探究抗高過載的材料實(shí)驗(yàn)
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1高過載下的頻率漂移
有關(guān)文獻(xiàn)表明過載量在103gn～105gn時即可認(rèn)為是高過載環(huán)境。擬采用馬歇特錘擊實(shí)驗(yàn)來實(shí)現(xiàn)高過載環(huán)境。在實(shí)驗(yàn)前首先檢驗(yàn)馬歇特錘擊實(shí)驗(yàn)的過載量。
1．1馬歇特錘擊實(shí)驗(yàn)
過載量的檢測采用標(biāo)準(zhǔn)傳感器988來檢測馬歇特錘的過載量，其電壓靈敏度為ε=51．62μV/gn。在已標(biāo)定的馬歇特錘錘頭上固定一個標(biāo)準(zhǔn)傳感器988。檢測中，每次都將齒輪撥到第30個齒再釋放錘頭，以得到最大的過載量。開始反復(fù)錘擊，用示波器觀察988傳感器輸出的波形。每次錘擊后得到的曲線大致相似，其中一次988傳感器檢測到的馬歇特錘的過載曲線。此次捶擊實(shí)驗(yàn)最大過載時的電壓偏置為ΔU=1．84V，過載量H=εΔU，計(jì)算可得馬歇特錘在本次實(shí)驗(yàn)中的最大過載量為35645gn，在高過載范圍內(nèi)，可以被視為高過載環(huán)境。進(jìn)行10次錘擊實(shí)驗(yàn)，記錄傳感器電壓偏置并計(jì)算過載量，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表1所示。傳感器電壓偏置在1．5V～2V之間，過載量在29058gn～38745gn之間，都為高過載。馬歇特錘擊實(shí)驗(yàn)的過載量在高過載范圍內(nèi)，而且實(shí)驗(yàn)操作簡單，便于重復(fù)，可以用來檢驗(yàn)振蕩器在高過載下的頻率漂移。
1．2實(shí)驗(yàn)電路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)中硅振蕩器選擇
它是一款典型的可編程硅振蕩器，輸出頻率范圍為12．5kHz～6．67MHz，工作溫度為－40℃～85℃，滿足大多數(shù)應(yīng)用要求［7］。實(shí)驗(yàn)電路如圖2所示，其中電阻用來設(shè)置硅振蕩器的輸出頻率。本次實(shí)驗(yàn)取，pH=4，采用5V電池供電。由芯片資料查得振蕩器輸出頻率為500kHz。
1．3實(shí)驗(yàn)方法及結(jié)果
將10塊帶有LTC6909I型硅振蕩器的電路板分別編號(01～10)。先給電路板上電，用示波器觀察振蕩器的輸出波形，記錄輸出頻率，計(jì)算頻率絕對誤差。每個振蕩器測量10次。將10塊電路板都固定在已標(biāo)定的馬歇特錘的錘頭上，給電路板上電，開始錘擊實(shí)驗(yàn)。反復(fù)對電路板進(jìn)行錘擊，每錘完一次用示波器采集一次振蕩器波形，檢驗(yàn)其是否正常工作，記錄輸出頻率，計(jì)算頻率絕對誤差。錘擊100次后，10塊電路板上的振蕩器均未損壞，各振蕩器實(shí)驗(yàn)記錄情況大體一致。限于篇幅問題這里只列舉其中一個振蕩器(06號)的實(shí)驗(yàn)記錄。錘擊前振蕩器輸出的頻率及誤差，錘擊實(shí)驗(yàn)前10次及后10次記錄的輸出頻率及誤差如表3所示。由錘擊前后記錄的表格可以看出:LTC6909I型硅振蕩器在馬歇特錘擊實(shí)驗(yàn)前后輸出信號頻率并無明顯起伏。馬歇特錘擊實(shí)驗(yàn)后LTC6909I型硅振蕩器的輸出頻率在505kHz～508kHz之間，輸出頻率的絕對誤差在1．2%～1．5%之間，符合芯片資料中±2．5%的誤差范圍，為正常工作狀態(tài)。實(shí)驗(yàn)表明:LTC6909I型硅振蕩器輸出的頻率不受高過載實(shí)驗(yàn)的影響，高過載實(shí)驗(yàn)不會使LTC6909I型硅振蕩器產(chǎn)生頻率漂移。
2炮擊實(shí)驗(yàn)及結(jié)果
2．1實(shí)驗(yàn)條件及過程
實(shí)驗(yàn)中的炮彈選用130#榴彈炮，侵徹距離為100m，侵徹靶體用混凝土靶(水泥穩(wěn)定級配集料，21天養(yǎng)護(hù)期齡，抗壓試驗(yàn)測試結(jié)果為4．5MPa)。實(shí)驗(yàn)前，在榴彈炮中裝入高沖擊測試記錄器，用來記錄炮擊實(shí)驗(yàn)中的過載量。炮擊實(shí)驗(yàn)前首先給01～10號電路板通電，用示波器測量每個硅振蕩器的輸出信號，輸出波形均正常，06號硅振蕩器炮擊實(shí)驗(yàn)前輸出波形。將10塊電路板均固定于榴彈炮中，給電路板上電。開始侵徹實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時炮彈出膛速度為910m/s。
2．2實(shí)驗(yàn)結(jié)果
炮擊實(shí)驗(yàn)后得到高沖擊測試記錄器中記錄的過載量，炮彈在膛內(nèi)時平均過載量為8000gn，過載量峰值為16000gn;炮彈撞擊混凝土靶后，著靶行程2．1m，峰值過載大于235510gn，平均過載值約19000gn。實(shí)驗(yàn)后，10塊電路板上的硅振蕩器均未發(fā)生損壞;用示波器測量各振蕩器輸出波形，波形正常，與實(shí)驗(yàn)前比沒有變化。實(shí)驗(yàn)后06號硅振蕩器輸出波形。
3結(jié)論
LTC6909I型硅振蕩器的輸出時鐘信號頻率不受高過載環(huán)境的影響，反復(fù)的高過載實(shí)驗(yàn)不會使其產(chǎn)生頻率漂移。硅振蕩器能夠承受高過載環(huán)境的考驗(yàn)，工程上可以替代石英晶體振蕩器為系統(tǒng)提供時鐘脈沖信號。
作者：趙冬青 趙杰 甄國涌 王強(qiáng) 陳倩 中北大學(xué)
