CN106197175A - 高过载下推进剂药柱应变和位移一体化测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高过载下推进剂药柱应变和位移一体化测量装置，包括炮弹、钢壳(1)、采集存储装置(5)、PSD位置传感器(9)、红外激光灯(12)、应变片(16)；钢壳(1)前端中部安装采集存储装置(5)；解决了现有炮弹体内小体积情况下因结构设计不合理使得高过载测试试验失败的问题，同时解决了高过载环境下传统应变电测系统应用于装药应变检测过程中呈现出的数据捕获率低、非线性误差大等问题。

Description

高过载下推进剂药柱应变和位移一体化测量装置

技术领域

本发明涉及高过载测试技术领域，具体为一种可测试推进剂药柱应变和过载位移的一体化结构装置。

背景技术

高过载测量技术主要应用于引信(即利用目标信息和环境信息，在预定条件下引爆或引燃弹药战斗部装药的控制装置)的性能试验中，药柱应变和位移测量的试验实施是通过小型炮弹试射完成的。

发明内容

本发明为了解决小型炮弹发射瞬间产生的高过载环境下推进剂药柱在此环境中的过载位移和接触应力测量问题，同时解决了高过载环境下传统应变电测系统应用于装药应变检测过程中呈现出的数据捕获率低、非线性误差大等问题，提供了一种传感器与壳体一体化的应变和位移测量装置。

本发明是采用如下技术方案实现的：

高过载下推进剂药柱应变和位移一体化测量装置，包括炮弹、钢壳(1)、采集存储装置(5)、PSD位置传感器(9)、红外激光灯(12)、应变片(16)；钢壳(1)前端中部安装采集存储装置(5)；钢壳(1)外圆周具有PSD位置传感器走线槽(11)、PSD位置传感器安装孔(10)、红外激光灯走线槽(14)、红外激光灯安装孔(13)、应变片走线槽(17)、应变片安装槽面(18)；钢壳(1)底部具有药柱腔(38)；PSD位置传感器(9)、红外激光灯(12)、应变片(16)分别安装在PSD位置传感器安装孔(10)、红外激光灯安装孔(13)、应变片安装槽面(18)中；

采集存储装置(5)的信号线从钢壳端部出线孔(6)穿出后，通过铺设在钢壳(1)表面的PSD位置传感器走线槽(11)的信号引线与PSD位置传感器(9)连接；通过铺设在红外激光灯走线槽(14)内的信号引线和红外激光灯安装孔(13)上的红外激光灯(12)连接；通过铺设在应变片走线槽(17)内的信号引线和应变片安装槽面(18)上的应变片(16)相焊接；

炮弹包括前壳体(36)和后壳体(37)，将炮弹药柱从钢壳(1)底部药柱腔(38)装入，炮弹的前壳体(36)和后壳体(37)分别与钢壳(1)的前后端螺纹相连接将钢壳(1)整体套在炮弹中，组成一体化的试验弹，试验弹发射时，药柱的过载位移经PSD位置传感器(9)被采集存储装置(5)采集并存储；药柱与钢壳(1)接触产生的接触应力经应变片(16)将其应变信号转换为电压信号而被采集存储装置(5)采集并存储；位移和应变信号经上位机软件处理后显示出。

所述的一体化测量装置，所述采集存储装置(5)包括内壳顶盖(19)、尼龙压盖(20)、内壳体(21)和固定条(22)。

所述的一体化测量装置，钢壳(1)整体外部轮廓为圆柱形，放置采集存储装置的一端为圆台形，圆台形内部设有止转槽(33)，内壳体(21)插入止转槽后止转；圆台外表面两端设有走线槽；圆台下端刻有上下两段间隔的螺纹，上螺纹(23)为正牙螺纹，与炮弹前壳体(36)固定；下螺纹(24)为反牙螺纹，同尾端螺纹一起与炮弹后壳体(37)固定。

所述的一体化测量装置，采集存储装置(5)与钢壳(1)底部接触部位放置缓冲铝垫(7)和缓冲毛毡(8)；与钢壳(1)的前端盖(2)接触位置放置缓冲铝垫(3)和缓冲毛毡(4)，毛毡之间有大量的气隙，缓冲毛毡部位相当于一个密闭的气腔，高过载时对空气的压缩会产生一种反作用力作用在存储采集装置中；同时缓冲铝垫底面均布有的凸起，给存储采集装置一个反作用力，这两种反作用力使得存储采集装置相对于钢壳的位移越来越小，从而构成了一种缓冲防护作用，保证了采集存储装置的正常工作。

