. Marginal spectra of measured signals

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图 3 激波管实验压力信号

Figure 3. Pressure signals of shock tube experiments

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图 4 系统补偿验证

Figure 4. System compensation verification

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图 5 实测曲线补偿结果

Figure 5. Compensation results of measured curves

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图 6 补偿曲线的边际谱

Figure 6. Marginal spectra of compensation curves

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表 1 实测冲击波信号参数对比表

Table 1. Parameter comparison of measured shock wave signals

试验次数	爆距 R/m	Δp/MPa		ε_p/%	t₊/ms		ε_t/%	i/(MPa·ms)		ε_i/%
试验次数	爆距 R/m	Y1001E-3	113B26	ε_p/%	Y1001E-3	113B26	ε_t/%	Y1001E-3	113B26	ε_i/%
第一次	10	0.147	0.150	2.0	1.637	2.924	44.0	0.077	0.144	46.5
第一次	12	0.099	0.097	2.1	1.755	3.273	46.4	0.049	0.109	55.0
第二次	10	0.149	0.145	2.7	1.603	2.935	45.4	0.082	0.150	45.3
第二次	12	0.101	0.103	1.9	1.739	3.214	45.9	0.051	0.105	51.4

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表 2 实验状态表

Table 2. Experimental conditions

系统编号	传感器类型	适配器	采集系统
1	ENDEVCO 8530B 系列压阻传感器	ENDEVCO136 型直流放大器	Agilent 瞬态波形记录仪
2	PCB 113B03 系列压电传感器	Kistler 5011 型电荷放大器放电时间常数 T=long	Agilent 瞬态波形记录仪
3	PCB 113B03 系列压电传感器	Kistler 5011 型电荷放大器放电时间常数 T=10 s	Agilent 瞬态波形记录仪
4	PCB 113B03 系列压电传感器	Kistler 5011 型电荷放大器放电时间常数 T=1 s	Agilent 瞬态波形记录仪
5	PCB 113B03 系列压电传感器	Kistler 5011 型电荷放大器放电时间常数 T=0.1 s	Agilent 瞬态波形记录仪
6	PCB 113B03 系列压电传感器	Kistler 5011 型电荷放大器放电时间常数 T=0.01 s	Agilent 瞬态波形记录仪
7	PCB 113B26 系列 ICP 型传感器	带隔直电容调理电路	自制存储式记录仪
8	国产 Y1001E-3 系列 ICP 型传感器	带隔直电容调理电路	自制存储式记录仪

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表 3 不同测试系统对应的总耦合放电时间常数T_C

Table 3. Total coupled discharge time constant T_C for different test systems

系统编号	总耦合放电时间常数 T_C/s	对应低频截止频率/Hz
1	—	—
2	0.110 8	1.44
3	0.043 3	3.68
4	0.038 0	4.19
5	0.030 6	5.20
6	0.006 5	24.49
7	0.004 0	39.79
8	0.002 1	75.79

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表 4 相关系数表

Table 4. Correlation coefficient

系统	1	2	3	4	5	6	7	8
相关系数	0.999 7	0.999 3	0.999 3	0.999 6	0.999 5	0.999 3	0.999 4	0.999 0

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表 5 补偿冲击波信号参数

Table 5. Parameters for compensating shock wave signals

传感器类型	Δp/MPa	ε_p /%	t₊ /ms	ε_t /%	i/(MPa·ms)	ε_i /%
Y1001E-3	0.154 2	1.31	5.67	7.95	0.218 0	14.94
113B26	0.152 2	1.31	6.16	7.95	0.256 3	14.94

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