CN106248282A - 一种耐高冲击的壁面压力测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种耐高冲击的壁面压力测量装置，其主要特点是压力测量装置由安装座、隔离环、基座、压紧螺、传感器构成；传感器安装到安装座的中心通孔内，安装座与通过隔离环与基座、压紧螺连接，被压紧螺压紧到基座内，基座与壁面紧固；当冲击波或壁面振动造成基座振动时，引起安装座的振动，但由于设置了两个聚乙烯隔离环，基座与安装座之间是非刚性接触，有效隔离了振动向安装座的传播。本发明的显著优点是能够隔离基座振动向安装座的传播，有效消除爆炸场基座振动对传感器性的能影响，实现获取完整准确冲击波压力变化曲线的目的，满足内爆炸场的壁面冲击波压力测试需求。

Description

一种耐高冲击的壁面压力测量装置

技术领域

本发明属毁伤评估技术领域，主要涉及一种爆炸压力测试装置，特别是一种适用于内爆炸作用场的耐高冲击的壁面压力测量装置。

背景技术

毁伤评估是依据数据进行研究的技术，对数据获取的质量具有很强的依赖性。毁伤评估试验测试技术，是指为了获取毁伤评估的各项参量，模拟或复现毁伤过程并定量描述和表征毁伤作用和结果，而形成的原理、方法、手段和技能。它的目的是全面准确的获取毁伤相关数据，是毁伤评估技术的重要组成部分。因此，研究毁伤试验测试手段，推动毁伤评估技术发展，有助于促进武器弹药研制使用的快速进步。

在内爆炸环境下，壁面压力传感器面临高冲击、大变形的恶劣工况，尤其温压炸药舱室内爆炸时还会产生持续时间较长的高温场以及强烈的壁面振动，这都给壁面压力传感器的测试精度带来了很大的影响。

壁面压力传感器的振动干扰有两种：爆炸冲击波作用到传感器结构上，引起传感器的振动；冲击波作用到壁面，壁面振动传到传感器安装座，引起传感器的振动。两种振动都会使传感器产生附加信号，从而影响测试结果。压电式压力传感器由于有附加质量块，传感器受到激励后产生的是电荷信号，传感器与信号线的连接头以及信号线本身振动都会产生电荷，传感器的安装如果不采取相应的减振措施，振动干扰对测试数据的影响可能较大。此外，安装座应变或振动造成的传感器结构应变，会直接传递到压电元件上，产生误差信号输出。

现有技术的不足和缺陷为：壁面压力测量装置的隔振性能不好，在持续的高热、振动作用下，测量数据的误差较大，稳定性差，无法获取完整准确的冲击波压力变化曲线。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，提出了一种耐高冲击的壁面压力测量装置，具有良好的隔振性能以有效抑制振动对传感器输出信号的影响，达到获取准确完整冲击波压力变化曲线的目的。

为解决上述技术问题，本发明提供的耐高冲击的壁面压力测量装置(如图1所示)包括安装座、隔离环、基座、压紧螺、传感器。其中：

所述的安装座是中心通孔、外圆面中间有凸台的圆柱，其中心通孔的下半部带螺纹，与压力传感器上的螺纹配合，将压力传感器安装至安装座中心通孔内；所述的隔离环为圆环形，共两个，分别安装到安装座凸台的两个端面，并放入基座的中心台阶处，由聚乙烯制作，隔离环外直径与安装座凸台直径相当；所述的基座是一个中心有台阶孔的圆台，内径有与压紧螺配合的螺纹，小圆柱外径与壁面的压力测量孔紧配合，端面与壁面平齐；所述的压紧螺是中心有通孔的螺钉，其螺纹与基座内螺纹配合，在将带有传感器、隔离环的安装座放置于基座中心台阶后，通过螺纹将安装座紧压于基座中，其通孔供压力传感器的信号传输电缆通过。

采用所述壁面压力测量装置装配传感器时，首先将铜垫圈套在传感器肩部，通过传感器外部螺纹将其连接到安装座中心孔内的配合螺纹上；其次，在安装座凸台的两个端面分别套上一个聚乙烯制作的隔离环；再次，将安装座整体放置于基座内，安装座与基座之间有聚乙烯隔离环，避免二者的直接接触；最后，将压紧螺置于安装座上，使安装座与传感器的后部进入压紧螺的中心孔，压紧螺的外螺纹与基座内螺纹配合，将安装座紧固，安装座与压紧螺之间有聚乙烯隔离环，避免二者的直接接触。

使用所述壁面压力测量装置开展压力测试时，在壁面上开孔，放入基座，基座与壁面孔边缘采用角焊方法固定，基座端面与壁面平齐；安装传感器后，需使传感器端面、安装座端面、基座端面与壁面平齐，以减少对冲击波流场的干扰

所述壁面压力测量装置的隔振主要通过传感器安装座与基座的非刚性接触实现。压紧螺与基座的螺纹配合固定了传感器安装座，它们与安装座之间放置聚乙烯材料的隔离环，抑制了基座振动向安装座的传递，有效降低了振动对传感器压力输出信号的干扰。

本发明的有益效果为：

本发明提出的一种耐高冲击的壁面压力测量装置，采用半刚性隔离环，实现了传感器安装座与基座的非刚性接触，抑制了基座振动向安装座的传递，有效降低了振动对压力信号的影响，实现对壁面压力的完整准确描述。

