CN106644258B - 一种用于激波管校准的冲击波自由场测压结构 - Google Patents

Abstract

本发明的一种用于激波管校准的冲击波自由场测压结构，属于动态校准技术领域。这是一种毁伤工况冲击波自由场压力测量的压力传感器安装结构，可将该结构安装于激波管末端，进行动态校准。本结构包括安装座、笔形结构、上压线板、缓冲垫、下压线板、螺钉、小螺母、大螺母，压力传感器、信号线、密封胶和隔热油脂。本发明牢固可靠，安全性高，信号线过线全密封，试验时激波管内气体不漏气，试验后信号线不滑动不回抽；可实现实际毁伤工况下冲击波自由场压力测量系统的动态校准，获取实际冲击波自由场压力测量系统的动态特性。

Description

一种用于激波管校准的冲击波自由场测压结构

技术领域

本发明属于传感器校准技术领域，具体涉及一种冲击波自由场压力测试的安装结构，将该结构安装于激波管末端，进行动态校准，获取相应冲击波自由场压力测试系统的动态特性。

背景技术

在爆炸场威力评估中，冲击波压力是重要考量依据。实际靶场测量冲击波自由场压力时，往往采用笔形结构，笔尖指向爆心，压力传感器安装在中心，端面涂抹隔热油脂后与笔形结构的端面平齐，构成一种冲击波自由场压力测试结构。

过去的研究工作中，对冲击波自由场压力测量系统进行动态标定时，直接将压力传感器卸下，安装于激波管末端侧壁上进行动态校准，获取压力传感器的动态灵敏度及动态特性。这样的校准方法没有考虑实际冲击波自由场压力测量时的安装结构对整个测压系统的影响，只能校准压力传感器的动态灵敏度，获取压力传感器的动态特性，无法考量实际笔形结构使用时校准激励波形到达压力传感器时其波形发生了多大变化，也无法获取实际冲击波自由场压力测试系统的动态特性。

由于激波管试验时必须实现全密封，而自由场安装结构放入管内后，其信号线如何从管内伸出并实现密封一直是个难题，同时密封方法还需确保安全，试验时保证信号线不滑动不回抽，因此设计自由场测压结构还需要解决这个问题。

本发明基于实际毁伤试验中使用的一种冲击波自由场压力测试结构，牢固可靠，实现了信号线过线全密封，试验时激波管内气体不漏气，试验后保证信号线不滑动不回抽，安全性高，将该结构安装于激波管上进行动态校准，实现实际毁伤工况下冲击波自由场压力测试系统的动态校准，获取其动态特性。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种冲击波自由场压力测量时的安装结构，用于激波管动态校准。

为了实现上述任务，本发明采取如下的技术解决方案：

一种用于激波管校准的冲击波自由场测压结构，包括安装座、笔形结构、上压线板、缓冲垫、下压线板、螺钉、小螺母、大螺母，压力传感器、信号线、密封胶、隔热油脂，其特征在于：

安装座，采用钢材料，为圆柱体，端面留有圆环形空槽，用于放入密封部件与激波管连接；端面中心留有笔形结构安装孔；背面中间掏空，掏出的圆柱体以安装座轴心为轴心，掏空处的安装座高度不低于18mm；掏空处安装座轴心右侧留有上压线板、螺钉的安装孔和信号线的线槽；安装座的设计来源于对压力传感器进行激波管5区端面校准方法，笔形结构上传感器到安装座端面的距离和激波速度决定了激波入射压作用时间，该设计方法使得激波入射压作用时间较短，一般在1ms以内，但是用于动态特性分析、对比观察笔形结构和侧壁安装结构的校准曲线的差别都是足够的；该设计笔形结构直接固定安装于安装座上，强度高，校准的压力范围较高，主要不能经受高压的部位是压力传感器与信号线的接头部位，高压会使接头发生松动，或者接头直接被损坏，导致校准曲线异常，因此需要缠绕更多的医用胶布、绝缘胶布等以提高接头部位的强度；

笔形结构，采用钢材料，头部为圆锥体，中部是圆柱体，沿圆柱的母线削出平台，平台上横向留有压力传感器的安装孔，压力传感器的端面涂抹隔热油脂，涂抹完后与平台表面齐平，压力传感器的下方在圆柱体上刻有过线槽；笔形结构的尾部上方为直径较大的圆柱体，尾部为与中部圆柱体直径相同的圆柱体，外侧留有螺纹，与安装座连接后，用大螺母将其固定；压力传感器安装位置对校准曲线的影响较大，可设计不同的安装位置用于校准分析；

