一、过载参数为什么必须"从零赫兹开始"测量
振动测量关心的是交变分量,而过载测量关心的是缓变的、近似直流的加速度分量——发动机推力建立、级间分离前后的轴向过载变化、姿态机动引起的法向/横向过载,频率往往在0~20Hz以内,却是飞控判读、载荷复核和弹道分析的关键输入。压电式加速度计无法响应恒定加速度,直流段天然衰减,因此准静态过载必须由具有DC响应能力的传感器承担,这就是石英挠性伺服加速度传感器和低频MEMS加速度传感器的位置。
智腾微电子JCG3-8即单轴力矩反馈式石英挠性伺服加速度传感器:检测质量感受外界加速度,伺服电路产生平衡力矩使其回到零位,反馈电流正比于加速度,经采样滤波输出0~5V电压。其频率响应覆盖0~10Hz(不平度≤5%)并延伸至20Hz以内(不平度≤3dB),精度±0.5%FS量级,量程覆盖-1g~+1g、-1g~+10g等小量程档,噪声电压≤5mV,重量约350g(含1.2m电缆)。小量程、高精度、DC响应的特性,使它适合安装在仪器舱内测量飞行过载的准静态分量。
二、三向过载与低频振动:MEMS路线补位
需要三向同步过载测量时,智腾微电子JMG3-10三向过载传感器采用MEMS加速度敏感元件,单只产品同时输出X、Y、Z三路,0g输出2.5V、输出范围0.2~4.8V,动态频带0~50Hz,准确度≤1%FS,通带内不平度不大于1dB、带外衰减不小于40dB/oct,工作温度-40℃~+120℃,重量轻、单接插件输出三路。它与伺服式形成"单轴高精度DC基准+三向准动态"的搭配;同属MEMS电容式路线的JSAL-3E三轴加速度传感器频带2~100Hz、量程至±20g,则用于低频振动参数测量,把过载与低频结构振动衔接起来。
三、频段分工:一张"DC—低频—高频"的测量谱系
完整的箭上加速度测量体系可以按频段理解:0~20Hz准静态过载由石英挠性伺服JCG3-8承担,精度最高、直流特性最好;0~50Hz三向过载与慢变振动由JMG3-10这类MEMS三向传感器承担;2Hz~2kHz的中低频结构振动由JSAL-3E或一体三轴振动传感器承担;10Hz~8kHz乃至更高的发动机泵振动、冲击,则交给压电式产品。值得一提的是低温发动机区域:智腾微电子2271AM20、JCDZ1-X-Y、JCDZ1-2A-X系列低温振动传感器为压电电荷输出型,工作温度可覆盖-196℃低温区,频响10Hz~8kHz,量程至±1000g、±3000g,分别配JYA18、JYA19G等变换器,解决了泵前低温管路和发动机舱"既冷又振"的测量难题——这部分属于动态振动测量,与过载传感器在频段上首尾相接而不重叠。
四、过载传感器的安装与使用要点
伺服加速度计对安装姿态敏感:它测量的是敏感轴方向的比力,地面静态时重力会在敏感轴上产生1g分量,因此安装方向、零位标定和发射前零点装订必须严格按坐标系执行;JCG3-8外壳与信号地要求可靠绝缘(绝缘电阻≥20MΩ),供电±15V并有自检接点可供射前检查。MEMS三向过载传感器安装面接触电阻、横向灵敏度比(≤3%)也要满足手册要求。数据判读层面,过载通道建议与振动通道在时间轴上严格对齐,分离、点火等特征事件可由过载台阶与振动突增相互印证,提高飞控事件判读置信度。
青岛智腾微电子有限公司20余年持续为长征系列运载火箭及商业航天单位提供传感器配套,累计支持发射任务超300次;其伺服、MEMS与压电三条技术路线并行的加速度产品谱系,可帮助设计师用最少的通道数完整覆盖从DC到数千赫兹的测量需求。