用于模擬高強度煙火沖擊的系統和方法
【專利摘要】用于模擬煙火沖擊的系統可以包括電功率放大器、振動器和諧振梁。電功率放大器可以被配置以放大表示期望沖擊響應頻譜（SRS）的瞬態信號波形。振動器可以被配置以響應于放大的信號波形而產生沖擊脈沖。諧振梁可以被安裝在所述振動器上，并可以被配置為放大所述沖擊脈沖。
【專利說明】用于模擬高強度煙火沖擊的系統和方法
【技術領域】
[0001]本發明通常涉及沖擊測試，更具體地，涉及用于模擬受測組件或樣品中的高強度煙火沖擊(pyrotechnic shock)的系統和方法。
【背景技術】
[0002]航天器如通信衛星在發射過程中會受到若干分散沖擊事件。例如，在助推器和運載火箭分離以及運載火箭級分離過程中，運載火箭攜帶的航天器會受到沖擊。一旦航天器進入軌道，航天器與運載火箭分離以及子系統如太陽能電池板的部署過程中，航天器也會受到沖擊。
[0003]煙火或爆炸性材料被廣泛用在太空發射中以促進上述提到的分離和部署事件。在分離或部署事件過程中爆炸性能量的釋放會引起持續時間相對較短而幅值較高的沖擊脈沖的產生。例如,沖擊脈沖的持續時間可以在50微秒到不超過20毫秒之間。此外，沖擊脈沖的頻率范圍可以達到1000000Hz，且峰值幅度(例如，加速度)達300000g (或g’s)。這種強度相對較高的沖擊脈沖會被傳輸到安裝在航天器和運載火箭上的敏感組件和儀器中。
[0004]為了確保這些組件在發射過程中能夠承受高強度沖擊脈沖，通常在實驗室環境或其他受控環境中對單個組件進行合格性測試。在合格性測試過程中，組件會受到模擬預期發生在服務環境中(例如，在運載火箭上)的煙火沖擊的沖擊脈沖。通常使用指定或期望沖擊響應譜或沖擊響應頻譜(shock response spectrum,即SRS)來描述被模擬的煙火沖擊的特征。可以使用實彈通過測量模擬的或實際的系統結構對煙火沖擊的響應來建立期望SRS。例如，可以建立表示被傳輸到安裝在運載火箭的載荷連接裝置上的通信衛星的煙火沖擊的期望SRS。該期望SRS可以包括所有在飛行序列過程中發生的煙火沖擊的復合。例如，期望SRS可以包括發生在火箭發動機和運載火箭分離過程中的沖擊，整流罩和運載火箭分離過程中的沖擊，引爆煙火螺栓切割刀過程中的沖擊以及其他沖擊事件，其中引爆煙火螺栓切割刀會釋放將衛星固定在載荷連接裝置上的夾緊帶，從而允許衛星與運載火箭分離。
[0005]在組件合格性測試過程中，用于模擬煙火沖擊的系統和方法包括在實驗室環境中測定量彈藥的使用。彈藥可以與安裝有組件或組件質量模型的結構連接。可以試圖引爆彈藥以在該結構中產生引起加速度響應的沖擊脈沖，重復期望SRS。不幸地，使用這種方法產生的沖擊脈沖會不準確，因為難于量化測定量彈藥(即，爆炸物質)包含的潛在能量。此外，實彈產生的沖擊脈沖會難于控制，從而導致在反復試驗基礎上使用不同實彈量耗費時間重復測試直到實現加速度響應在期望SRS可接受的限度內。
[0006]此外，因為期望SRS可以包括若干具有不同頻率成分的不同沖擊事件，使用實彈測試會導致受測樣品的過測試，從而損傷昂貴的測試硬件，而且需要故障分析以及硬件的修理、修復或重新設計，然后再重新測試。為了避免過測試而減少彈藥量會導致受測樣品的欠測試(under-testing),其中沖擊幅值小于合格性測試指定的水平。與使用爆炸性材料進行合格性測試相關的進一步缺點是為安全處理和材料存儲，需要復雜測量。
[0007]用于模擬煙火沖擊的現有系統還包括機械撞擊的使用，從而在裝有待測組件的結構中產生沖擊脈沖。不幸地，機械撞擊方法存在的挑戰在于從一次機械撞擊到另一次機械撞擊精確地在結構中重現期望的加速度。此外，機械撞擊方法會在主要沖擊脈沖結束時在結構中引起機械鳴震(mechanical ringing)或殘留的機械響應。這種機械鳴震不會出現除非由于用于實際飛行結構中的沖擊的吸收、抑制、衰減或分布而出現在實際飛行結構中。就這一點而言，這種會出現在撞擊方法中的機械鳴震會弓I起煙火撞沖擊的不精確模擬。
[0008]可看出，在現有技術中需要一種系統和方法來精確模擬具有期望SRS的高強度煙火沖擊，該沖擊包括若干具有不同頻率成分的沖擊事件。此外，現有技術中還需要一種系統和方法模擬高強度煙火沖擊，其能夠被精確地控制，同時具有極好的重復性而且成本較低。
【發明內容】
[0009]本發明具體解決和緩和了上述關于高強度煙火沖擊模擬的需求，其中，在一個實施例中，本發明提供了一種用于模擬煙火沖擊的系統。該系統可以包括電功率放大器、振動器或諧振梁(或稱為共振梁(resonance beam))。電功率放大器可以被配置為放大表示期望沖擊響應頻譜(SRS)的瞬態信號。振動器可以被配置為產生沖擊脈沖以響應放大的信號波形。諧振梁可以被安裝至振動器且可以被配置為放大沖擊脈沖。
[0010]在一個進一步的實施例中，公開了一種用于模擬煙火沖擊的系統，該煙火沖擊由具有至少一個拐點頻率和公差帶的期望沖擊響應頻譜(SRS)表示。該系統可以包括被配置為放大表示期望SRS的瞬態信號波形。該系統可以進一步包括具有電樞和參考軸線的電動振動器。該系統可以進一步包括安裝至電樞的諧振梁。該諧振梁可以被配置為放大沖擊脈沖以使諧振梁上的至少一個位置具有基本上等于拐點頻率上的加速度的絕對峰值加速度。
[0011]還提供了一種用于模擬具有期望沖擊響應頻譜(SRS)的煙火沖擊的方法。該方法可以包括使用裝有諧振梁的振動器產生沖擊脈沖的步驟。該方法可以附加地包括放大諧振梁上至少一個位置上的沖擊脈沖以響應諧振梁的激發。
[0012]在一個進一步實施例中，公開了一種用于模擬煙火沖擊的方法。該煙火沖擊具有包括拐點頻率和對應于拐點頻率的加速度的期望沖擊響應頻譜(SRS )。該方法可以包括產生表示期望SRS的瞬態信號波形和放大該信號波形的步驟。放大的信號波形可以被施加到安裝有諧振梁的電動振動器中。該方法可以包括在振動器上產生沖擊脈沖以響應放大的信號波形，該沖擊脈沖的方向基本上與參考軸線平行。該方法可以進一步包括激發諧振梁以響應沖擊脈沖的產生，以及在諧振梁中放大沖擊脈沖以響應諧振梁的激發。
[0013]該方法可以附加地包括測量諧振梁的一個位置上的峰值加速度以響應沖擊脈沖的放大，以及根據測量的峰值加速度計算模擬SRS。該方法還可以包括調整至少一個測試變量直到模擬SRS的絕對峰值加速度基本上等于對應于拐點頻率的加速度。該測試變量可以包括在調整諧振梁上測量加速度的位置。測試變量還可以包括調整諧振梁的配置。
[0014]上述特征、功能和優勢可以獨立地在本發明的不同實施例中實施或可以在其他實施例中被組合，其進一步細節可參考下述描述和附圖。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]參照附圖后，本發明的這些或其他特征將變得更加明顯，其中，本文中同樣的附圖標記表示相同的部件，并且其中:[0016]圖1是用于模擬受測樣品中的煙火沖擊并包括振動器和用于放大振動器產生的沖擊脈沖的諧振梁的系統實施例的原理圖；
[0017]圖2是諧振梁被配置為軸向梁的系統的實施例的透視圖；