上压线板，采用钢材料，为圆柱体，上端和下端带有部分凸出，用于定位，左端留有信号线的过线孔，中间留有螺钉的安装孔；

缓冲垫，采用尼龙材料，为圆柱体，中间留有螺钉的安装孔，孔的左侧上部留有信号线的过线槽；

下压线板，采用钢材料，为圆柱体，中间留有螺钉的安装孔；

螺钉和小螺母，采用钢材料，用于将上压线板、缓冲垫、下压线板和信号线固定在安装座上，信号线通过的地方为线槽，呈回字形；即使密封胶强度不够试验时裂开，回字形过线槽阻力较大，信号线也不会滑动和回抽，若信号线滑动或回抽，激波管内气体会急速从信号线周边流出，安全隐患大，回字形设计能够提高安全性；

大螺母，采用钢材料，用于将笔形结构固定于安装座上；

密封胶，采用硅橡胶，涂抹于线槽内部，使信号线与安装座紧密粘合在一起，实现密封；

隔热油脂，采用凡士林，涂抹于压力传感器端面，用于隔绝热影响；

进一步地，笔形结构通过大螺母牢固安装在安装座上，安装完毕后笔形结构垂直于安装座端面；将压力传感器安装在笔形结构上，末端连接信号线；将信号线下压，从笔形结构的过线槽内通过后，再从安装座的线槽内通过，安装座内的线槽使用密封胶密封；之后将上压线板、缓冲垫和下压线板通过螺钉连接，用小螺母固定于安装座上；最后在压力传感器端面涂抹隔热油脂，涂抹后隔热油脂表面与笔形结构的平台齐平；

进一步地，压力传感器与信号线的连接接头部分使用医用胶布、绝缘胶布等将其缠绕、固定，防止激波压力将其破坏。

本发明的有益效果体现在以下几个方面：

(1)本发明所述结构，可用于对毁伤试验中冲击波自由场压力测量时的压力传感器安装结构进行激波管动态校准。实现实际毁伤工况下冲击波自由场压力测量系统的动态校准。

(2)本发明所述结构用于激波管动态校准后，可用于获取实际冲击波自由场压力测量系统的动态特性。

(3)本发明所述结构牢固可靠，安全性高。实现信号线过线和密封，试验时激波管内气体不漏气，试验后信号线不滑动不回抽。

附图说明

图1是本发明的总体结构示意图；图中标号分别代表：1—安装座，2—笔形结构，3—上压线板，4—缓冲垫，5—下压线板，6—螺钉，7—小螺母，8—大螺母，9—压力传感器，10—信号线，11—密封胶，12—隔热油脂。

图2是本发明的密封部位放大图；

图3是本发明实施例中动态校准曲线；

图4是本发明实施例中冲击波自由场测压系统的动态特性曲线；

图5是侧壁安装测压系统与自由场测压系统的校准曲线；

图6是侧壁安装测压系统与自由场测压系统归一化后的校准曲线。

具体实施方式

遵从上述技术方案，如图1所示，本发明第一优选实施方案为：安装座直径为180mm，厚度为60mm，后端内孔直径为100mm，深度为40mm，激波作用于安装座的部位的厚度为20mm。安装座轴心右侧37mm处为中心留有上压线板、螺钉的安装孔和信号线的线槽。笔形结构头部锥角为20°，中部圆柱体直径为25mm，长度为200mm，平台表面宽度为13.6mm，平台中心横向留有PCB113型压力传感器的安装孔，过线槽深度和宽度均为4mm，长度为75mm；笔形结构尾部上方直径较大的圆柱体直径为40mm，长度为10mm，尾部与大螺母连接部分的M24×1.5螺纹长度为30mm。上压线板圆柱体直径为28mm，高度为3mm，上端和下端凸出部位长宽均为3mm，过线孔宽度为3mm，内部为直径3mm的半圆，中心孔的直径为8.2mm。缓冲垫直径为25mm，总高度为4mm，中心孔的直径为8.2mm，过线槽宽度及深度均为2mm。下压线板直径为25mm，高度为3mm，中心孔的直径为8.2mm。螺钉长度为30mm，螺纹是M8×1.5，螺纹长度为14mm。小螺母与螺钉配套使用，小螺母高度为10mm。大螺母与笔形结构尾部配套，高度为15mm。采用硅橡胶，涂抹于线槽内部，使信号线与安装座紧密粘合在一起，实现密封。使用时，将笔形结构通过大螺母牢固安装在安装座上，安装完毕后笔形结构垂直于安装座端面；将压力传感器安装在笔形结构上，末端连接信号线；将信号线下压，从笔形结构的过线槽内通过后，再从安装座的线槽内通过，安装座内的线槽使用密封胶密封；之后将上压线板、缓冲垫和下压线板通过螺钉连接，用小螺母固定于安装座上；在压力传感器端面涂抹隔热油脂，涂抹后隔热油脂表面与笔形结构的平台齐平；最后，压力传感器与信号线的连接接头部分使用医用胶布、绝缘胶布将其缠绕、固定，防止激波压力将其破坏。

