CN106768259B - 一种振动传感器的减冲装置及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及金属减振降噪技术领域，公开了一种振动传感器的减冲装置及其制备方法，所述减冲装置包括依次上下间距设置的三层板，上层板与中间层板通过垂直穿过上层板和中间层板的板面的第一固定组件固定连接，下层板与中间层板通过垂直穿过中间层板和下层板的板面的第二固定组件固定连接；其中，所述第一固定组件与所述第二固定组件错位设置。本发明提供的振动传感器的减冲装置可以在不改变原有传感器的结构形式以及不影响振动传感器正确测量振动信号的前提下减弱了高冲击信号对振动传感器的冲击能量，从而满足高量级冲击试验条件；且其研制和生产周期短，可以配套现有的振动传感器使用，可为航天型号节省时间和大量成本。

Description

一种振动传感器的减冲装置及其制备方法

技术领域

本发明涉及金属减振降噪技术领域，尤其涉及一种振动传感器的减冲装置及其制备方法。

背景技术

三轴向振动传感器能够同时测量一个测点相互正交的X、Y、Z三个方向的振动信号，在军事和航空航天领域有着广阔的应用前景。

导弹或火箭的发动机是一个非常巨大的振源，它在提供飞行动力的同时，也引起噪声和机体结构的振动，一级舱段和二级舱段分离时，还会产生高量级的冲击环境，这都会影响到机体结构、机载测试设备的安全与寿命。安装在级间段的振动传感器和其它测试设备在承受这些大量级振动和冲击的同时，还要保证正确地测试出环境的参数。

目前弹/箭上使用的振动传感器能够抗受的冲击环境为12000g～15000g，这主要是由于振动传感器敏感芯体内部的键合工艺决定的。但是随着航空航天领域探索外部环境的深入，弹/箭上配套振动传感器承受的环境条件越来越恶劣，大量级的振动条件和高量级的冲击条件越来越多，例如某型号的的冲击响应谱已达到20000g(具体冲击响应谱见图4)，这是常规振动传感器无法通过的试验条件。也即新一代导弹要求的环境条件为20000g，这会破坏掉振动传感器内部的键合工艺，导致振动传感器无法进行振动参数的正确测量。

针对新一代武器型号提出的大冲击试验条件，为满足振动传感器继续在原有型号上配套使用，直观的想法是重新研制新型的抗高冲击类振动类传感器芯片，但是由于目前国内外新型的振动传感器最高冲击响应谱量级只能达到18000g左右，且体积较大，不能满足20000g冲击试验的条件，即使根据目前的技术水平，重新研制的芯片能够达到该冲击条件，也需要较长的研制周期，会严重影响弹/箭的发射进度。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明一种振动传感器的减冲装置及其制备方法，利用减冲装置减小对振动传感器的冲击以解决常规振动传感器不能满足高量级冲击试验的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种振动传感器的减冲装置，所述减冲装置包括依次上下间距设置的三层板，上层板与中间层板通过垂直穿过上层板和中间层板的板面的第一固定组件固定连接，下层板与中间层板通过垂直穿过中间层板和下层板的板面的第二固定组件固定连接；

其中，所述第一固定组件与所述第二固定组件错位设置。

进一步地，所述三层板上下依次为上层铝板、中层板和底层铝板，其中，所述中层板包括依次上下契合的第一铝片、第一铜片、玻璃布片、第二铜片、第二铝片。

进一步地，所述减冲装置的三层板上下依次对齐设置，且每层板均为大致矩形结构，所述第一固定组件包括两个第一螺钉，所述第二固定组件包括两个第二螺钉，两个所述第一螺钉分别靠近中间板的两相对侧边设置，两个所述第二螺钉分别靠近中间板的另两相对侧边设置。

进一步地，所述第一螺钉和第二螺钉的表面覆盖有防止螺钉松动的粘结胶。

进一步地，所述上层铝板与所述中层板之间的空隙以及所述中层板与所述底层铝板之间的空隙分别填充有灌封胶。

进一步地，所述上层铝板和底层铝板的材质为7A04型号的硬铝，所述第一铝片和所述第二铝片的材质为2A12型号的铝，所述第一铜片和第二铜片的材质为QBe2型号的铍青铜，所述玻璃布片的材质为F3248型号的环氧酚醛玻璃布。

