组合式锰铜压力测量计、采用其的测定装置及其制备方法与流程

本发明涉及测量领域，尤其是测量装置领域，具体为一种组合式锰铜压力测量计、采用其的测定装置及其制备方法。本发明作为一种新的、组合式压力计，其能够实现对测量中不同冲击波运动位置的多点状态测定，具有较好的应用前景。

背景技术：

炸药的冲击起爆一直是爆轰学领域非常令人关注的研究课题，其主要研究炸药中传播的冲击波逐步发展，并转化为爆轰波的过程。炸药在生产加工、贮存、运输及使用过程中发生的误爆，也与炸药的冲击起爆密切相关。研究炸药的冲击起爆过程对于研究其起爆机理、安全性能，均有非常重要的意义；同时，对炸药的应用，包括各类武器弹药的发展，也具有重要的实际意义。

为了获得更丰富、更准确、更可靠的试验数据，国内外许多学者对炸药冲击起爆试验方法进行了大量、深入的研究。测量方法从电探针、石英计、高速摄影技术，到锰铜压力计、电磁粒子速度计的应用，测试精度和时间分辨率越来越高，测试数据也趋于更丰富。

当前，锰铜压力计是一种应用于炸药冲击起爆实验较为广泛的设备。然而，现有的锰铜压力计由于是单计，所以每发试验只能获得一个数据点；为了获得受试炸药的冲击起爆性能，需要进行多发试验，试验成本较高。

因此，迫切需要一种新的装置或设备，以解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的发明目的在于：针对目前现有的锰铜压力计只能实现单点测定，每发试验只能获得一个数据点，在进行受试炸药的冲击起爆性能测试时，需要进行多发试验，试验成本较高的问题，提供一种组合式锰铜压力测量计、采用其的测定装置及其制备方法。本发明提供一种小型高幅值压力测量技术，其通过冲击波过后物质的压力状态的测量表征冲击波状态，能够用于研究炸药冲击起爆过程，且能在单发实验中测量不同冲击波运动位置多点的压力状态等特性。同时，本发明制备的组合式压力计具有体积小、响应灵敏、测量压力高、成本低等优点，具有较高的应用价值和应用前景，对于受试炸药起爆性能的研究具有重要的意义。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种组合式锰铜压力测量计，包括聚四氟乙烯层、氟化乙丙烯层、组合压力测量片，所述组合压力测量片由至少两个锰铜测量片组成，所述锰铜测量片上分别设置有电源线引脚、信号线引脚，所述锰铜测量片并列设置且互不相连，所述锰铜测量片设置在聚四氟乙烯层内，所述氟化乙丙烯层为两组且分别设置在聚四氟乙烯层外侧，所述聚四氟乙烯层、氟化乙丙烯层构成封装材料层。

所述组合压力测量片由两至十个锰铜测量片组成。

所述锰铜测量片的阻值相同且阻值为1~500Ω。

所述锰铜测量片的阻值为30~50Ω。

采用前述组合式锰铜压力测量计的测定装置，包括下端面炸药层、上端面炸药层、组合式锰铜压力测量计，所述下端面炸药层沿竖直方向的剖面呈直角三角形，所述组合式锰铜压力测量计设置在下端面炸药层的斜面上，所述上端面炸药层沿竖直方向的剖面呈倒直角三角形且上端面炸药层与下端面炸药层相配合。

前述组合式锰铜压力测量计的制备方法，包括如下步骤：

（1）根据阻抗匹配，确定组合压力测量片中单个锰铜测量片敏感段的阻值，根据锰铜测量片的阻值、长度设计相应锰铜测量片的宽度，完成组合压力测量片的设计；

（2）将平整干净的锰铜箔放入激光雕刻机进行雕刻，制备出组合压力测量片；

（3）在真空条件下，将氟化乙丙烯熔融后，再在外压下将组合压力测量片设置于氟化乙丙烯内，然后将氟化乙丙烯的外层与聚四氟乙烯层粘结在一起，实现组合式锰铜压力测量计在无粘结剂条件下的封装，从而在组合压力测量片上形成氟化乙丙烯层，并在氟化乙丙烯层上形成聚四氟乙烯层，封装完成后，自然冷却，即得产品。