[0018]圖3是沿圖2的線3-3的系統俯視圖，而且其圖示了安裝至振動器的軸向梁；
[0019]圖4是沿圖3的線4-4的系統側視圖，而且其圖示了被施加到軸向梁的沖擊脈沖；
[0020]圖5是沿圖3的線5-5的系統側視圖，而且其圖示了軸向梁的高度大于其寬度；
[0021]圖6是諧振梁被配置為橫向梁的系統的實施例的透視圖；
[0022]圖7是沿圖6的線7-7的系統俯視圖，而且其圖示了安裝至振動器的橫向梁；
[0023]圖8是沿圖7的線8-8的系統側視圖，而且其圖示了被施加到橫向梁的沖擊脈沖；
[0024]圖9是沿圖7的線9-9的系統側視圖，而且其圖示橫向梁的寬度大于其高度；
[0025]圖10是系統實施例的透視圖，其中諧振梁被配置為包括軸向梁和側向元件的L-梁；
[0026]圖11是沿圖10的線11-11的系統俯視圖，而且其圖示了安裝至振動器的L-梁，而且所示側向元件為一個方管；
[0027]圖12是沿圖11的線12-12的系統側視圖，而且其圖示了 L-梁被可滑動地支撐在梁支撐件上；
[0028]圖13是沿圖11的線13-13的系統側視圖，而且其圖示了 L-梁被可滑動地支撐在梁支撐件上和沖擊脈沖被施加到軸向梁上；
[0029]圖14是響應于配置與圖2-5所示相似的第一沖擊脈沖的軸向梁的加速度時間變化關系圖；
[0030]圖15是以圖14的加速度時間變化關系為基礎的模擬SRS ；
[0031]圖16是受到與圖14-15所示相似的第一沖擊脈沖的軸向梁的加速度時間變化關系圖；
[0032]圖17是以第二沖擊脈沖有關且與圖16的加速度時間關系為基礎的模擬SRS，而且其圖示了與圖15所示的第一沖擊脈沖有關的模擬SRS的密切對應關系；
[0033]圖18是在圖2-5的軸向梁的基部上測量的加速度時間關系曲線圖，并且在基部上具有約1250g的測量的峰值加速度；
[0034]圖19是以圖18為基礎的模擬SRS，而且其圖示了基部上約2951g的絕對峰值加速度；
[0035]圖20是在圖2-5的軸向梁的自由端上測量的加速度時間關系圖，并且在自由端上具有約2784g的測量的峰值加速度；
[0036]圖21是以圖20為基礎的模擬SRS，而且其圖示了自由端上約6139g的絕對峰值加速度；
[0037]圖22是與圖10-13所示的實施例相似的L-梁的加速度時間關系圖，而且具有約13332g的測量的峰值加速度；
[0038]圖23是以圖22為基礎的模擬SRS，而且其圖示了 L-梁約30880g的絕對峰值加速度；
[0039]圖24是與圖10-13所示的實施例相似的L-梁的加速度時間關系圖，而且其具有約11146g的測量的峰值加速度；[0040]圖25是以圖24為基礎的模擬SRS，而且其圖示了 L-梁約50641g的絕對峰值加速度；
[0041]圖26是圖示包括可以在用于在受測樣品中模擬煙火沖擊的系統中實施的一個或更多操作的方法實施例的流程圖。
【具體實施方式】
[0042]現參考附圖，其中附圖旨在圖示本發明的優選的各種實施例，圖1所示是用于模擬煙火沖擊的系統10的實施例的示意圖。該系統10可以包括電動振動器40和測試夾具10，測試夾具10包括安裝在振動器40上用于放大由振動器40產生的沖擊脈沖54的諧振梁102。該沖擊脈沖可以被產生以響應由電功率放大器提供給振動器40的放大的瞬態信號波形。優勢在于，由于諧振梁102提供的機械優勢，可以給安裝在諧振梁102上的受測樣品施加精確受控、高強度的沖擊。
[0043]如圖1所示，系統10可以包括脈沖信號發生器12，其被配置為產生所需幅值和持續時間的瞬態信號波形以在振動器40產生的沖擊脈沖54中實現期望脈沖圖表。該瞬態信號可以具有的持續時間為毫秒級到微秒級從而滿足模擬煙火沖擊的需要。在一個實施例中，瞬態信號可以具有的持續時間小于20微秒，當然可以提供任意持續時間的瞬態信號。可以使用各種不同的波形提供瞬態信號，包括，但不限于，正弦波、鋸齒波、方波、三角波和其他波形或波形的組合。
[0044]信號調節裝置14可以被包含在系統10中以整形或控制由信號發生器12產生的瞬態信號波形。信號調節裝置14可以包括模擬濾波器16，其可以被配置為具有滑塊(例如，可變電阻器)的1/3倍頻程濾波器，從而以1/3倍頻程頻率間隔或其他頻率間隔調節信號的幅值。信號調節裝置14還可以包括數字濾波器18，其可以接收來自模擬濾波器16的瞬態信號波形。數字濾波器18可以被配置為1/3倍頻程數字濾波器18，當然數字濾波器18可以允許以不同頻率增量而不是1/3倍頻程增量調節瞬態信息。
[0045]數字濾波器18可以包括可以被顯示在與數字濾波器18相耦合的主機20的顯示器上的數字滑動器(未示出)。在這種方式下，數字濾波器18可以促進瞬態信號的輸出電平的增大或者促進不同頻率上的瞬態信號的頻譜整形。例如，數字濾波器18可以允許在一個或更多頻率上以l/4dB增量調整瞬態信號輸出電平以此作為控制沖擊脈沖54的圖表的手段。主機20可以提供保存用于后續再調用和使用的給定瞬態信號頻譜的設定的手段。信號調節裝置14可以起到信號放大器的作用，而且可以提供如以l/2dB增量或其他合適增量調整瞬態信號增益的手段。
[0046]就這一點而言，信號調節裝置14可以提供增加由振動器40產生的沖擊脈沖54的動態范圍的手段。此外，模擬濾波器16和數字濾波器18的可調整性提供了控制諧振梁102的沖擊響應頻譜(SRS)的手段，從而使諧振梁102的SRS可以被保持在相對窄的公差帶內以最小化或阻止測試設備的過測試。在這種方式下，信號調節裝置14提高了沖擊測試的準確性、控制和可重復性。
[0047]仍如圖1所示，系統10可以附加地包括可以與功率放大器28耦合的控制單元22，其可以接收來自數字濾波器18的瞬態信號波形。控制單元22可以被配置為便于瞬態信號波形中頻率相對較高的波形的限幅。此外，控制單元22可以被配置為平滑瞬態信號波形以阻止在瞬態信號波形的幅度出現中斷或快速上升時功率放大器28或振動器40的跳閘(SP，無效)。
[0048]電壓監測裝置30如示波器及類似裝置還可以選擇性地被包括在系統10中。監測裝置30可以與混頻器/限幅器或主增益控制器24耦合并可以提供可視化監測被傳輸到功率放大器28的瞬態信號中的電壓幅值。監測裝置30可以允許用戶監測瞬態信號的形狀和被傳輸到功率放大器28的電壓水平。以這種方式，用戶可以調節瞬態信號使其適于阻止過多功率被傳輸到功率放大器中，以及避免過測試。
[0049]包括在系統10中的電功率放大器28還可以包括為振動器40的勵磁線圈提供直流電的直流發生器26。直流電可以在可移動驅動器線圈或振動器40的電樞50周圍建立靜態磁場。在一個實施例中，直流發生器26可以被配置為產生約等于300安培或更大的直流電。此外，功率放大器28可以放大瞬態信號波形并可以給電樞提供交流電以使電樞根據交流電的頻率和幅值沿著振動器40的參考軸線軸向移動。在一個實施例中，功率放大器28可以產生約等于500安培或更大的交流電。功率放大器28可以優選地被配置為放大最小失真的瞬態號。