进一步地，所述第一铝片和所述第二铝片的厚度为0.5mm，所述第一铜片和第二铜片的厚度为0.5mm，所述玻璃布片的厚度为1mm。

进一步地，所述上层铝板的外缘连接有第一安装孔，所述底层铝板的外缘连接有第二安装孔，所述第一安装孔用于与振动传感器连接，所述第二安装孔用于与待测设备连接，且所述第一安装孔与所述第二安装孔呈错位设置。

作为本发明的另一方面，本发明还提供了一种振动传感器的减冲装置的制备方法，具体为：

将第一铝片、第一铜片、玻璃布片、第二铜片、第二铝片顺次上下契合装配完成，作为呈大致矩形形状的中层板；

将上层铝板与中间板采用穿过两板面的两个第一螺钉固定连接，将下层铝板与中间层板采用穿过两板面的两个第二螺钉固定连接，其中，两个第一螺钉分别靠近中间板的两个相对的侧边设置，且第一螺钉位于其靠近的侧边的长度方向的中间部位设置，两个第二螺钉分别靠近中间板的另两个相对的侧边设置，且第二螺钉位于其靠近的侧边的长度方向的中间部位，第一螺钉和第二螺钉的表面在使用时预先涂抹型号为914的粘结胶；

将组装完成的装置静置2小时，待型号为914的粘结胶风干后，在所述上层铝板与中层板之间的空隙以及中层板与底层铝板之间的空隙灌封型号为DC-184的灌封胶；

将灌封后的装置放到温箱内，在60℃的温度下固化10～12小时，灌封胶充分固化后取出装置。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供的振动传感器的减冲装置及其制备方法，减冲装置用于箭/弹本体与振动传感器安装面之间，可以在不改变原有传感器的结构形式以及不影响振动传感器正确测量振动信号的前提下减弱了高冲击信号对振动传感器的冲击能量，从而满足高量级冲击试验的条件；其研制和生产周期短，且可以配套现有的振动传感器使用，所以制品和已经生产完毕的振动传感器产品均可以正常交付，不用做废品处理，可以为航天型号节省时间和大量成本。

本发明振动传感器的减冲装置主要用于航空航天型号弹/箭配套振动传感器，或结构相似的传感器或精密仪器使用，并能够保证这些传感器或仪器在受到振动、冲击时不致损坏而保持其应有的技术技能及精度。这种装置在航天工业上具有相当重要的作用。

除了上面所描述的本发明解决的技术问题、构成的技术方案的技术特征以及有这些技术方案的技术特征所带来的优点之外，本发明的其他技术特征及这些技术特征带来的优点，将结合附图作出进一步说明。

附图说明

图1是本发明实施例振动传感器的减冲装置的俯视图；

图2是本发明实施例振动传感器的减冲装置的侧视图；

图3是本发明实施例振动传感器的减冲装置的冲击信号衰减原理图；

图4是冲击环境为20000g的冲击响应谱。

图中：1：上层铝板；21：第一螺钉，22：第二螺钉；3：灌封胶；4：中层板，41：第一铝片，42：第一铜片，43：玻璃布片，44：第二铜片，45：第二铝片；5：底层铝板；61：第一安装孔，62：第二安装孔，71：冲击信号，72：输出信号，73：金属结构。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“多根”、“多组”的含义是两个或两个以上，“若干个”、“若干根”、“若干组”的含义是一个或一个以上。

如图1、2所示，本发明实施例提供的振动传感器的减冲装置，所述减冲装置包括依次上下间距设置的三层板，相邻板层之间通过错位设置的固定组件固定连接，为了方便描述，定义连接上层板与中间层板的固定组件为第一固定组件，定义连接下层板与中间层板的固定组件为第二固定组件。具体而言，如图2所示，第一固定组件垂直穿过上层板和中间层板的板面将其固定为一体，第二固定组件垂直穿过中间层板和下层板的板面将其固定为一体，且第一固定组件和第二固定组件为错位设置。