所述的一体化测量装置，钢壳(1)表面的走线槽为蛇形走线槽。

所述的一体化测量装置，PSD位置传感器(9)和红外激光灯(12)分装在钢壳前端顶部的两端，红外激光灯点亮后，高过载环境未发生时，药柱将红外光挡住而使PSD位置传感器输出零位；当高过载环境发生时，药柱长度收缩而使红外激光灯的灯光照射于PSD位置传感器(9)的受光面而产生电流信号，经采集存储装置(5)采集后存储起来；同时，高过载环境发生时，药柱外径扩大而与钢壳接触产生应力，在此应力作用下，钢壳中部的应变片安装槽面(18)产生一定的应变，应变片(16)在此应变作用下产生应变电压信号，也经采集存储装置(5)采集后存储起来；存储的PSD信号和应变信号经过上位机显示出相应的数值。

所述的一体化测量装置，在钢壳(1)前端采集存储腔(34)下端止转槽(33)中放置底面缓冲铝垫(7)和底面缓冲毛毡(8)，然后放置采集存储装置(5)，采集存储装置(5)的内壳体(21)通过止转子(35)安装于止转槽(33)中；之后将多个环形毛毡(27)间隔一定距离套在内壳体(21)外部，环形毛毡将整个内壳体包裹住，内壳体(21)压接在底面缓冲毛毡(8)上。

所述的一体化测量装置，采集存储装置(5)的控制线依次穿过顶面缓冲铝垫(3)、顶面缓冲毛毡(4)和前端盖出线孔(29)后与连接器(28)相焊接；采集存储装置(5)的信号引线通过尼龙压盖(20)上的尼龙压盖出线孔(30)和内壳顶盖(19)上的内壳顶盖出线孔(31)，从钢壳两端出线孔(6)穿出后通过铺设在钢壳(1)表面的PSD位置传感器走线槽(11)的信号引线与PSD位置传感器安装孔(10)上的PSD位置传感器(9)连接；通过铺设在红外激光灯走线槽(14)内的信号引线和红外激光灯安装孔(13)上的红外激光灯(12)连接；通过铺设在应变片走线槽(17)内的信号引线和应变安装槽面(18)上的应变片(16)相焊接。

本发明结构简单、设计巧妙，解决了现有炮弹体内小体积情况下因结构设计不合理使得高过载测试试验失败的问题，同时解决了高过载环境下传统应变电测系统应用于装药应变检测过程中呈现出的数据捕获率低、非线性误差大等问题。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图。

图2是本发明的结构分解图(A、B、C、D为环绕钢壳一周四个角度的视图)。

图3是钢壳的结构示意图。

图4是采集存储装置结构示意图。

图中：1、钢壳；2、前端盖；3、顶面缓冲铝垫；4、顶面缓冲毛毡；5、采集存储装置；6、钢壳两端出线孔；7、底面缓冲铝垫；8、底面缓冲毛毡；9、PSD位置传感器；10、PSD位移传感器安装孔；11、PSD位置传感器走线槽；12、红外激光灯；13、红外激光灯安装孔；14、红外激光灯走线槽；15、后端盖；16、应变片；17、应变片走线槽；18、应变片安装槽面；19、内壳顶盖；20、尼龙压盖；21、内壳体；22、固定条；23、上螺纹；24、下螺纹；25、尾端螺纹；26、后端盖螺纹；27、环形缓冲毛毡；28、连接器；29、前端盖出线孔；30、尼龙压盖出线孔；31、内壳顶盖出线孔；32、药柱腔；33、止转槽；34、采集存储腔；35、止转子；36、前壳体；37、后壳体；38、药柱腔；