[0050]如圖1所示，振動器40可以被可通信地與功率放大器28耦合。振動器40可以由安裝在相對大型的物體如混泥土地板的剛性不可移動面上的一對支柱42支撐。振動器40可以由延伸在振動器40和振動器40的每一側上的支架之間的一對樞軸線被樞轉地安裝至支柱42上。優勢在于，振動器40的可樞轉安裝便于將振動器40和測試夾具10調節至不同的方向和位置上，以便在以下所述諧振梁中實現不同響應。振動器40包括圍繞電樞50的勵磁線圈48。電樞50可以沿著振動器40的參考軸線軸向移動以響應由功率放大器28產生的放大的信號波形的應用。
[0051]測試夾具10可以包括安裝在振動器40上的諧振梁102。諧振梁102可以具有直接與電樞50直接連接的基部106，以使諧振梁102和電樞50移動一致。優勢在于，諧振梁102被配置為通過將諧振梁102激發為一個或更多諧振模式來放大沖擊脈沖54，如下文更詳細描述。例如，諧振梁102可以被配置為主要在縱向模式中、彎曲或橈曲模式、和/或扭轉模式、或在其他模式或這些模式的組合中諧振。諧振模式或諧振梁102的激發可以是諧振梁102幾何形狀和諧振梁102在振蕩器40上的方向和位置的函數，如下所述。
[0052]受測樣品150可以被安裝在產生沖擊脈沖54的期望放大倍數的諧振梁102的位置上。在一個實施例中，沖擊脈沖54的放大倍數是優選的，以使對于至少一個位置，諧振梁102呈現的測量的峰值加速度206大于諧振梁102的基部106上的測量的峰值加速度206。在一個實施例中，諧振梁102被優選地配置以使在諧振梁102的至少一個位置上呈現與期望SRS208 (圖15)基本相同的模擬SRS208 (圖15)。在一個優選實施例中，諧振梁102被配置以使諧振梁102上的至少一個位置具有大致等于對應于期望的SRS208的拐點頻率216(圖15)的加速度的絕對峰值加速度。SRS的拐點頻率216對應于響應煙火沖擊的服務環境(即，結構)的主頻率。
[0053]在實際服務環境中，期望SRS208 (圖15)可以表示響應于來自實彈(未示出)的煙火沖擊的加速度。例如，期望SRS208可以表示在樣品(例如，組件或子裝配件)的實際安裝位置附近測量的實際或模擬飛行結構(未示出)對來自實彈的煙火沖擊的響應。期望SRS208可以以服務環境受到的來自實彈的煙火沖擊的加速度時間關系200 (圖14)為基礎。更具體地，期望SRS208可以根據加速度時間關系200的測量的峰值加速度206 (圖14)計算。期望SRS208常常使用公差帶214 (圖15)來描述。如圖15所示，公差帶214包括上限值和下限值214a, 214b (例如，+/_3dB, +/_6dB, +9/_6dB),其可以根據程序要求來確定。
[0054]期望SRS208 (圖15)表示沖擊脈沖對每一個都具有不同諧振頻率的多個單自由度質量彈簧系統的嚴重程度或損傷潛能的測量。期望SRS208可以以最大絕對加速度響應的方式來表示，其被稱為最大值，且被定義為最大正加速度和最大負加速度的最大值。期望SRS208的計算是以所選衰減率為基礎的，衰減率通常為5%，當然可以使用不同的衰減率來確定期望SRS208。可以將期望SRS208提供給沖擊測試設備以作為受測樣品150 (S卩，組件或子裝配件)的測試規范，從而達到一個或更多目的，如開發測試、合格性測試、飛行接受測試或其他目的。
[0055]仍如圖1所示，系統10可以包括優選地被安裝在諧振梁102上靠近受測樣品150的加速度傳感器60，以測量、記錄和/或存儲位置上的諧振梁102的沖擊或加速度響應。加速度傳感器60可以包括加速度計62，當然在一個替代實施例中，加速度傳感器60可以被配置為包括，但不限于，應變計、速度計、位移計、激光測速儀或其他加速度測量裝置。加速度計62可以是壓電加速度計或壓阻加速度計。加速度計62可以被配置為一個單軸加速度計。更優選地，加速度計62被配置為在三個相互垂直的軸線的每一個中測量加速度的三軸加速度計。就這一點而言，在識別具有沖擊脈沖的期望放大倍率的諧振梁上的位置的過程中，一個或更多三軸加速度計63可以被安裝在諧振梁102上。在識別具有期望放大倍率水平的諧振梁102位置之后，在對受測樣品150進行沖擊測試過程中，加速度計62還可以被安裝在諧振梁102上。
[0056]對受測樣品150進行沖擊測試有不同的目的。對于合格性測試，受測樣品150常常在每個軸線上(即，X，1，Z)的每個方向(即，+/_)受到三次沖擊，總共受到18次沖擊。在沖擊脈沖54的應用過程中，受測樣品150被優選地取向以使受測樣品150的活動軸線(即，X-軸，y-軸，或ζ-軸)基本上與振動器40的參考軸線56平行。對于飛行接受測試，受測樣品受到的沖擊的數量減少到在每個軸線(即，X, y, ζ)的每個方向(即，+/_)受到單次沖擊，總共6次沖擊，當然受測樣品150可以收到任意數量的沖擊。
[0057]仍如圖1所示，系統10可以包括獲取和處理由安裝至諧振梁102的加速度傳感器60測量的加速度數據的數據獲取系統58。在一個實施例中，數據獲取系統58可以包括信號調節器64。信號調節器64可以為加速度傳感器提供功率，而且可以放大加速度傳感器60的輸出信號。數據獲取系統58可以附加地包括數據分析儀或沖擊頻譜分析儀66，其可以具有可視化顯示施加到諧振梁102的沖擊脈沖的結果的顯示器68。沖擊頻譜分析儀66可以顯示給定位置上的諧振梁102的模擬SRS218。在顯示器中，模擬SRS可以與具有公差帶的期望SRS疊加，以提供模擬煙火沖擊中的沖擊脈沖的精確可視化指示。
[0058]參考圖2-5，所示為系統10的實施例，其中諧振梁102被配置為軸向梁110。軸向梁110具有基部106、自由端136和延伸在基部106和自由端136之間的長軸線104。基部106被安裝在電樞50上，例如機械地將基部106固定在電樞50上，當然，可以使用其他方式將基部106焊接或連接在電樞50上。例如，軸向梁110和電樞50可以形成為單一結構。在一個實施例中，基部106可以包括接裝板108以便于將軸向梁110安裝在電樞50上。基部106可以是盤型，而且可以形成為與圓形的電樞50互補。然而，可以提供任意各種替代的尺寸和形狀的接裝盤108。無論基部106的具體配置如何，軸向梁110優選地安裝在電樞50上以使軸向梁110和電樞在沖擊脈沖54持續時間中相互保持連續接觸并作為一個整體移動以響應沖擊脈沖54。
[0059]軸向梁110的長軸線104的方向基本與參考軸線56平行。電樞50沿著參考軸線56移動，而且沖擊脈沖54主要是沿著參考軸線56被施加到軸向梁110中。在一個實施例中，軸向梁110的方向和配置可以為使沖擊脈沖54將軸向梁110激發為縱向為主的激發模式，盡管軸向梁110可以被激發為其他模式，包括彎曲模式或模式的組合。當被激發時，軸向梁110可以在出現沖擊脈沖54的放大的軸向梁110的位置上具有反節點(未示出)。這些反節點位置可以增加或放大沖擊脈沖能量。相反地，軸向梁110可以降低的放大倍率或沒有放大倍率的位置上具有節點(沒有顯示)。這些節點位置會吸收沖擊脈沖能量。