可以理解的是，第一固定组件和第二固定组件为错位设置的意思是，第一固定组件和第二固定组件与中间板的连接位置不在垂直于板面的同一直线上。

本实施例振动传感器的减冲装置内的冲击信号从上层板通过第一固定组件传递到中层板上，传递到中层板的信号从第一固定组件的位置传递到第二固定组件的位置，再通过第二固定组件传递到下层板上，由于第一固定组件和第二固定组件呈错位设置，所以信号的传递过程中信号传递方向由竖直方向转变为水平方向再转换为竖直方向，这样信号就经过了两次衰减。根据如图3所示的冲击信号的衰减原理图，冲击信号71在金属结构72内每经过90°方向的转变后，信号的能量都会相应的衰减，本实施例振动传感器的减冲装置正是基于这种思想，通过合理增加信号的弯折路径，从而将冲击信号的能量控制到一个理想的量级。图3中标号73表示的是输出信号。

本实施例振动传感器的减冲装置，可以应用于箭/弹本体与振动传感器安装面之间，在不改变原有安装状态的前提下，保证了振动传感器的正常工作。

本实施例振动传感器的减冲装置的使用，极大地消弱了振动传感器承受的冲击信号能量，避免了整机结构遭到破坏，保证了低频振动信号的正确测量，同时，振动传感器无需重新研制，在制品和已经生产完毕的产品均可以正常交付，为航天工业高密度发射节省了宝贵的时间和大量成本。

如图2所示，作为一种优选的实施例，本实施例减冲装置的第一固定组件和第二固定组件均为2个螺钉，为了方便描述，分别定义为第一螺钉和第二螺钉。

作为一种优选的实施方式，所述减冲装置包括依次上下间距的上层铝板1、中层板4和底层铝板5，其中，所述中层板4包括依次上下设置的第一铝片41、第一铜片42、玻璃布片43、第二铜片44、第二铝片45。

第一螺钉21垂直穿过上层铝板1和中层板4的板面将上层铝板1和中层板4固定连接，第二螺钉22垂直穿过中层板4和底层铝板5的板面将中层板4和底层铝板5固定连接，其中，优选的，如图2所示，两个第一螺钉21分别靠近中间板4的两个相对的侧边设置，且第一螺钉21位于其靠近的侧边的长度方向的中间部位设置，两个第二螺钉22分别靠近中间板的另两个相对的侧边设置，且第二螺钉22位于其靠近的侧边的长度方向的中间部位。

可以理解的是，第一螺钉21和第二螺钉22分别设置在相对侧边上，这样可以将其固定的两层结构采用相对侧固定的方式牢固固定。

中层板4由5层不同材料的薄板叠合而成，利用不同的材料阻尼特性不同，通过多种材料的相互契合来调整该减冲装置谐振峰的位置和幅值大小。

其中，经过试验，优选的上层铝板1和底层铝板5采用的材料是硬铝7A04,该材料轻、工艺性好，且具有较高的强度，对整个装置提供支撑和保护。第一铜片42和第二铜片44的结构和材质相同均采用0.5mm厚的铍青铜材料，牌号为QBe2；该材料是一种沉淀硬化型合金，具有很高的强度、硬度、弹性极限和疲劳极限，弹性滞后小，并具有耐磨、耐低温、耐腐蚀等优点，它对整个结构的阻尼特性和谐振峰形状都有较大的影响。玻璃布片43采用的是1mm厚的环氧酚醛玻璃布层压板，牌号为F3248；该材料具有附着力强、耐酸碱、控冲击强度高、耐磨擦等优点，非常适合减冲装置使用，使用该材料主要是用来降低减冲装置的谐振峰幅值大小，使用该环氧玻璃布板后，本装置的谐振峰幅值可以降低到2倍左右。第一铝片41和第二铝片45的结构和材质相同，其厚度为0.5mm，材料采用铝2A12；两层铝板的作用是用来调节谐振峰的位置，可以将谐振峰调到理想的频率段，通过以上材料组配后，本减冲装置X向的谐振峰在1200Hz，Y、Z向谐振峰在900Hz左右，这样既保证了200Hz以内低频信号的完好无损，又大大消弱了2000Hz以后的信号能量。