附图说明

图1是一种耐高冲击的壁面压力测量装置图；

图2是传感器安装座的三视图；

图3是耐高冲击壁面压力测量装置输出的压力信号曲线；

图4是普通压力测量装置输出的内爆炸压力信号曲线；

图5是耐高冲击壁面压力测量装置输出的内爆炸压力信号曲线；

图6是等效船舱；

图7是等效舱室壁面压力信号曲线(普通压力测量装置)；

图8是等效舱室壁面压力信号曲线(耐高冲击压力测量装置)。

具体实施方式

下面结合附图及优选实施例对本发明作进一步的详述。

如图1所示，本发明的优选实施例是一种耐高冲击的壁面压力测量装置，由传感器1、安装座2、隔离环3、基座4、压紧螺5构成。传感器1通过螺纹联接安装到安装座2的中心孔内，在传感器肩部有铜垫圈，在安装座2凸台的两个端面分别安装一个隔离环3，然后将安装座2置于基座4内，通过压紧螺5将其紧固。安装座2的端面与壁面6平齐，避免对冲击波流场的扰动，保证测量位置与壁面一致。

测量装置的隔振主要通过两个隔离环3实现。隔离环3的制造材料为聚乙烯，实现了传感器安装座2(如图2所示)与基座4的非刚性接触，既能固定安装座2，又能抑制基座4振动向安装座2的传递，有效降低了振动对传感器1压力输出信号的干扰。此外，传感器1肩部的垫圈，也可以降低安装座2振动向传感器1的传递。

当压力测量装置的谐振频率接近被测信号的频率时，压力测量装置的振幅会急剧增加，干扰压力测试。压力测试要保证足够的精度，测量装置的谐振频率必须大于测量信号频率的5倍。为了验证压力测量装置的动态性能达到冲击波超压信号测量的精度要求，申请人在空气激波管进行了压力传感器和压力测量装置的动态性能标定试验，传感器型号为M113A26-17231。图3是耐高冲击壁面压力测量装置输出的压力信号曲线。无测量组件的传感器的谐振频率为446KHz，而耐高冲击的壁面压力测量装置的谐振频率为373KHz。在内爆炸场中，冲击波超压正压作用时间一般为毫秒量级，特别是近场，冲击波正压作用时间为几百微秒，频率大约几十KHz，小于该压力测量装置谐振频率的1/5，说明压力测量装置的动态性能满足内爆炸场冲击波信号的测量精度要求。

为了验证一种耐高冲击的壁面压力测量装置的隔振性能，申请人在某舰船舱室进行了内爆炸试验。舱室长1.5m，宽0.95m，高0.43m，舱壁均采用Q235钢。试验装药是100g压装TNT柱状炸药，长径比1:1.2,密度1.58g/mm³。采用耐高冲击壁面压力测量装置与普通压力测量装置进行壁面压力测量。图4是普通压力测量装置输出的内爆炸压力信号曲线，图5是耐高冲击壁面压力测量装置输出的内爆炸压力信号曲线。可以发现，普通压力测量装置输出的冲击波压力波形有较大的毛刺与振荡，会引起冲量计算的误差，而耐高冲击壁面压力测量装置输出的冲击波压力波形的没有振荡，且毛刺较少。在冲击波压力曲线的下降段上，这种差别更加明显，耐高冲击壁面压力测量装置输出的冲击波波形毛刺较少，在后半段已经较为光滑。这说明耐高冲击壁面压力测量装置具有较好的隔振性能。

为了进一步验证一种耐高冲击的壁面压力测量装置的隔振性能，申请人在某等效舰船舱室进行了内爆炸试验。等效船舱(如图6所示)长3m，宽3m，高2.5m，前板(编号1)厚10mm，右板(编号2)、后板(编号3)、左板(编号4)厚度均为4mm，上板(编号5)、下板(编号6)壁厚均为8mm,上板、下板、后板均存在30mm飞边(模拟存在邻舱结构)，材料Q235钢，总重2.5吨。在船舱几何中心处放置一130mm炮弹，主要由壳体、后盖、主装药和传爆药柱等组成。弹重30.5kg，装药为5kg全固型温压炸药，装药密度1.85g/cm³，爆热7750J/g，铝粉含量35％。在2号板上分别安装耐高冲击壁面压力测量装置与普通压力测量装置，开展壁面压力测量。图7是普通压力测量装置输出的等效舱室壁面压力信号曲线，图8是耐高冲击壁面压力测量装置输出的等效舱室壁面压力信号曲线。可以发现，对于温压装药内爆炸，普通压力测量装置输出的冲击波压力波形产生明显的振荡，曲线没有明显的平台阶段，无法测出爆炸后舱室内的准静态压力；而耐高冲击壁面压力测量装置输出的冲击波压力波形振荡较小，有明显的衰减过程。这说明耐高冲击壁面压力测量装置具有较好的隔振性能。

从分析结果和测试结果可以看出，和普通壁面压力测量装置相比，本发明提出的一种耐高冲击的壁面压力测量装置，抑制基座振动向安装座的传递，有效消除爆炸场基座振动对传感器性能的影响，实现获取完整准确冲击波压力变化曲线的目的，说明本发明适用于内爆炸场的壁面冲击波压力测试。

Claims (1)

1.一种耐高冲击的壁面压力测量装置，其特征在于，包括传感器(1)、安装座(2)、隔离环(3)、基座(4)、压紧螺(5)；所述的安装座(2)是中心通孔、外圆面中间有凸台的圆柱，隔离环(3)为聚乙烯材料的圆环形结构，基座(4)是一个中心有台阶孔的圆台，压紧螺(5)是中心有通孔的螺钉；所述的隔离环(3)分别置于安装座(2)凸台的两个端面，然后将安装座(2)置于基座(4)的中心孔内，压紧螺(5)通过螺纹将安装座紧压于基座(4)中，实现了安装座(2)与基座(4)的非刚性接触，降低基座振动对传感器的干扰；所述的压力传感器(1)安装于安装座(2)的中心通孔内，其信号传输电缆从压紧螺(5)的中心通孔穿过，基座(4)外径与壁面紧固配合。