[0060]受測樣品150可以被安裝在軸向梁110的任意位置上，而且優選地被安裝在提供沖擊脈沖54的期望放大倍率水平的位置上。例如，圖2圖示了安裝在軸向梁110的自由端112的支撐夾具154上的的受測樣品，在此處，沖擊脈沖被以兩倍或更多的倍數放大，其具體細節如下文所述。軸向梁110可以包括至少一個靠近受測樣品150被安裝在軸向梁110上的加速度計62。另一個加速度計62可以靠近基部106被安裝在軸向梁110上以在基部106測量加速度響應，其用于與受測樣品150上軸向梁110的加速度響應比較。
[0061]圖3是安裝在振動器40電樞50上的軸向梁110的俯視圖。雖然所示軸向梁110大致位于振動器40的中心，但是軸向梁110可以與振動器40中心偏離。雖然軸向梁110可以具有厚度tA不大于軸向梁110的寬度Wa，但是軸向梁110的厚度tA優選地不大于軸向梁110的寬度Wa (圖4)的大約1/2。軸向梁110可以具有矩形截面，如所示的正方形截面。然而，軸向梁110可以具有圓形截面(未示出)。另外，軸向梁110可以具有任意形狀或結構的非直角截面。例如，軸向梁110可以具有至少部分彎曲的截面如導致軸向梁110為圓筒形狀的圓形截面(沒有顯示)。就這一點而言，可以提供任意不同截面形狀的軸向梁110，從而在不同位置上產生不同的放大倍率水平。
[0062]圖4是安裝在振動器40電樞50上的軸向梁110的側視圖。測量的軸向梁110的高度^與長軸線104平行，而測量的寬度Wa與長軸線104垂直。在一個實施例中，軸向梁110的高度hA大于軸向梁110的寬度WA。例如，軸向梁110的高度匕可以至少是寬度Wa的兩倍。在一個進一步實施例中，高度hA可以大于寬度Wa的約2-5倍，當然高度hA可以大于寬度Wa的五倍。
[0063]圖5是安裝在振動器40電樞50上的軸向梁110的進一步側視圖，而且圖示了安裝在支撐夾具154上的受測樣品150，其中支撐夾具154被安裝至軸向梁110的自由端。所示諧振梁102的長軸線104與振動器40的參考軸線對齊以使參考軸線穿過軸向梁110。在這種結構中，沖擊脈沖54可以被施加到軸向梁110而不偏離中心地加載軸向梁110。然而，軸向梁110可以偏離(未示出)參考軸線56，這會改變軸向梁110的激發，而且會在軸向梁110中引起不同的放大倍率水平。
[0064]參考圖6-9，其顯示了系統10的實施例，其中諧振梁102被配置為橫向梁120，其具有方向與參考軸線56基本垂直的長軸線104。橫向梁120可以具有可以包括橫向梁120與電樞50連接或被安裝在電樞50上的部分的基部106。在一個實施例中，橫向梁120的基部106可以包括與上述描述的軸向梁110包含的接合板108相似的接合板108。[0065]橫向梁120具有相對梁端部122。長軸線102在梁端部122之間延伸。所示受測樣品150被安裝在梁端部122的其中一個上。然而，受測樣品150可以被安裝在梁端部122的任意位置上或被安裝在橫向梁120的任意表面上。至少一個加速度計63被安裝在橫向梁120上以在位置上測量橫向梁120的加速度響應。例如，加速度計62可以被安裝在橫向梁120靠近受測樣品150的位置上。另一個加速度計62可以被安裝在橫向梁的基部106的位置上以測量基部上的加速度響應，其用于與橫向梁120的另一個位置上的加速度響應比較。
[0066]圖7是系統的俯視圖，其顯示橫向梁120大致位于振動器40的中心。橫向梁120具有厚度&可以小于橫向梁120的高度hT。在一個實施例中，厚度tT可以不大于約1/2的橫向梁120的高度hT (圖8)，當然橫向梁120可以為任意厚度tT。
[0067]圖8是安裝在振動器40上的橫向梁的側視圖。橫向梁120具有測量的高度hT可以基本與長軸線104垂直，而測量的寬度wT與長軸線104平行。在一個實施例中，寬度wT可以大于高度hT。例如，橫向梁120的寬度wT可以至少是橫向梁120的高度hT的兩倍。在一個進一步的實施例中，橫向梁120的寬度wT可以大于橫向梁120的高度hT的2-10倍，當然可以考慮更長的寬度wT。
[0068]橫向梁120的寬度wT可以使梁端部122的至少其中一端延伸至電樞50的周界52之外。梁端部122和電樞50周界52之間的差可以定義橫向梁120的懸垂部分124，其中，從電樞50向外懸臂支撐梁端部122。在這種結構中，橫向梁120可以至少在一個懸垂部分124區域內被激發到諧振的撓曲模式。就這一點而言，梁端部122可以包括激發反節點(未示出)，而且可以在梁端部122上呈現相對于橫向梁120的其他位置上的放大倍率增加的沖擊脈沖的放大倍率。
[0069]圖9是橫向梁120的進一步側視圖，其圖示了通常為矩形截面的橫向梁120。然而，可以提供包括正方形截面形狀或其他截面形狀的替代截面形狀的橫向梁120。圖9進一步圖示了所安裝的橫向梁120使參考軸線56穿過橫向梁120。然而，橫向梁120可以與參考軸線56偏移，這可以改變橫向梁120的一個或更多位置上的激發和放大倍率水平。所示受測樣品150和加速度計62被安裝在橫向梁120的一個側面上。然而，受測樣品150和加速度計62可以安裝在橫向梁120的其他面上，以便可以沿著不同軸線對受測樣品150進行沖擊測試。例如，當對安裝在梁端部122的側面上的受測樣品150進行沖擊測試之后，可以將受測樣品150安裝在梁端部122上的橫向梁120的上表面，并將另一個沖擊脈沖54施加到橫向梁120上。
[0070]參考圖10-13，其顯示了系統10的實施例，其中諧振梁102被配置為具有軸向梁110和被安裝在軸向梁110上的側向元件132的L-梁130。可以以圖2_5所示的軸向梁110相似的配置方式來配置軸向梁110。軸向梁110可以被安裝以使長軸線104的方向基本上與振動器40的參考軸線56平行。在所示的該實施例中，振動器40可以被樞轉以使參考軸線56的方向大約水平而不是如圖2-5所示的垂直。在水平方向上，軸向梁110的至少一部分由梁支撐件138支撐，其中梁支撐件138包括不可移動物體，優選具有較高的質量和剛性。例如，梁支撐件138可以被配置為大理石臺子。在軸向梁110和梁支撐件138之間可以選擇性地包括低摩擦劑層140以在沖擊脈沖54施加過程中促進軸向梁110的滑動。例如，低摩擦劑可以包括液壓油，當然可以使用任意低摩擦劑。[0071]側向元件132從軸向梁110向外延伸，而且可以具有固定端134和自由端136。固定端134可以被安裝在軸向梁110上。受測樣品150被安裝在自由端136上或或被安裝在自由端136和固定端134之間的任意位置上。側向元件132可以從軸向梁110向外延伸而且其方向相對于軸向梁110基本垂直。然而，側向元件132的方向可以不相對于軸向梁110垂直。受測樣品150可以被安裝在軸向援建132的任意一個側面。在施加沖擊脈沖54的過程中，加速度計62同樣地可以靠近受測樣品150被安裝在側向元件132上以測試加速度，其與基部106上測量的加速度比較從而確定放大倍率水平。
