一种分离压杆式压力传感器的制造方法
【专利摘要】本发明公开了一种分离压杆式压力传感器，包括螺纹连接头、支撑筒、顶帽、压杆以及应变测量元件，所述的压杆由入射压杆和透射压杆构成，螺纹连接头的前端设置有压紧螺钉和密封体，支撑筒一端旋入螺纹连接头，另一端与顶帽通过螺纹连接，入射压杆前端面与螺纹连接头平齐，入射压杆穿过压紧螺钉、密封体的中部，后端设置在支撑筒内，透射压杆前端穿过顶帽，在支撑筒内与入射压杆后端紧密接触，在透射压杆后端的顶帽内依次设置缓冲压板、缓冲垫以及调节螺杆，调节螺杆与顶帽之间通过螺纹连接，所述的应变测量元件设置在入射压杆上靠近透射压杆的一端。本发明量程范围广、响应时间快，且测量时间不再受杆长的限制，并具有较强的抗电磁干扰能力。
【专利说明】一种分离压杆式压力传感器
【技术领域】
[0001] 本发明属于传感【技术领域】，特别是涉及一种分离压杆式动态高压传感器。
【背景技术】
[0002] 在近区爆炸冲击波防护研究、装甲及舰艇抗爆研究、爆炸发生装置、爆炸容器等研 制中，需要进行接触或近距离、封闭或半封闭条件下实施化学爆炸，这种情况下作用在结构 壁面的冲击波载荷参数是进行其结构动力响应分析、安全评估和工程设计的基础。获得准 确、可靠的结构壁面上作用载荷的时间历程及分布情况，对研究结构动力响应意义重大。
[0003] 压杆测压法最早是Hopkinson在1914年提出来的，其基本原理是已知压力作用在 一细长杆的一端，它在杆内引发一个沿杆传播的应力波，在杆的某处黏贴敏感兀件对此应 力波进行测量，记录下它随时间的变化，即可得到作用在杆端部的压力信号。因压杆具有一 定的长度，敏感元件可设计在离开压杆头部的一定位置，这样就可以避开爆炸火焰以及高 温的直接作用，因此压杆压力传感器已被证明是一种原理简单、量程范围广、响应时间快、 成本低、特别适合近区爆炸冲击波载荷测量的方法。但是，常用的压杆压力传感器也存在两 个缺点：（1)假设压杆的长度为￡，敏感元件位于距离压杆尾端面4处，尾端自由面反射应 力脉冲传播到敏感元件时，反射脉冲就会与入射脉冲叠加，测量波形失真。因此，压杆的有 效测量时间为^ = ，其中为杆中的应力波速度。如果要增加有效测量时间，就需增 加压杆的长度，而长压杆的加工及安装支撑要求较高。（2)火药爆炸过程中会伴随着强烈的 电磁干扰，目前的压杆压力传感器常用的敏感元件有压电晶体、电阻应变片等，其抗电磁干 扰能力均不强，爆炸产生的电磁干扰信号容易通过细长杆上的敏感元件以及引线耦合进测 试系统，导致测试信号严重失真。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种分离压杆式压力传感器，其不仅量程范围广、响应时间 快，且测量时间不再受杆长的限制，并具有较强的抗电磁干扰能力。
[0005] 为了实现上述技术目的，本发明采用的技术方案是，所述的分离压杆式压力传感 器，包括螺纹连接头、支撑筒、顶帽、压杆以及应变测量元件，所述的压杆由入射压杆和透射 压杆构成，螺纹连接头的前端设置有压紧螺钉和密封体，支撑筒一端旋入螺纹连接头，另一 端与顶帽通过螺纹连接，入射压杆前端面与螺纹连接头平齐，入射压杆穿过压紧螺钉、密封 体的中部，后端设置在支撑筒内，透射压杆前端穿过顶帽，在支撑筒内与入射压杆后端紧密 接触，在透射压杆后端的顶帽内依次设置缓冲压板、缓冲垫以及调节螺杆，调节螺杆与顶帽 之间通过螺纹连接，通过控制调节螺杆的旋入深度调节入射压杆前端面与螺纹连接头前端 平齐作为感压面，所述的应变测量元件设置在入射压杆上靠近透射压杆的一端。
[0006] 所述的支撑筒前端和后端分别设置有0型圈。
[0007] 所述的密封体为铅块，用于传感器校准和使用时的密封。
[0008] 所述的应变测量元件为光纤光栅。
