冲击和跌落测试中力传感器的选择-PCBPiezotronics.PDF

冲击和跌落测试中力传感器的选择 能量与力的关系： 根据能量守恒定律，U U T （被测设备）势能 P E 与动能 K E 的变化是相等的，即： P E = K E 针对跌落测试, m = 质量, h = 跌落高度, g = 重力加速度, v = 冲击速度, 则能量守恒等式为: 2 m g h = ½ m v 冲击速度 V 不受质量影响，在忽略空气阻力的前提下，速度可按下面等式近似计算 : v = √ 2 g h 冲击位移与力的关系： 根据能量定理冲击过程中的纯功等于平均力乘以冲击位移 ，可得到预估的力 2 2 W 纯 = ½ m v 终 - ½ m v 初 在跌落测试中，初速度为零，所以 2 W 纯 = ½ m v 终 如果假设冲击位移距离为 d ，则平均力F 可按照如下等式计算： F = W 纯/ d 但是在实际测试中，d 不是很容易确定，我们可以通过一个钢球落到钢板，塑料，或者泡沫等帮助理解；如下 表所以，针对不同材料的不同的冲击位移会对应不同的冲击力，条件： 4.5 公斤 的 UUT （被测设备）从 1 米的高 度自由下落： 运用能量和冲击位移来预估力的大小 材料 h (m) m (kg) v 终 (m/s) KE (J) d (m) F (lbs) F (N) 钢板 1 4.5 4.427 44.1 0.0001 99,137 441,000 塑料 1 4.5 4.427 44.1 0.1 99 441 泡沫 1 4.5 4.427 44.1 5 2 9 时间与力的关系： 另外，还可以利用力的脉宽 TP 和牛顿第二运动定律 F=ma 来近似计算冲击力。利用等式 v = √2gh 计算最终速 度，并确定和计算冲击加速度的值。 计算加速度需要依据力-时间曲线的脉冲宽度，需要根据不同的材料的来进行预估，就像预估冲击位移一样。 冲击加速度可根据脉宽时间内速度的变化的进行计算，即： a = dv/ dt = dv/ Tp 最大峰值冲击力出现在刚性碰撞的情况下，在这种情况下，完美的回弹是的初速度和终速度大小相等，方向 相反，这时可用如下等式计算： a = （v 初 - v 终 ）/TP = （2 * √2gh ）/TP 然后通过牛顿第二运动定律进行计算，即： F = ma=m （2 * √2gh ）/TP 脉宽会因为之前提到的冲击位移的不同而不同，越软的冲击表面具有更长的冲击脉宽，会引起更小的冲击力。 运用牛顿第二定律，针对三种不同材料的计算出的冲击力，如下表所示，条件： 4.5 公斤 的