[0072]圖11是安裝在振動器40上的L-梁130的俯視圖。側向元件132可以被安裝與軸向梁110的自由端136相鄰或者被安裝在軸向梁110的其他位置上。此外，盡管所示側向元件132相對于參考軸線56基本位于中心，但側向元件132可以與參考軸線偏移，從而可以改變側向元件132的放大倍率。所示受測樣品150被安裝在方管側向元件132的一個側面上。然而，如上文所述，受測樣品150可以安裝在另一側以提供不同的放大倍率并受測樣品150中的響應。
[0073]所示側向元件132被配置為方管。有利的是，方管形狀可以便于將受測樣品150安裝在不同的相互垂直的方向上，以滿足在三個相互垂直的軸線中測試樣品的需求。在一個實施例中，方管可以具有twall的厚度和約4x4英尺的寬度wT，當然可以提供任意厚度twall和寬度wT的側向元件132。此外，可以提供替代的截面形狀、尺寸和結構的側向元件132以實現所需放大倍率水平。例如，側向元件132可被配置為一個基本上中空的方管。側向元件132具有的尺寸和結構可以使側向元件132在至少一個位置上具有測量的峰值加速度206大于基部106上的測量的峰值加速度206。加速度計62可以被安裝在靠近受測樣品的位置上的基部上和側向元件132上以測量沖擊脈沖54過程中的加速度。
[0074]圖12是振動器40的側視圖，其方向與參考軸線56是基本水平的。L-梁130的質量由梁支撐件138 (例如，大理石臺子)支撐，其具有位于軸向梁110和梁支撐件138之間的界面上的可選低摩擦劑。可以選擇側向元件132具有hL高度以在沖擊脈沖54過程中提供側向元件132的自由端136的所需位移量。施加到L-梁的沖擊脈沖54可以引起軸向梁110相對于梁支撐件138移動。L-梁130可以被激發到一個或更多諧振模式，包括在軸向梁110中的縱向模式和在側向元件132中的擾曲模式，并引起側向元件132輸出增加的放大倍率的沖擊。
[0075]圖13是系統10的前視圖，其圖示側向元件132相對于振動器40的參考軸線56(圖12)大致位于中心。然而，如上文所述，側向元件132可以與振動器40的參考軸線56偏移。偏移側向元件132可以改變側向元件中的沖擊脈沖的放大倍率。
[0076]在圖1-13所示和上述描述的實施例中，諧振梁102被優選地配置以使諧振梁102上的至少一個位置具有大于基部106上的測量的峰值加速度206的測量的峰值加速度206。例如，諧振梁102被優選地配置以使靠近諧振梁102的自由端136的至少一個位置具有的測量的峰值加速度206至少是基部106上的測量的峰值加速度206的兩倍。一個或更多加速度傳感器60或加速度計62可以提供諧振梁102上的峰值加速度的測量。例如，至少一個加速度計62可以被安裝在諧振梁102的基部106上。另一個加速度計62被安裝在靠近受測樣品150的位置上。自由端136上的加速度可以與基部106上測量的加速度相比較從而確定諧振梁102提供的放大倍率水平。[0077]可以使用受測樣品150的質量模型來執行放大的加速度的位置識別。質量模型152可以被安裝在與測量加速度響應的位置不同的位置上。質量模型152可以模擬受測樣品150的總質量及其質量分布。質量模型152可以提供用于在諧振梁102的不同位置上加速度的更精確識別的手段，而沒有損傷精密的和/或昂貴的實際受測樣品150的風險。在施加幅度過高的沖擊脈沖54到諧振梁102上的過測試狀態下會發生這種損傷風險。在諧振梁102上識別出具有期望的放大倍率水平的一個或更多位置之后，質量模型152可以從諧振梁102中移除并用實際待測組件替代(即，受測樣品)。受測樣品150會受到一個或更多沖擊脈沖54，而且可以評估故障或損傷的指示。
[0078]對于圖1-13所示的實施例中的任意一個，諧振梁102 (圖1)可以被配置以使至少一個位置呈現與期望的SRS208基本相等的模擬SRS218(圖15)。如上文所述，模擬SRS218可以根據在諧振梁102上的給定位置上測量的加速度來計算。在一個實施例中，諧振梁102可以被配置以使模擬SRS218在期望SRS208的指定的公差帶214 (圖15)內。例如，諧振梁102可以被配置以使模擬SRS218的絕對峰值加速度224(圖15)在期望的SRS208的拐點頻率216 (圖15)上的加速度的約+/-6dB的公差帶214內。拐點頻率216可定義為SRS圖中SRS曲線的斜率恒定或改變輕微的加速度值的位置。根據SRS所表示的結構或服務環境，拐點頻率216可以被定義為在測試位置上的煙火沖擊環境的主頻率。可以給期望SRS208提供的公差帶214在期望SRS208的頻率范圍內變化。例如，可以給期望SRS208提供頻率小于約3kHz的+/-3dB和頻率大約3kHz的+9/_6dB的公差帶214。可考慮其他公差帶和變型。
[0079]在一個實施例中，諧振梁102 (圖1)可以被配置以使諧振梁102上至少一個位置呈現模擬SRS218的絕對峰值加速度224 (圖15)約為500g。在一個進一步實施例中，模擬SRS218可以具有約20000g或更大的絕對峰值加速度224。此外，諧振梁102可以被配置以使模擬SRS218包括超過IOOkHz或更大的加速度數據。有利地是，振動器40 (圖1)和諧振梁102 (圖1)的組合提供的加速度響應可以精確模擬煙火事件的高頻率、高幅值瞬態沖擊。
[0080]就這一點而言，諧振梁102 (圖1)和振動器40 (圖1)的組合可以被配置以模擬至少一個包括遠場環境、中場環境和近場環境的煙火沖擊的環境類別。為了模擬遠場環境，有利的諧振梁102的尺寸和結構可以放大沖擊脈沖54 (圖1)以使對于諧振梁102上的至少一個位置，諧振梁102呈現具有達到約IOOOg的絕對加速度224 (圖15)的模擬SRS218(圖15)。對于遠場環境的模擬，頻譜可以包括達到IOkHz的加速度數據。在適于模擬遠場環境的諧振梁102的實施例中，軸向梁110 (圖2-5)可以適于產生密度比橫向梁120 (圖6-9)或L-梁(圖10-13)實施例產生的響應低的響應。優勢是，由于軸向梁110相對于橫向梁120或L-梁130實施例的剛性，其固有的剛性更高，軸向梁110實施例的模擬SRS218可以提供更受控的沖擊脈沖54響應。就這一點而言，軸向梁110的模擬SRS218可以具有更加平滑的曲線，該曲線緊跟期望SRS208的最小波峰與模擬SRS218的波谷的直線逼近。
[0081]為了模擬中場環境，諧振梁102 (圖1)的尺寸和結構可以放大沖擊脈沖54 (圖1)以使對于諧振梁102上的至少一個位置，諧振梁102呈現具有約IOOOg到5000g之間的絕對峰值加速度224 (圖15)的模擬SRS218 (圖15)。對于中場環境的模擬SRS218，頻譜還可以包含大于約IOkHz的加速度數據。在用于模擬煙火沖擊的中場環境的實施例中，諧振梁102的橫向梁120 (圖6-9)實施例較適合。[0082]為了模擬近場環境，諧振梁102 (圖1)的尺寸和結構可以放大沖擊脈沖(圖1)以使對于諧振梁102上的至少一個位置，諧振梁102呈現具有大于約5000g的絕對峰值加速度224 (圖15)。此外，近場環境的模擬SRS218可以包括大于約IOOkHz的頻譜分量。在模擬近場環境的實施例中，諧振梁102的L-梁(圖10-13)實施例可以有利地產生密度比軸向梁110或橫向梁120產生的響應更高的響應。此外，L-梁130的模擬SRS218的頻譜分量可以包括更大的變化(即，更多波峰和波谷)。頻譜的一部分會落在給定公差帶214的外側。