所述步骤3中，真空度为0.1~100Pa。

针对前述问题，本发明提供一种组合式锰铜压力测量计、采用其的测定装置及其制备方法。在一个具体实例中，该组合式锰铜压力测量计采用如下步骤制成。首先，为了保证压力计与电缆之间有良好的阻抗匹配，防止出现电缆的始、终端出现反射干扰，将组合式压力计中每个敏感段的阻值设计成50Ω，然后根据阻值、每个敏感段的长度设计相应的宽度，采用绘图软件（如AutoCAD）将设计好的组合压力计绘图。然后，将10μm厚的锰铜箔进行平整并清洁干净，将设计图纸输入激光雕刻机，采用锰铜箔雕刻组合式压力计。其中，组合压力测量片由至少两个锰铜测量片组成，且锰铜测量片上分别设置有电源线引脚、信号线引脚。再在高温下，将组合压力计封装材料内层的氟化乙丙烯熔融，使之具有粘结作用；在压力作用下，使氟化乙丙烯内与雕刻完成的锰铜元件（即本发明的组合压力测量片）粘结，另一面粘结聚四氟乙烯，实现无粘结剂情况下的自我封装；封装要求在真空度小于一百帕条件下进行；封装压力计完成后，为避免热胀冷缩对组合压力计造成的危害，通过保压使封装完成的组合式压力计自然冷却，要求在封装过程中确保组合式压力计周围没有封入空气。在封装时，采用纯净水循环冷却系统使热压机隔热板以外的温度不超过50℃，以减小对热压机其他元器件的高温危害。该实例中，制作完成的组合式压力计的厚度大约为110μm。

本发明中，该组合式锰铜压力测量计包括聚四氟乙烯层、氟化乙丙烯层、组合压力测量片，组合压力测量片由至少两个锰铜测量片组成，锰铜测量片上分别设置有电源线引脚、信号线引脚，锰铜测量片并列设置且互不相连。锰铜测量片组成的组合压力测量片设置在聚四氟乙烯层内，氟化乙丙烯层为两组且分别设置在聚四氟乙烯层外侧，聚四氟乙烯层、氟化乙丙烯层构成封装材料层。作为优选，组合压力测量片由三至六个锰铜测量片组成。

传统锰铜压力计为单计设计，本发明制备的压力计为组合式压力计，通过将多个锰铜测量片进行组合，并封装成为一个整体，从而使得本发明的组合式锰铜压力测量计能在一发冲击起爆试验中，即可获得冲击波发展不同距离处的压力剖面，有效节约试验成本，消除不同发试验之间的加工、安装误差。

同时，为了保证压力计与电缆之间有良好的阻抗匹配，防止出现电缆的始、终端出现反射干扰，本发明将组合式压力计中每个敏感段的阻值设计成相同阻值，并根据阻值、每个敏感段的长度设计相应的宽度，并将设计图纸输入激光雕刻机进行雕刻，制作出高精度的锰铜测量片。另外，为避免热胀冷缩对组合压力计造成的危害，本发明将通过保压使封装完成的组合式压力计自然冷却。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：1）在一发试验中，能测量不同冲击波运动位置处的多点压力状态，实现多点测量；2）本发明的测量精度高，测量数据重复性好，压力测量误差不大于7%，具有极高的测定精度；3）本发明在0.9GPa~9.6 GPa的测量压力范围内，计的响应时间小于200ns，灵敏度高；4）本发明的组合式锰铜压力测量计的体积小巧，厚度能控制在110μm，测量部分的平面尺寸小于20×25mm²，计的总体尺寸小于50×60mm²；5）实验成本低，通过一发试验即可获得不同冲击波运动位置处的压力剖面。

综上所述，本发明首次设计出具有多个锰铜测量片的组合压力测量片，并通过采用激光雕刻技术、热压封装技术、绝缘封装设计，成功的实现了组合式、体积小、成本低、精度相对较高的组合式锰铜压力计的制备。本发明对于受试炸药的冲击起爆性能测试，具有重要的应用价值，值得大规模推广和应用。

附图说明

本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：

图1为本发明中组合式锰铜压力测量计的结构示意图。

图2为图1的A-A向剖视图。

图3为实施例1中测定装置的结构示意图。

图4为图3的B-B向剖视图。

图5为实施例1中组合式压力计获得的压力剖面信号图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

实施例1

本实施例中，组合式锰铜压力测量计采用如下步骤制备而成。

（1） 首先根据阻抗匹配，确定组合式压力计中每个敏感段的阻值为50Ω，然后根据阻值、每个敏感段的长度设计相应的宽度，采用AutoCAD将设计好的组合压力计绘图。本实施例中，采用五个锰铜测量片并列设置。