采用上述材质的三层板制备的振动传感器的减冲装置，结构形式简单，具有耐低温、耐高温、耐油脂、不老化、环境适应性强、使用寿命长、安装方式简单方便等优点。

作为一种加强板层之间的优选实施方式，所述螺钉的表面覆盖有防止松动的914胶。所述上层铝板与所述中层板之间的空隙、所述中层板与所述底层铝板之间的空隙分别设置填充有型号为DC-184的灌封胶3(图2中剖线部分除了第一螺钉和第二螺钉外均为灌封胶)。

可以理解的是，层和层之间的空隙采用灌封胶3进行灌封，用来防止螺钉松动并增加该结构的阻尼特性。

为了实现减冲装置的连接，如图1所示，所述上层铝板1的外缘连接有第一安装孔61，所述底层铝板5的外缘连接有第二安装孔62，所述第一安装孔61用于与振动传感器连接，所述第二安装孔62用于与待测设备连接，且所述第一安装孔61与所述第二安装孔62呈错位设置。

优选的减冲装置的两个安装孔与传感器安装孔的尺寸和大小完全相同，这样无需弹/箭总体组装单位更改弹体上的安装尺寸，振动传感器和减冲装置可以通过两个M3×10的螺钉穿过振动传感器的安装孔以及第一安装孔61安装固定。减冲装置上的第一安装孔61和第二安装孔62为错位设计，安装操作互不影响。

振动传感器带上本实施例减冲装置后轴向(X向，上下的高度方向)只高出18mm，Y向平移了6mm，质量增加37g左右，不影响弹/箭整机的结构和其它测量仪器仪表的正常工作。且该装置结构简单，体积小巧，便于安装使用。

下面给出本实施例振动传感器的减冲装置的振动台的扫频验证、冲击试验验证以及高低温下频响曲线验证：

振动台的扫频验证:

使用该减冲装置(样机)在振动台上进行10g，5-5000Hz的扫频试验。振动台上和减冲装置上各放置一个BK的标准传感器，振动台上传感器作为控制，减冲装置上传感器作为测试，将两个传感器的输出进行比对，从测试结果可以看到，该装置可以将2KHz以上信号进行大幅衰减，对于200Hz以下信号经过该装置后几乎没有改变。校验振动传感器带减冲装置前、后的动态频响特性，测试结果显示带装置前、后的测试数据基本一致，说明该装置对振动传感器的低频振动信号没有影响，传感器可以附带该减冲装置使用。

冲击试验验证：

将配带有该减冲装置(样机)的振动传感器再次进行图4的冲击试验，整个试验过程中通电检测，测试结果显示，试验中及试验后振动传感器的各项性能指标均工作正常，产品的外观没有任何变化，说明配带该减冲装置后，振动传感器可以承受20000g的高冲击量级。

高低温下频响曲线验证

使用该减冲装置(样机)随振动传感器分别在高低温环境下进行振动试验，温度点设置为常温(25℃±5℃)、低温(-40℃)、低温(-55℃)和高温(60℃)，每个温度点保温一个小时后再进行振动试验，振动试验为10g，5-400Hz的扫频试验，分别测试振动传感器X向、Y向和Z向的频响特性，测试结果显示，各个温度点下传感器的频响曲线基本一致，说明传感器在高低温环境下的动态特性输出正常，可以进行正常的测试。

通过以上试验验证，说明配带该减冲装置的振动传感器，不仅可以在导弹分离的大冲击环境下正常工作，而且在航天型号经常面临的高低温环境下也可以正常工作，验证了该减冲装置的环境适应性。

