图10 6 Hz 低通滤波加速度
图11 6 Hz 低通滤波加速度大图
2.4 数据截断处理
为了求得坠落试验的速度和位移,我们必须从图11 上截取一部分,对其进行积分得到速度。但对于截取哪部分,因为没有相关文献可以参考,文中对此进行了简单的研究。不论是速度还是加速度,数据截取都遵循零起零落,即速度或加速度须从零开始最终回到零。截取的加速度数据,起点均是从A 点开始,终点有B、C、D 等3 个点:B 点是制动加速度从最高点快速回归到零的那一点;C 点的确定原则参考类自由落体的震荡E 区加速度的振幅,在加速度达到最大值后,后面的震荡区振幅小于E 区振幅第一次穿过零轴的时刻;D 点为加速度基本趋零的点。截取点的数据如表2 所示。
图12 是AB、AC、AD 3 种截取方法积分的速度图的叠加(南宁地区重力加速度值采用9.801 5 m/s2)
图12 AB 、AC 、AD 截断速度叠加图
从图12 可以看出,AB、AC、AD 截断速度曲线是完全重叠的,只有截取的终点不一样。为了方便起见,选取AC 段数据进行处理。AB 段太短,不容易看清后面的震荡区域是否在零轴上下震荡;AD 段数据太多,处理起来不方便。
但从总体上看,这种数据处理流程还不是非常理想,图上虽然有零起零落点,但后面的震荡区明显有漂移,震荡区应该围绕零轴上下震荡才理想。
2.5 数据处理的原则
数据处理的原则就是要保证加速度和速度零起零落和零轴震荡。即刚开始是零,制动结束后在零轴上下震荡衰减,最后回到零位。
加速度传感器存在不可消除的零点漂移,会导致积分累积效应。而且漂移有2 种,一是不归零,即加速度为零时,加速度计输出不为零,另一种是零漂,零点会随记录时间的增长,漂移了原来的零位。通常,零漂会有一个趋势。这些都会导致积分的累积效应,产生很大的系统误差。
为了得到较为准确的处理结果,文中进行了三次调零处理,整体调零、局部调零和趋势消除。调零的主要原则是控制加速度和速度零起零落和零轴震荡,使最后得到的位移是恒定值。
2.6 数据处理结果
文中给出2 种处理数据方法所得到的结果,分别为采用6 Hz 滤波和未滤波,并对这2 种方法得到的结果进行比较。
图13 为6 Hz 滤波与原始加速度叠加图,这里的加速度已经经过了调零处理,积分一次就能得到速度。
图12 为6 Hz 滤波与未滤波所得到速度叠加图,大部分速度曲线的重叠度较好,只在最大速度时,局部未滤波的速度曲线有较大的波动。
图15 是6 Hz 滤波与未滤波所得到位移叠加图,大部分速度曲线重叠度较好,最大位移值误差0.75%,误差很小,说明采用6 Hz 滤波是可行的。