具体实施方式

以下结合具体实施例，对本发明进行详细说明。

如图1所示，一种高过载下推进剂药柱应变和位移一体化测量装置，包括炮弹、钢壳1、采集存储装置5、PSD位置传感器9、红外激光灯12、应变片16；钢壳1前端中部安装采集存储装置5；钢壳1外圆周具有PSD位置传感器走线槽11、PSD位置传感器安装孔10、红外激光灯走线槽14、红外激光灯安装孔13、应变片走线槽17、应变片安装槽面18；PSD位置传感器9、红外激光灯12、应变片16分别安装在PSD位置传感器安装孔10、红外激光灯安装孔13、应变片安装槽面18中；钢壳1底部具有药柱腔38。

采集存储装置5的信号线首先穿过尼龙压盖出线孔30和内壳顶盖出线孔31，然后从钢壳两端出线孔6穿出，通过铺设在钢壳1表面的PSD位置传感器走线槽11的信号引线与PSD位置传感器9连接；通过铺设在红外激光灯走线槽14内的信号引线和红外激光灯安装孔13上的红外激光灯12连接；通过铺设在应变片走线槽17内的信号引线和应变片安装槽面18上的应变片16相焊接；

炮弹包括前壳体36和后壳体37，将炮弹药柱从钢壳1底部药柱腔38装入，炮弹的前壳体36和后壳体37分别与钢壳1的前后端螺纹相连接将钢壳1整体套在炮弹中，组成一体化的试验弹，试验弹发射时，药柱的过载位移经PSD位置传感器9被采集存储装置5采集并存储；药柱与钢壳1接触产生的接触应力经应变片16将其应变信号转换为电压信号而被采集存储装置5采集并存储；位移和应变信号经上位机软件处理后显示出。

采集存储装置5包括内壳顶盖19、尼龙压盖20、内壳体21和固定条22。

如图1、3所示，本发明钢壳1整体外部轮廓为圆柱形，放置采集存储装置的一端为圆台形，内径48mm，圆台形内部设有止转槽33(深12mm)，内壳体21插入止转槽后止转；圆台外表面两端设有走线槽；圆台下端刻有上下两段间隔的螺纹，上螺纹23为正牙螺纹，与炮弹前壳体36固定；下螺纹24为反牙螺纹，同尾端螺纹一起与炮弹后壳体37固定；圆台上端设有出线孔，为5mm×4.5mm的方孔；药柱腔38部位为内径为52mm，外径为68mm的厚壁筒，壁厚为8mm；PSD位置传感器和红外激光灯设在壁筒的前端两侧，其中PSD位置传感器孔是圆角为2mm的45.5mm×7.4mm×5mm长方形孔。蛇形走线槽在厚壁筒表面，其宽为5mm，深为2.5mm；应变槽面宽10mm，深度为6mm，与其相连接的走线槽槽宽2.5mm，深2.5mm，即此处的壁厚为2mm。

采集存储装置5与钢壳1底部接触部位放置缓冲铝垫7和缓冲毛毡8；与前端盖2接触位置放置缓冲铝垫3和缓冲毛毡4；工作时，炮弹发射瞬间会产生高轴向过载，在此过载环境中采集存储装置相对于钢壳会产生一定的位移，由于采集存储装置与钢壳前端底部放置缓冲铝垫和缓冲毛毡；毛毡之间有大量的气隙，这样缓冲毛毡部位相当于一个密闭的气腔，高过载时对空气的压缩会产生一种反作用力作用在存储采集装置中；同时缓冲铝垫厚度为2mm，其中底面每8×8mm²中设有3×3mm²的凸起，也会给存储采集装置一个反作用力，这两种反作用力使得存储采集装置相对于钢壳的位移越来越小，从而构成了一种缓冲防护作用，保证了采集存储装置的正常工作。

采集存储装置中的引线从钢壳前端两侧穿过后，在蛇形走线槽中平铺，设置蛇形走线槽目的是使钢壳结构更加牢固。

PSD位置传感器和红外激光分装在钢壳前端顶部的两端，当正常采集，红外激光灯点亮，但是由于药柱将红外光挡住而使PSD位置传感器输出零位；当高过载环境发生时，药柱长度收缩而使红外激光灯的灯光照射于PSD位置传感器的受光面而产生电流信号，经采集存储装置采集后存储起来；同时，高过载环境发生时，药柱外径扩大而与钢壳接触产生应力，在此应力作用下，钢壳中部的应变槽面产生一定的应变，槽面上的应变片在此应变作用下产生应变电压信号，也经采集存储装置采集后存储起来；存储的PSD信号和应变信号经过上位机显示出相应的数值。