[0083]在圖1-13所示的任意實施例中，諧振梁102 (圖1)可以使用產生期望放大倍率的材料形成。諧振梁102的材料可以根據機械性能來選擇，例如剛性或彈性模量和/或泊松t匕，因為這些性能會影響諧振梁102的激發。在一個實施例中，可以使用鎂形成諧振梁102，因為鎂相對于其他高性能金屬，例如鋁，具有可比的高強度性能和低密度。就這一點而言，鎂形成的諧振梁102可以提供與鋁諧振梁質量相同但物理尺寸更大，從而使鎂諧振梁102可以具有更高的剛性。當與相同面積的鋁諧振梁102相比時，優勢在于更高剛性的鎂可以最小化高頻率沖擊的衰減。可以使用各種材料的任意一種來形成諧振梁，包括，但不限于，鎂、鋁、鋼、鈦、石墨環氧復合材料和任意其他金屬或非金屬材料或其組合。
[0084]圖14是目前公開的受到沖擊脈沖54 (圖1)的軸向梁110 (圖2_5)的實施例的加速度時間關系200的加速度(g) vs時間(毫秒)圖。軸向梁110的配置與圖2-5所示的配置相似。圖14中的加速度時間關系200呈現由來自振動器40的沖擊脈沖引起的測量的峰值加速度約為4722g。
[0085]圖15是以圖14的加速度時間關系200為基礎的模擬SRS218。模擬SRS218疊加在期望SRS208上，其具有的衰減率為5%，公差帶214的上限值為214a，下限值為214b。模擬SRS218的絕對峰值加速度224根據圖14的測量的峰值加速度206來計算。在圖15中，絕對峰值加速度224約為8970g。可看出，模擬SRS218基本上模擬期望SRS208。就這一點而言，模擬SRS218被嚴格控制，其由模擬SRS218保持在期望SRS208的公差帶224內來證明。此外，圖15中的絕對峰值加速度224有利地大約出現在期望SRS208的拐點頻率216上。就這一點而言，模擬SRS218示出了軸向梁110振動的第一模式有利地具有與期望SRS208的拐點頻率基本相同的頻率。
[0086]圖16是使用與圖14的圖中所示相同的振動器40 (圖1)和軸向梁110結構受到相同沖擊脈沖54 (圖1)的軸向梁110 (圖2-5)的加速度時間關系200圖。可看出，圖16的加速度時間關系200基本與圖14中所示的加速度時間關系200相同。例如，圖16中的加速度時間關系200具有約4870g的測量的峰值加速度206，其大約對應于圖14中約4722g的測量的峰值加速度206。就這一點而言，圖14和圖16圖示了本發明的振動器40/諧振梁102配置提供的沖擊脈沖和加速度響應的控制和可重復性。
[0087]圖17是以圖16的加速度時間關系200為基礎的模擬SRS218。圖16的模擬SRS218疊加在期望SRS208上，而且圖示了沖擊脈沖(圖1)的相對嚴格控制，其由模擬SRS218大約等于期望SRS208來證明。例如，圖17中約9400g的絕對峰值加速度224大約對應于圖15中約8970g的絕對峰值加速度224，而且圖示了通過使用振動器40/諧振梁102 (圖1)組合對沖擊脈沖54的精確控制和沖擊脈沖54的可重復性。
[0088]圖18是在基部102 (圖2-5)上測量的軸向梁102 (圖2_5)的加速度時間關系200圖。如圖2-5所示，軸向梁110的基部106可以包括軸向梁110與電樞50的接口位置或被安裝在電樞50的位置。基部106上的加速度響應可以使用如圖2和圖4-5所示的加速度計62測量。在圖18中，基部106具有的測量的峰值加速度206約為1250g。
[0089]圖19是以圖18所示的基部106的加速度時間關系200為基礎的模擬SRS218。基部106上的模擬SRS218的絕對峰值加速度約為2951g。
[0090]圖20是在自由端136 (圖2-5)上測量的軸向梁110 (圖2_5)的加速度時間關系200圖。軸向梁110的自由端136與基部102 (圖2_5)相對放置。自由端136上的加速度響應可以使用加速度計(圖2)測量。在圖20中，自由端136具有的測量的峰值加速度206約為2784g，其放大倍率超過軸向梁110的基部106上的約為1250g的測量的峰值加速度206的兩倍。
[0091]圖21是以圖19所示的加速度時間關系200為基礎的模擬SRS218。模擬SRS218具有的絕對峰值加速度約為6140g，其與軸向梁110(圖2-5)的基部106上的約為2951g的絕對峰值加速度224比較，并進一步圖示軸向梁110的放大能力。圖21進一步圖示了沖擊脈沖54 (圖2-5)的相對嚴格控制，其由模擬SRS218除了超出相對窄帶1000Hz之外，基本上保持在期望SRS208的公差帶內來證明。當確定該頻率上的加速度對受測樣品的威脅很小時，這種相對窄帶內的超出是可接受的。此外，受測樣品150在軸向梁110的安裝位置是可以調節的，從而將模擬SRS218控制在公差帶14內。另外，瞬態信號波形可以被電子地調節，例如通過調整模擬濾波器16 (圖1)和/或數字濾波器以改變一個或更多頻率上的瞬態信號的副值，從而將基本上大部分的模擬SRS218的頻譜限制在公差帶14內。
[0092]圖22是與圖10-13中所示的諧振梁相似的諧振梁102 (圖1)的L-梁130 (圖10-13)實施例的加速度時間變化關系200圖。可以在L-梁130(圖10-13)的側向元件132上的位置上測量加速度時間關系200，例如，使用加速度計(圖10-13)。在圖22中，L-梁具有約13330g的測量的峰值加速度206，其對應于使用爆炸材料獲得的沖擊水平。
[0093]圖23是以圖22中所繪的L-梁130 (圖10_13)的加速度時間關系200為基礎的模擬SRS218。模擬SRS218具有約30880g的絕對峰值加速度，其與由爆炸物產生的沖擊水平是可比的。就這一點而言，所提供的圖23圖示了諧振梁102 (圖1)的能力從而模擬高密度煙火沖擊。也應該注意到圖23表示L-梁130調節之前的L-梁130 (圖10-13)測試夾具或電子測試設備的放大能力，從而將模擬SRS218限定在整個頻譜的公差帶14內。就這一點而言，受測樣品150在L-梁130 (圖10-13)上的物理位置可以被調節或者瞬態信號波形可以被調節以將頻譜的實質部分或模擬SRS218的整個頻譜限定在公差帶14內。
[0094]圖24是配置與圖10-13中所示的L-梁130配置相似的L-梁130 (圖10-13)實施例的加速度時間關系200的附加圖。在L-梁130的側向元件132上測量的加速度時間關系200具有測量的峰值加速度206約為11146g。
[0095]圖25是以圖24的加速度時間關系200為基礎的模擬SRS218。模擬SRS218具有約50641g的絕對峰值加速度224，而且進一步圖示了諧振梁102 (圖1)產生高密度沖擊的能力。圖25還圖示了沖擊脈沖54的普遍嚴格控制，其由模擬SRS218在相對窄帶內的微小超出但大體上保持在期望SRS208的公差帶內來證明。就這一點而言，將認識到圖25圖示了在L-梁130調節測試設置之前L-梁130 (圖10-13)測試夾具的放大能力，從而將模擬SRS218的微小超出限制在公差帶14內。