[0009] 本发明的技术效果在于，采用紧密接触的入射压杆和透射压杆代替传统的单根压 杆，使得传感器的测量时间不再受杆长的限制，传感器整体尺寸小型化，安装使用比较方 便；采用抗电磁干扰的光纤光栅作为敏感元件测试压杆中的应力波，不仅灵敏度高，测试过 程也不受电磁干扰的影响，使得传感器的测试精度较高；采用屈服极限大于IOOOMPa的高 强度合金钢制作入射压杆和透射压杆，并经适当的调质热处理和合理的长径比设计，使得 传感器可测量大于1000 MPa的压力信号，同时具有小于10 μ s的快速响应时间。综上所述， 本发明的传感器为获得准确、可靠的结构壁面上作用载荷的时间历程及分布情况提供了一 种简单、可靠、高精度的测试方法，对防护工程、武器毁伤效应评估等领域研究结构动力响 应意义重大。
【专利附图】
【附图说明】
[0010] 图1为本发明的结构示意图。
[0011] 图2为分离式压杆测压原理示意图。
[0012] 图中：1、压紧螺钉，2、密封体，3、螺纹连接头，4、支撑筒，5、入射压杆，6、光纤光栅， 7、透射压杆，8、0型圈，9、顶帽，10、缓冲压板，11、缓冲垫，12、调节螺杆，13、应变测量元件， 14、缓冲杆。
【具体实施方式】
[0013] 结合附图，进一步说明本发明的具体实施例。
[0014] 如图1所示：本发明所述的分离压杆式压力传感器，由压紧螺钉1、密封体2、螺纹 连接头3、支撑筒4、入射压杆5、光纤光栅6、透射压杆7、0型圈8、顶帽9、缓冲压板10、缓 冲垫11、调节螺杆12组成，压紧螺钉1和密封体2置于螺纹连接头3的前端，入射压杆5从 这三者中间穿过，支撑筒4 一端旋入螺纹连接头3,另一端与顶帽9通过螺纹连接，将透射压 杆7穿过顶帽9和支撑筒4与入射压杆5 -端紧密接触，在顶帽9内透射压杆7的另一端 依次放入缓冲压板10、缓冲垫11、调节螺杆12,调节螺杆12与顶帽9之间通过螺纹连接，控 制调节螺杆12的旋入深度调节入射压杆5远离透射压杆7的那一端面与螺纹连接头3前 端平齐作为感压面，本发明实施例中的应变测量元件采用的是光纤光栅6,其黏贴于入射压 杆5上靠近透射压杆7的一端。螺纹连接头3主要用于传感器测量使用时与被测体的连接 安装，并在连接头上设置环形槽，环形槽可放置紫铜垫圈用于连接头与被测体的密封；支撑 筒4主要起对压杆的支撑和运动导向的作用，其与压杆之间通过0型圈8的作用保持一定 的气隙；密封体2用于传感器校准和使用时的密封；缓冲压板10和缓冲垫11用于对透射压 杆7的缓冲。
[0015] 该分离压杆式压力器采用分离压杆的技术原理如下： 如图2所示，分离式压杆是将一根细长杆分成两段，即由一根杆变为两根杆，将其中与 压力接触的杆称为入射压杆，第二根杆称为透射压杆。入射压杆自由端面与透射压杆端面 平行接触，即两个平面上所有点都同时接触。当应力波到达两杆的界面时，由于波在界面处 的反射和透射，产生两个传播方向相反的弹性压缩波，一个反射回入射压杆，另一个传入透 射压杆，设在界面上的反射系数为為，透射系数为T1,根据弹性波理论和界面两侧粒子速度 相等以及力平衡原理，可导出
【权利要求】
1. 一种分离压杆式压力传感器，包括螺纹连接头、支撑筒、顶帽、压杆以及应变测量元 件，其特征是：所述的压杆由入射压杆和透射压杆构成，螺纹连接头的前端设置有压紧螺钉 和密封体，支撑筒一端旋入螺纹连接头，另一端与顶帽通过螺纹连接，入射压杆前端面与螺 纹连接头平齐，入射压杆穿过压紧螺钉、密封体的中部，后端设置在支撑筒内，透射压杆前 端穿过顶帽，在支撑筒内与入射压杆后端紧密接触，在透射压杆后端的顶帽内依次设置缓 冲压板、缓冲垫以及调节螺杆，调节螺杆与顶帽之间通过螺纹连接，通过控制调节螺杆的旋 入深度调节入射压杆前端面与螺纹连接头前端平齐作为感压面，所述的应变测量元件设置 在入射压杆上靠近透射压杆的一端。
2. 根据权利要求1所述的分离压杆式压力传感器，其特征是：所述的支撑筒前端和后 端分别设置有〇型圈。
3. 根据权利要求1所述的分离压杆式压力传感器，其特征是：所述的密封体为铅块，用 于传感器校准和使用时的密封。
4. 根据权利要求1所述的分离压杆式压力传感器，其特征是：所述的应变测量元件为 光纤光栅。
【文档编号】G01L1/22GK104316236SQ201410615857
【公开日】2015年1月28日 申请日期:2014年11月5日 优先权日:2014年11月5日
【发明者】余尚江, 周会娟, 郭士旭, 陈晋央, 杨吉祥, 贾超 申请人:中国人民解放军总参谋部工程兵科研三所