在钢壳1前端采集存储腔34下端止转槽33中放置底面缓冲铝垫7和底面缓冲毛毡8，然后放置采集存储装置5，采集存储装置5的内壳体21通过止转子35安装于止转槽33中；之后将多个环形毛毡27间隔一定距离套在内壳体21外部，环形毛毡将整个内壳体包裹住，内壳体21压接在底面缓冲毛毡8上；采集存储装置5的控制线依次穿过顶面缓冲铝垫3、顶面缓冲毛毡4和前端盖出线孔29后与连接器28相焊接；采集存储装置5的信号引线通过尼龙压盖20上的尼龙压盖出线孔30和内壳顶盖19上的内壳顶盖出线孔31，从钢壳两端出线孔6穿出后通过铺设在钢壳1表面的PSD位置传感器走线槽11的信号引线与PSD位置传感器安装孔10上的PSD位置传感器9连接；通过铺设在红外激光灯走线槽14内的信号引线和红外激光灯安装孔13上的红外激光灯12连接；通过铺设在应变片走线槽17内的信号引线和应变安装槽面18上的应变片16相焊接；将前端盖2拧紧后，完成结构的装配。

具体测试时，首先推进剂药柱应变和位移一体化测量装置经连接器28与外部专用命令读数盒相连接，上位机发送控制命令经过与命令读数盒相连的连接器28将命令下传给采集存储装置5，使得采集存储装置5开始正常工作；之后将连接器28的控制线剪短进行一体化测量装置与炮弹的前壳体36、后壳体37装配；当小型炮弹发射时出现瞬间高过载环境，钢壳1的药柱腔38药柱在此情况下会产生长度收缩出现过载位移，外径扩大产生与钢壳1的接触压力；当出现过载位移前，钢壳1上的红外激光灯12发出的光因药柱遮挡而无法照射到PSD位置传感器9上，过载瞬间，过载位移发生，使得红外激光灯12发出的光照射与PSD位置传感器9上产生相应的电流信号，经过采集存储装置5采集后存储起来；同时，过载瞬间，药柱外径扩大而与钢壳1药柱腔相接触产生应力，此应力使药柱腔产生一定的形变，钢壳1上的应变片在此形变时会发生相应的应变信号，应变信号经采集存储装置5采集后存储起来；回收钢壳1中的采集存储装置5并读取存储的数据，最后上位机将采集存储的应变数据绘制成波形表现出来；而位移信号测经过上位机软件根据PSD计算公式

$X=2\·\frac{L}{1+U_1/U_2}$

式中L为PSD敏感面长度。

计算后绘制波形并显示出相应的位移。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.高过载下推进剂药柱应变和位移一体化测量装置，其特征在于，包括炮弹、钢壳(1)、采集存储装置(5)、PSD位置传感器(9)、红外激光灯(12)、应变片(16)；钢壳(1)前端中部安装采集存储装置(5)；钢壳(1)外圆周具有PSD位置传感器走线槽(11)、PSD位置传感器安装孔(10)、红外激光灯走线槽(14)、红外激光灯安装孔(13)、应变片走线槽(17)、应变片安装槽面(18)；钢壳(1)底部具有药柱腔(38)；PSD位置传感器(9)、红外激光灯(12)、应变片(16)分别安装在PSD位置传感器安装孔(10)、红外激光灯安装孔(13)、应变片安装槽面(18)中；

采集存储装置(5)的信号线从钢壳端部出线孔(6)穿出后，通过铺设在钢壳(1)表面的PSD位置传感器走线槽(11)的信号引线与PSD位置传感器(9)连接；通过铺设在红外激光灯走线槽(14)内的信号引线和红外激光灯安装孔(13)上的红外激光灯(12)连接；通过铺设在应变片走线槽(17)内的信号引线和应变片安装槽面(18)上的应变片(16)相焊接；