[0096]圖26是流程圖，其圖示包括可以在用于模擬煙火沖擊的系統(圖1)中實施的一個或更多操作的方法300的實施例。該方法可以包括產生表示期望SRS208的瞬態信號波形的步驟302。瞬態信號波形可以由脈沖信號發生器12 (圖1)產生，而且可以具有期望幅值(例如，電壓)和持續時間(例如，毫秒)，以用在由振動器40 (圖1)產生的沖擊脈沖54 (圖1)中實現期望圖表。
[0097]方法300的步驟304可以包括放大信號波形，例如使用電功率放大器28 (圖1)。首先功率放大器28可以提供直流電給振動器40 (圖1)的勵磁線圈48 (圖1)以產生圍繞電樞50 (圖1)的磁場。功率放大器還可以放大瞬態信號波形并產生表不電樞50端的瞬態信號波形的交流電。
[0098]步驟306可以包括施加放大的信號波形到電動振動器40 (圖1)上。放大的信號波形為電樞50 (圖1)提供能量而且導致電樞沿著與參考軸線56 (圖1)基本平行的方向移動。諧振梁102可以被安裝在電樞50上，如圖1所示。
[0099]步驟308可以包括在振動器40 (圖1)上產生沖擊脈沖54 (圖1)以響應施加到振動器40的放大的信號波形。沖擊脈沖54由電樞50 (圖1)的往復運動產生從而響應在電樞50中流動的交流電。電樞50可以以對應于放大的信號波形的交流電頻率的頻率往復運動。
[0100]步驟310可以包括將沖擊脈沖54 (圖1)定向與參考軸線56 (圖1)基本平行的方向。就這一點而言，沖擊脈沖54的方向對應于電樞50 (圖1)的移動方向。如圖所不,振動器40可以被配置以使電樞50相對于勵磁線圈48 (圖1)軸向移動。諧振梁102 (圖1)被優選地與電樞50相連以使諧振梁102和電樞50至少在沖擊脈沖54持續時間過程中保持連續接觸。
[0101]步驟312可以包括將諧振梁102 (圖1)激發到至少一種諧振模式以響應沖擊脈沖54的產生。諧振模式可以包括縱向模式、彎曲模式或撓曲模式、扭轉模式或其他模式或其組合。激發模式可以由若干因數決定，包括但不限于，諧振梁102的結構和/或諧振梁102相對于振動器40 (圖1)的地方、方向和位置。
[0102]步驟314可以包括放大諧振梁102 (圖1)中的沖擊脈沖54 (圖1)以響應諧振梁102的激發。沖擊脈沖54可以被放大以使諧振梁102上的至少一個位置具有測量的峰值加速度206 (圖14)大于諧振梁102的基部106 (圖1)上測量的峰值加速度206。如上文所述，沖擊脈沖54可以在諧振梁102的反節點(未示出)的位置上被放大。
[0103]步驟316可以包括測量諧振梁102 (圖1)上的位置上的加速度以響應沖擊脈沖54 (圖1)以及識別沖擊脈沖54被放大的諧振梁102上的一個或更多位置。每個位置上的放大倍率水平可以被測量并與基部106 (圖1)上的測量的加速度比較。
[0104]步驟318可以包括計算每個測量位置上呈現的模擬SRS218 (圖15)。每個位置上的模擬SRS218可以根據該位置上測量的峰值加速度206計算。將每個位置上的模擬SRS218與期望SRS208 (圖15)比較。如上文所述，期望SRS208可以表示服務環境(例如，期望的或實際結構)對爆炸產生的煙火沖擊的響應。
[0105]步驟320可以包括調節一個或更多測試變量直到一個或更多諧振梁102 (圖1)位置被識別為具有沖擊脈沖54 (圖1)的期望放大倍率水平。就這一點而言，可以被識別的一個或更多位置上的模擬SRS218 (圖15)的絕對峰值加速度224 (圖15)基本上等于對應于期望SRS208 (圖15)的拐點頻率216 (圖15)的加速度。如上述提到的，期望SRS208的拐點頻率216可以對應響應于煙火沖擊的服務環境的主頻率。通過比較絕對峰值加速度和拐點頻率上的加速度，諧振梁102上的位置可以提供實際環境中樣品受到的煙火沖擊的相對接近的模擬。
[0106]可以被調整的測試變量可以包括諧振梁102 (圖1)上測量加速度的位置。如上文討論的，給定諧振梁102實施例的不同位置可以顯示不同的放大倍率水平。通過在諧振梁102的不同位置上安裝加速度計(圖1)、使諧振梁102受到沖擊脈沖54以及在每個位置上測量放大倍率直到確定具有期望放大倍率水平的位置，從而映射或測量諧振梁102。每個位置上的模擬SRS218 (圖15)還可以根據測量的加速度計算。識別模擬SRS218基本等于期望SRS208 (圖15)的位置。就這一點而言，可以識別模擬SRS218的絕對峰值加速度224(圖15)基本等于與期望SRS208的拐點頻率對應的加速度的位置。優選地，模擬SRS218的絕對峰值加速度在期望SRS208的指定公差帶214內。
[0107]測試變量還可以包括改變諧振梁102 (圖1)的配置，包括改變梁的形狀，梁的幾何結構和/或梁面積。就這一點而言，不同配置的諧振梁102可以被安裝在振動器40 (圖1)上以確定每個諧振梁102對沖擊脈沖54 (圖1)的響應。梁結構可以根據期望放大倍率水平和期望SRS218 (圖15)的質量來選擇。SRS的質量可以包括模擬SRS218與期望SRS208(圖15)的標稱直線的偏差幅值以及模擬SRS218 (圖15)的頻譜的實質部分是否在指定公差帶214內(圖15)。測試變量還可以包括改變形成諧振梁102的材料。就這一點而言，材料可以根據拉伸模量、剪切模量、泊松比或其他機械性能選擇。
[0108]瞬態信號波形可以被調整以最小化模擬SRS218(圖15)的絕對峰值加速度224(圖15)和拐點頻率216 (圖15)的加速度之間的差值。例如，通過調節電功率放大器28 (圖1)可以調節瞬態信號波形的放大倍率水平。還可以調節信號調節裝置14 (圖1)以控制提供給信號發生器12 (圖1)的瞬態信號波形。例如，可以調節模擬濾波器16 (圖1)和/或數字濾波器18 (圖1)以改變瞬態信號在一個或更多頻率上的幅值，如下文所述。
[0109]上述提到的一個或更多測試變量可以被調節直到模擬SRS218在期望SRS208( 15)的指定公差帶內(例如，+/_6dB，+/-3dB, +9/-6dB等)。優選地，測試變量可以被調節直到模擬SRS218基本上等于期望SRS208的拐點頻率216 (圖15)的期望SRS208。測試變量可以被調節直到在諧振梁102 (圖1)上的至少一個位置上呈現具有絕對峰值加速度224基本等于期望SRS208的拐點頻率216的加速度的模擬SRS218。在一個實施例中，測試變量可以被調節直到在諧振梁102上的至少一個位置上呈現的模擬SRS218具有的絕對峰值加速度224大于預定幅值，即大于約5000g，大于20000g或更大。測試變量還可以調節以使諧振梁102上的至少一個位置呈現的模擬SRS218具有大于約IOOkHz的頻譜分量。