将整个结构通过密封圈安装于激波管末端，安装好激波管的膜片，达到破膜压力时刺破膜片，管内产生理想阶跃波作用于整个结构上。

实施例1

使用PCB 113型压力传感器作为被校传感器，将其安装于笔形结构上，再将笔形结构安装到安装座上。在安装座空槽内放入密封圈，将其放置于204所研建的GXJ-100s高压激波管末端。使用同种型号的压力传感器安装于激波管末端侧壁上，然后启动液压油缸将激波管低压段密封。激波管夹膜段装好膜片后，将夹膜段和高压段密封。先向低压段充气，再向夹膜段充气，再向高压段充气，最后将夹膜段放气，膜片破裂，产生理想阶跃波作用于安装座上。

使用自由场测压系统输出的压力信号如图3所示，由于靠近激波管端面，入射压时间较短。可以看出，由于激波掠过传感器端面，信号的上升时间变长，信号自最高点回落后自激振荡的幅值也较小，压力平台有往上飘的趋势。图4是该信号的动态特性曲线，在100kHz处幅值已降低，压力传感器的谐振频率点(500kHz)幅值有所回升，此为实际毁伤工况下的冲击波自由场压力测量系统的动态特性。

图5是侧壁安装测压系统与自由场测压系统的校准曲线对比图。若无自由场结构的影响，其幅值应该是相同的，可见，自由场测压结构导致系统灵敏度增高。图6是侧壁安装测压系统与自由场测压系统归一化后的校准曲线，明显可见，自由场测压结构还会导致校准曲线往上抬，因此，使用该系统测量冲击波超压，测出的超压值会偏高，计算出的冲量值也会偏高。

Claims (1)

1.一种用于激波管校准的冲击波自由场测压结构，包括安装座(1)、笔形结构(2)、上压线板(3)、缓冲垫(4)、下压线板(5)、螺钉(6)、小螺母(7)、大螺母(8)，压力传感器(9)、信号线(10)、密封胶(11)、隔热油脂(12)，其特征在于：

安装座(1)，采用钢材料，为圆柱体，端面留有圆环形空槽，用于放入密封部件与激波管连接；端面中心留有笔形结构(2)安装孔；背面中间掏空，掏出的圆柱体以安装座(1)轴心为轴心，掏空处的安装座(1)高度不低于18mm；掏空处安装座轴心右侧留有上压线板(3)、螺钉(6)的安装孔和信号线(10)的线槽；

笔形结构(2)，采用钢材料，头部为圆锥体，中部是圆柱体，沿圆柱的母线削出平台，平台上横向留有压力传感器(9)的安装孔，压力传感器(9)的端面涂抹隔热油脂(12)，涂抹完后与平台表面齐平，压力传感器(9)的下方在圆柱体上刻有过线槽；笔形结构(2)的尾部上方为直径较大的圆柱体，尾部为与中部圆柱体直径相同的圆柱体，外侧留有螺纹，与安装座(1)连接后，用大螺母(8)将其固定；

上压线板(3)，采用钢材料，为圆柱体，上端和下端带有部分凸出，用于定位，左端留有信号线(10)的过线孔，中间留有螺钉(6)的安装孔；

缓冲垫(4)，采用尼龙材料，为圆柱体，中间留有螺钉(6)的安装孔，孔的左侧上部留有信号线(10)的过线槽；

下压线板(5)，采用钢材料，为圆柱体，中间留有螺钉(6)的安装孔；

螺钉(6)和小螺母(7)，采用钢材料，用于将上压线板(3)、缓冲垫(4)、下压线板(5)和信号线(10)固定在安装座(1)上，信号线(10)通过的地方为线槽，呈回字形；

大螺母(8)，采用钢材料，用于将笔形结构(2)固定于安装座(1)上；

密封胶(11)，采用硅橡胶，涂抹于线槽内部，使信号线(10)与安装座(1)紧密粘合在一起，实现密封；

隔热油脂(12)，采用凡士林，涂抹于压力传感器(9)端面，用于隔绝热影响；

笔形结构(2)通过大螺母(8)牢固安装在安装座(1)上，安装完毕后笔形结构(2)垂直于安装座(1)端面；将压力传感器(9)安装在笔形结构(2)上，末端连接信号线(10)；将信号线(10)下压，从笔形结构(2)的过线槽内通过后，再从安装座(1)的线槽内通过，安装座(1)内的线槽使用密封胶密封；之后将上压线板(3)、缓冲垫(4)和下压线板(5)通过螺钉(6)连接，用小螺母(7)固定于安装座(1)上；最后在压力传感器(9)端面涂抹隔热油脂(12)，涂抹后隔热油脂(12)表面与笔形结构(2)的平台齐平。