炮弹包括前壳体(36)和后壳体(37)，将炮弹药柱从钢壳(1)底部药柱腔(38)装入，炮弹的前壳体(36)和后壳体(37)分别与钢壳(1)的前后端螺纹相连接将钢壳(1)整体套在炮弹中，组成一体化的试验弹，试验弹发射时，药柱的过载位移经PSD位置传感器(9)被采集存储装置(5)采集并存储；药柱与钢壳(1)接触产生的接触应力经应变片(16)将其应变信号转换为电压信号而被采集存储装置(5)采集并存储；位移和应变信号经上位机软件处理后显示出。

2.根据权利要求1所述的一体化测量装置，其特征在于，所述采集存储装置(5)包括内壳顶盖(19)、尼龙压盖(20)、内壳体(21)和固定条(22)。

3.根据权利要求1所述的一体化测量装置，其特征在于，钢壳(1)整体外部轮廓为圆柱形，放置采集存储装置的一端为圆台形，圆台形内部设有止转槽(33)，内壳体(21)插入止转槽后止转；圆台外表面两端设有走线槽；圆台下端刻有上下两段间隔的螺纹，上螺纹(23)为正牙螺纹，与炮弹前壳体(36)固定；下螺纹(24)为反牙螺纹，同尾端螺纹一起与炮弹后壳体(37)固定。

4.根据权利要求1所述的一体化测量装置，其特征在于，采集存储装置(5)与钢壳(1)底部接触部位放置缓冲铝垫(7)和缓冲毛毡(8)；与钢壳(1)的前端盖(2)接触位置放置缓冲铝垫(3)和缓冲毛毡(4)，毛毡之间有大量的气隙，缓冲毛毡部位相当于一个密闭的气腔，高过载时对空气的压缩会产生一种反作用力作用在存储采集装置中；同时缓冲铝垫底面均布有的凸起，给存储采集装置一个反作用力，这两种反作用力使得存储采集装置相对于钢壳的位移越来越小，从而构成了一种缓冲防护作用，保证了采集存储装置的正常工作。

5.根据权利要求1所述的一体化测量装置，其特征在于，钢壳(1)表面的走线槽为蛇形走线槽。

6.根据权利要求1所述的一体化测量装置，其特征在于，PSD位置传感器(9)和红外激光灯(12)分装在钢壳前端顶部的两端，红外激光灯点亮后，高过载环境未发生时，药柱将红外光挡住而使PSD位置传感器输出零位；当高过载环境发生时，药柱长度收缩而使红外激光灯的灯光照射于PSD位置传感器(9)的受光面而产生电流信号，经采集存储装置(5)采集后存储起来；同时，高过载环境发生时，药柱外径扩大而与钢壳接触产生应力，在此应力作用下，钢壳中部的应变片安装槽面(18)产生一定的应变，应变片(16)在此应变作用下产生应变电压信号，也经采集存储装置(5)采集后存储起来；存储的PSD信号和应变信号经过上位机显示出相应的数值。

7.根据权利要求1所述的一体化测量装置，其特征在于，在钢壳(1)前端采集存储腔(34)下端止转槽(33)中放置底面缓冲铝垫(7)和底面缓冲毛毡(8)，然后放置采集存储装置(5)，采集存储装置(5)的内壳体(21)通过止转子(35)安装于止转槽(33)中；之后将多个环形毛毡(27)间隔一定距离套在内壳体(21)外部，环形毛毡将整个内壳体包裹住，内壳体(21)压接在底面缓冲毛毡(8)上。

8.根据权利要求1所述的一体化测量装置，其特征在于，采集存储装置(5)的控制线依次穿过顶面缓冲铝垫(3)、顶面缓冲毛毡(4)和前端盖出线孔(29)后与连接器(28)相焊接；采集存储装置(5)的信号引线通过尼龙压盖(20)上的尼龙压盖出线孔(30)和内壳顶盖(19)上的内壳顶盖出线孔(31)，从钢壳两端出线孔(6)穿出后通过铺设在钢壳(1)表面的PSD位置传感器走线槽(11)的信号引线与PSD位置传感器安装孔(10)上的PSD位置传感器(9)连接；通过铺设在红外激光灯走线槽(14)内的信号引线和红外激光灯安装孔(13)上的红外激光灯(12)连接；通过铺设在应变片走线槽(17)内的信号引线和应变安装槽面(18)上的应变片(16)相焊接。