（2） 将10μm厚的锰铜箔进行平整并清洁干净，将设计图纸输入激光雕刻机，采用锰铜箔雕刻组合式压力计。雕刻完成的结构，如图1所示；其中，1a/1b、2a/2b、3a/3b、4a/4b、5a/5b是组合式压力计上每个单计的电源线引脚，用以接入电流源的正负极；1c/1d、2c/2d、3c/3d、4c/4d、5c/5d是组合式压力计上每个单计的信号线引脚，用以连接电缆接入示波器。

（3） 在高温下，将组合压力计封装材料内层的氟化乙丙烯熔融，使之具有粘结作用，在压力作用下，使其一面与雕刻完成的锰铜元件粘结，另一面粘结聚四氟乙烯，实现无粘结剂情况下的自我封装，封装要求在真空度小于一百帕条件下进行。同时，采用纯净水循环冷却系统使隔热板以外的温度不超过50℃，减小对热压机其他元器件的高温危害。封装压力计完成后，为避免热胀冷缩对组合压力计造成的危害，通过保压使封装完成的组合式压力计自然冷却，要求在封装过程中确保组合式压力计周围没有封入空气，组合式锰铜压力计完成后的结构如图2所示。

（4） 将下端面炸药层、上端面炸药层、组合式锰铜压力测量计共同组成测量装置；其中，下端面炸药层沿竖直方向的剖面呈直角三角形，组合式锰铜压力测量计设置在下端面炸药层的斜面上，上端面炸药层沿竖直方向的剖面呈倒直角三角形且上端面炸药层与下端面炸药层相配合。图3、图4给出了采用这种组合式锰铜压力计研究炸药冲击起爆性能时所采用的实验装置图。

首先，将受试炸药加工成图中显示的炸药A和炸药B的形状，然后将两块受试炸药、组合式锰铜压力计按图所示的方式进行安装。将组合式锰铜压力计与电流源和信号电缆连接，当向受试炸药中传入如图所示的平面冲击波时，就可以通过组合式锰铜压力记录冲击波运动不同距离处的压力剖面。

图5给出了采用本发明的组合式压力计研究JBO-9021炸药在6.7GPa初始冲击压力下的冲击起爆性能时获得的冲击波运动不同距离时的压力剖面。图5中，从左至右依次为1~5号样品。实验结果能够看出，随着冲击波子在受试炸药中运动距离的增加，炸药中的压力不断上升，直到冲击波达到4~5#锰铜计时，JBO-9021炸药实现爆轰。JBO-9021炸药在6.7GPa初始冲击压力下的冲击转爆轰距离为8~9mm。根据获得的数据可进一步获得受试炸药的Pop关系和化学反应率方程参数。

实施例2

本实施例中，组合式锰铜压力测量计采用如下步骤制备而成。

（1） 首先根据阻抗匹配，确定组合式压力计中每个敏感段的阻值为60Ω，然后根据阻值、每个敏感段的长度设计相应的宽度，采用AutoCAD将设计好的组合压力计绘图。本实施例中，采用六个锰铜测量片并列设置。

（2） 将10μm厚的锰铜箔进行平整并清洁干净，将设计图纸输入激光雕刻机，采用锰铜箔雕刻组合式压力计。其中，单个锰铜测量片的两端分别设置有电源线引脚，用以接入电流源的正负极；单个锰铜测量片的两端还设置有信号线引脚，用以连接电缆接入示波器。

（3） 在高温下，将组合压力计封装材料内层的氟化乙丙烯熔融，使之具有粘结作用，在压力作用下，使其一面与雕刻完成的锰铜元件粘结，另一面粘结聚四氟乙烯，实现无粘结剂情况下的自我封装，封装要求在真空度小于一百帕条件下进行。同时，采用纯净水循环冷却系统使隔热板以外的温度不超过50℃，减小对热压机其他元器件的高温危害。封装压力计完成后，为避免热胀冷缩对组合压力计造成的危害，通过保压使封装完成的组合式压力计自然冷却，要求在封装过程中确保组合式压力计周围没有封入空气。

（4）分别将受试炸药加工成下端面炸药层、上端面炸药层，下端面炸药层、上端面炸药层沿竖直方向的剖面分别呈直角三角形。组装时，依次从下至上设置下端面炸药层、组合式锰铜压力测量计、上端面炸药层，下端面炸药层倒置设置且与上端面炸药层相配合，得到测定装置。

将该测定装置对受试炸药进行测试，其在0.9GPa~9.6 GPa的测量压力范围内，计的响应时间在50~100ns范围内，灵敏度高。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。