压电薄膜型水下爆炸压力传感器及其测量方法
【专利摘要】本发明属于水下爆炸测量器材领域，具体涉及用于水下爆炸压力测量的压电薄膜型传感器及测量方法。其传感器是将夹心式压电薄膜压力计放置在充满硅油的软管中，该软管两端由塑料塞密封，从上部塑料塞细通孔中引出延导线，并在所述软管的外壁面上缠绕柔韧细线；其测量方法是（1）利用配重将传感器悬挂在与水下爆炸药柱同一水平线上，在传感器上并联一电阻，使压电薄膜通过外延电极引线和电阻形成通电回路，在该回路上设置有示波器；（2）点燃爆炸物后记录电阻两端的电压信号；（3）根据电压信号计算得到压电薄膜产生的电荷量，并换算得到爆炸冲击波压力数值。本发明压电传感器能够直接测量水下爆炸的压力变化率，且测压范围大、便于加工、成本低廉。
【专利说明】压电薄膜型水下爆炸压力传感器及其测量方法
【技术领域】:
[0001]本发明属于水下爆炸测量器材领域，也涉及高聚物压电传感器的制作及其测量方法。
【背景技术】:
[0002]水下爆炸压力测量一直是研究含能材料爆轰性能的重要途径之一。目前，水下爆炸压力测量传感器中所用的敏感元件多为电气石、压电石英和压电陶瓷等，这类晶体型压电传感器在进行水下爆炸测量时，存在其敏感元件本身和水之间波阻抗失谐的问题。另外对于这类晶体型的压电敏感元件而言，当所测压力幅值较高时，晶体内部往往会因为压力过大而发生碎裂，即其测试的压力范围有待提高。对于应用较为成熟的电气石型水下爆炸压力传感器而言，压力测试范围往往在IOOMPa以内。锰铜计也曾被用于水下爆炸压力的测量实验，但是锰铜计记录的信号一般只持续几个微秒，水下爆炸冲击波作用时间随着与爆源距离的增大而增大，往往延续上百微秒，因此锰铜计难以获得较长时间的压力时程曲线。此外，在水下爆炸压力测量中，一方面由于传感器容易被雷管碎片和炸药爆轰产物损坏，另一方面电气石等敏感元件测压范围有限而导致炸药水下爆炸近距离压力测量的难以实现。因此，需要一种响应速度快、量程大、性价比高、可重复使用的水下爆炸压力传感器。
[0003]压电薄膜(PVDF)是一种新型高聚物薄膜，具有响应快、测压范围宽、耐冲击等特点，在爆炸、冲击压力测量方面已得到广泛应用。但是现有技术中尚未有利用PVDF压电薄膜制成类似水下爆炸压力传感器技术的报道。
【发明内容】
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[0004]本发明目的在于提供一种用于水下爆炸压力测量的压电薄膜(PVDF)型传感器测试装置及其测量方法，使其能够有效地用于测量水下爆炸压力时程曲线，并且能便于制作加工和使用。
[0005]本发明技术方案如下:
[0006]本发明提供的压电薄膜型水下爆炸压力传感器，包括一个夹心式压电薄膜(PVDF)压力计，其特征在于，所述夹心式压电薄膜压力计放置在充满硅油的软管中，该软管两端由塑料塞密封，上部塑料塞中心有细通孔，用以引出夹心式压电薄膜压力计的外延导线，该孔口连接处采用环氧树脂密封套管，在所述尼龙软管的外壁面上缠绕有柔韧细线；所述软管是聚乙烯管、尼龙软管、硅胶管或其他材料的软管。
[0007]所述夹心式压电薄膜压力计这样构成:在矩形压电薄膜两侧分别搭接金属箔片(铜箔或铝箔)，每片金属箔搭接有同轴线缆作为外延电极引线，然后用绝缘薄膜将矩形压电薄膜及金属箔包围密封，并使电极引线的端头伸在绝缘薄膜包围圈外。
[0008]本发明所述的压电薄膜型水下爆炸压力传感器的测量方法，其特征在于，具体操作步骤是:
[0009](I)利用配重将压电薄膜型水下爆炸压力传感器悬挂在与水下爆炸药柱同一水平线上，然后在所述传感器上并联一个阻值为R的电阻，使压电薄膜通过外延电极引线和电阻R形成通电回路，在该回路上还设置有一个用于记录电阻两端电压变化的示波器，所述电阻和示波器通过外延电极引线设置在水面上方，所述的电阻R取值根据预估电压变化信号的大小进行选择，以使电路输出的电压变化信号值在示波器测试量程以内；
[0010](2)点燃爆炸物后，利用示波器按预定的时间间隔记录电阻两端的电压信号u(t)；
[0011](3)根据电压信号U(t)值，使用以下公式计算得到压电薄膜产生的电荷量，并换算得到爆炸冲击波压力数值:
[0012]
【权利要求】
1.一种压电薄膜型水下爆炸压力传感器，包括一个夹心式压电薄膜压力计，其特征在于，所述夹心式压电薄膜压力计放置在充满硅油的软管中，该软管两端由塑料塞密封，上部塑料塞中心有细通孔，用以引出夹心式压电薄膜压力计的外延导线，该孔口连接处采用环氧树脂密封套管，在所述尼龙软管的外壁面上缠绕有柔韧细线；所述软管是聚乙烯管、尼龙软管、硅胶管或其他材料的软管。
2.利用如权利要求1所述的压电薄膜型水下爆炸压力传感器的测量方法，其特征在于，具体操作步骤是: (1)利用配重将压电薄膜型水下爆炸压力传感器悬挂在与水下爆炸药柱同一水平线上，然后在所述传感器上并联一个阻值为R的电阻，使压电薄膜通过外延电极引线和电阻R形成通电回路，在该回路上还设置有一个用于记录电阻两端电压变化的示波器，所述电阻和示波器通过外延电极引线设置在水面上方，所述的电阻R取值根据预估电压变化信号的大小进行选择，以使电路输出的电压变化信号值在示波器测试量程以内； (2)点燃爆炸物后，利用示波器按预定的时间间隔记录电阻两端的电压信号U(t)； (3)根据电压信号U(t)值，使用以下公式计算得到压电薄膜产生的电荷量，并换算得到爆炸冲击波压力数值:
【文档编号】G01L5/14GK103674383SQ201310645997
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2013年12月5日
【发明者】马宏昊, 范志强, 沈兆武, 王德宝, 林谋金 申请人:中国科学技术大学