[0110]上述討論的測量諧振梁102 (圖1)的位置上的響應的步驟可以由安裝在諧振梁102的質量模型152 (圖1)在測試位置上執行。如原先所述，質量模型152可以具有的質量和質量分布基本上等于受測樣品150 (圖1)的質量和質量分布。在識別呈現期望響應的諧振梁102上的一個或更多位置后，可以用受測樣品150替代質量模型152。受測樣品150可以安裝在該位置上，而且會受到一系列沖擊脈沖54 (圖1)。可以在不同方向上連續測試受測樣品150直到在三個相互垂直(即，X, y, ζ)軸線上都測試了樣品。
[0111]就這一點而言，一個或更多三軸加速度計62 (圖1)可以被安裝在諧振梁102上或安裝在諧振梁102的支撐夾具154 (圖1)上。加速度計62優選地安裝在靠近受測樣品150的位置，而且可以放置在與受測樣品150非接觸的位置。然后根據測試目的，受測樣品會受到一個或更多沖擊脈沖。例如，在合格性測試中，受測樣品150在受測樣品150的每個軸線(B卩，x，y，z)的每個方向(即+/-)上受到三次沖擊，總共受到18次沖擊。對于飛行接受測試，受測樣品150在每個軸線的每個軸線(即，X，y, ζ)的每個方向(即+/_)上受到單次沖擊，總共受到6次沖擊。在每次沖擊或一系列沖擊之后，可以估計受測樣品150的損傷和/或故障。
[0112]本發明所屬【技術領域】中的技術人員在受到上述說明書和附圖中提出的教導的幫助下將會想到本發明的許多修改和其他實施例。本文所述實施例旨在說明而不是旨在限制或窮盡。雖然本文使用了特定術語，但僅是使用一般性和描述性含義，而非限制性目的。
【權利要求】
1.一種用于模擬具有期望沖擊響應頻譜即SRS(208)的煙火沖擊的系統(10)，其包括: 電功率放大器(28)，其被配置為放大表示所述期望SRS (208)的瞬態信號波形； 振動器(40)，其被配置為響應于所述放大的信號波形而產生沖擊脈沖(54);和 諧振梁(102)，其被安裝在所述振動器上，并且被配置為放大所述沖擊脈沖。
2.根據權利要求1所述的系統(10)，其中: 所述期望SRS (208)具有拐點頻率(216)和對應于所述拐點頻率(216)的加速度；并且所述諧振梁(102)被配置以使所述諧振梁上的至少一個位置呈現的模擬SRS (218)具有基本上等于對應于所述拐點頻率(216)的所述加速度的絕對峰值加速度。
3.根據權利要求1所述的系統(10)，其中: 所述振動器(40)具有參考軸線(56)； 所述沖擊脈沖(54)沿著基本上平行于所述參考軸線(56)的方向定向；并且所述諧振梁(102)包括軸向梁(110)，其具有方向與所述參考軸線(56)基本平行的長軸線(104)，所述軸向梁(110)具有平行于所述長軸線(104)測量的高度hA和垂直于所述長軸線(104)的測量的寬度wA，而且所述高度hA大于所述寬度wA。
4.根據權利要求1所述的系統(10)，其中: 所述振動器(40)具有參考軸線(56)； 所述沖擊脈沖主要沿著與所述參考軸線(56)平行的方向定向；并且所述諧振梁(102)包括橫向梁(120)，其具有方向基本上垂直于所述參考軸線(56)的長軸線(104)。
5.根據權利要求4所述的系統(10)，其中: 所述振動器具有電樞(50)，其具有周界； 所述橫向梁(120)具有相對的梁端部(122);并且 所述橫向梁(120)具有垂直于所述長軸線(104)測量的高度hT和平行于所述長軸線(104)測量的寬度wT ;并且 所述寬度wT大于所述高度hT，所述寬度wT使至少一個梁端部(122)延伸到所述電樞(50)周界之外。
6.根據權利要求1所述的系統(10)，其中: 所述振動器(40)具有參考軸線(56)，所述振動器(40)被定向以使所述參考軸線(56)大約水平； 所述諧振梁(102)包括L-梁(130)，所述L-梁包括: 軸向梁(110)，其被安裝在所述振動器(40)上，并具有方向基本上與所述參考軸線(56)平行的長軸線(104)，所述軸向梁(140)可滑動地被支撐在梁支撐件上(138);和 側向元件(132)，其從所述軸向梁向外側向地延伸。
7.一種模擬具有期望沖擊響應頻譜即SRS (208)的煙火沖擊的方法，其包括的步驟如下: 使用振動器(40)產生沖擊脈沖(54)，所述振動器(40)上安裝有諧振梁(102)； 響應于所述沖擊脈沖而激發所述諧振梁(102);以及 響應于所述諧振梁(102)的激發，而在所述諧振梁的至少一個位置上放大所述沖擊脈沖(54)。
8.根據權利要求7所述的方法，其中所述煙火沖擊具有期望沖擊響應頻譜即SRS(208)，放大所述沖擊脈沖(54)的步驟包括: 放大所述沖擊脈沖(54)以使諧振梁(102)上至少一個位置呈現的模擬SRS (218)基本上等于所述期望SRS (208)。
9.根據權利要求8所述的方法，其中所述期望SRS(208)具有拐點頻率(216)和對應于所述拐點頻率(216)的加速度，放大所述沖擊脈沖的所述步驟包括: 放大所述沖擊脈沖(54)以使所述模擬SRS (218)具有的絕對峰值加速度基本上等于對應于所述乖點頻率(216)的所述加速度。
10.根據權利要求7所述的方法，其中放大所述沖擊脈沖(54)的所述步驟包括: 放大所述沖擊脈沖(54)以使所述諧振梁(102)上的至少一個位置呈現的模擬SRS(218)具有的絕對峰值加速度大于約5000g。
11.根據權利要求7所述的方法，其中放大所述沖擊脈沖(54)的所述步驟包括: 放大所述沖擊脈沖(54)以使所述諧振梁(102)上的至少一個位置呈現的模擬SRS(218)具有的絕對峰值加速度大于約20000g。
12.根據權利要求7所述的方法，其中放大所述沖擊脈沖(54)的所述步驟包括: 放大所述沖擊脈沖(54)以使所述諧振梁(102)上的至少一個位置呈現的模擬SRS`(218)具有的加速度響應大于約100kHz。
13.根據權利要求7所述的系統，其進一步包括以下步驟: 沿著所述振動器(40)的參考軸線(56)定向所述沖擊脈沖(54);以及將所述諧振梁(102)配置為軸向梁(110)，其具有的長軸線定向為基本上平行于所述參考軸線(56)。
14.根據權利要求7所述的方法，其進一步包括以下步驟: 沿著所述振動器(40)的參考軸線(56)定向所述沖擊脈沖；以及將所述諧振梁(102)配置為橫向梁，其具有的長軸線(104)定向為基本上垂直于所述參考軸線(56)。
15.根據權利要求7所述的方法，其中: 沿著所述振動器(40)的參考軸線定向所述沖擊脈沖(54);以及 將所述諧振梁(102)配置為L-梁(130)，所述L-梁包括: 軸向梁(110)，其被安裝在所述振動器(40)上，而且具有的長軸線定向為基本上平行于所述參考軸線(54);和 側向元件(132)，其從所述軸向梁(110)向外側向延伸。
【文檔編號】G01N3/30GK103492850SQ201280019499
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2012年3月7日 優先權日:2011年4月21日
【發明者】C·C·李, C·M·特宏, M·E·韋斯特, R·R·小斯瓏娜 申請人:波音公司