高精度冲击波测试压电适配器的研究

尤文斌，丁永红，张超颖，白志强

(1.中北大学 电子测试技术重点实验室,山西 太原 030051;2.中北大学 电气与控制工程学院,山西 太原 030051)

在爆炸场测试中，冲击波超压是评价武器弹药的一个重要参数，因此冲击波测试技术对武器弹药的研制和发展具有重要意义[1-4]。冲击波超压的压力峰值Δp、正压时间持续时间τ和比冲量I是衡量冲击波威力的指标[5-7]。由于压电式传感器具有灵敏度高和自然振荡频率高、体积小等优点，在爆炸冲击波场测试中被广泛应用[7-8]。压电适配电路包含将电荷量转换成电压的电荷放大器和消除频谱混叠的低通滤波电路，两者构成带通滤波器，其频率特性对测试准确性的影响最为明显[9-12]，当适配器的高通截止频率fH太低会出现电荷累积，造成基线电压漂移[13-15]，低通截止频率fL过低影响冲击波峰值，但又缺少选择冲击波测量的压电适配器高低通截止频率的设计准则。

为此，笔者分析了爆炸场冲击波超压的特征，研究了压电适配电路的高低通截止频率对Δp、τ及I的影响，建立了设计准则。

1 冲击波超压的特征分析

由理论计算和大量的爆炸实验统计结果表明，战斗部的装药对比高度h>0.35时，近地爆炸冲击波超压峰值Δp与距爆心距离r成反比，与等效TNT质量m的三次方根成正比。Δp、τ和固定位置的冲击波峰值压力时间关系p(t)[16-17]可分别由式(1)～(3)求取：

(1)

(2)

(3)

(4)

图2为经傅里叶变换得到两信号的幅频曲线，从图中可以看出信号的主要能量集中100 kHz内。

2 压电适配器的传递函数

2.1 电荷放大器

电荷放大器是利用运算放大器的近似无穷的增益特征实现深度负反馈，将传感器这个电荷源转换为具有低内阻的电压源，其原理图如图3所示。