综上所述，本实施例振动传感器的减冲装置具有较轻的质量、较强的刚度和硬度，适应型号高、低温，高冲击，强振动等试验条件且能保证振动传感器的各项性能指标正常输出。

本发明实施例还提供了制作上述振动传感器的减冲装置的制备方法，具体步骤如下：

将第一铝片、第一铜片、玻璃布片、第二铜片、第二铝片顺次上下装配完成，作为中层板。

将上层铝板与中间板采用穿过两板面的两个第一螺钉固定连接，将下层铝板与中间层板采用穿过两板面的两个第二螺钉固定连接，其中，两个第一螺钉分别靠近中间板的两个相对的侧边设置，且第一螺钉位于其靠近的侧边的长度方向的中间部位设置，两个第二螺钉分别靠近中间板的另两个相对的侧边设置，且第二螺钉位于其靠近的侧边的长度方向的中间部位，第一螺钉和第二螺钉的表面在使用时预先涂抹型号为914的粘结胶。

将组装完成的装置静置2小时，待型号为914的粘结胶风干后，在所述上层铝板与中层板之间的空隙以及中层板与底层铝板之间的空隙灌封型号为DC-184的灌封胶。

将灌封后的装置放到温箱内，在60℃的温度下固化10～12小时，灌封胶充分固化后取出装置，并去除表面多余物便可成形。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种振动传感器的减冲装置，其特征在于：所述减冲装置包括依次上下间距设置的三层板，上层板与中间层板通过垂直穿过上层板和中间层板的板面的第一固定组件固定连接，下层板与中间层板通过垂直穿过中间层板和下层板的板面的第二固定组件固定连接；

其中，所述第一固定组件与所述第二固定组件错位设置；

所述三层板上下依次为上层铝板、中层板和底层铝板，其中，所述中层板包括依次上下契合的第一铝片、第一铜片、玻璃布片、第二铜片、第二铝片；所述上层铝板和底层铝板的材质为7A04型号的硬铝，所述第一铝片和所述第二铝片的材质为2A12型号的铝，所述第一铜片和第二铜片的材质为QBe2型号的铍青铜，所述玻璃布片的材质为F3248型号的环氧酚醛玻璃布。

2.根据权利要求1所述的振动传感器的减冲装置，其特征在于：所述减冲装置的三层板上下依次对齐设置，且每层板均为大致矩形结构，所述第一固定组件包括两个第一螺钉，所述第二固定组件包括两个第二螺钉，两个所述第一螺钉分别靠近中间板的两相对侧边设置，两个所述第二螺钉分别靠近中间板的另两相对侧边设置。

3.根据权利要求2所述的振动传感器的减冲装置，其特征在于：所述第一螺钉和第二螺钉的表面覆盖有防止螺钉松动的粘结胶。

4.根据权利要求2所述的振动传感器的减冲装置，其特征在于：所述上层铝板与所述中层板之间的空隙以及所述中层板与所述底层铝板之间的空隙分别填充有灌封胶。

5.根据权利要求1所述的振动传感器的减冲装置，其特征在于：所述第一铝片和所述第二铝片的厚度为0.5mm，所述第一铜片和第二铜片的厚度为0.5mm，所述玻璃布片的厚度为1mm。

6.根据权利要求1所述的振动传感器的减冲装置，其特征在于：所述上层铝板的外缘连接有第一安装孔，所述底层铝板的外缘连接有第二安装孔，所述第一安装孔用于与振动传感器连接，所述第二安装孔用于与待测设备连接，且所述第一安装孔与所述第二安装孔呈错位设置。

7.一种振动传感器的减冲装置的制备方法，其特征在于：

将第一铝片、第一铜片、玻璃布片、第二铜片、第二铝片顺次上下契合装配完成，作为呈大致矩形形状的中层板；

将上层铝板与中间板采用穿过两板面的两个第一螺钉固定连接，将下层铝板与中间层板采用穿过两板面的两个第二螺钉固定连接，其中，两个第一螺钉分别靠近中间板的两个相对的侧边设置，且第一螺钉位于其靠近的侧边的长度方向的中间部位设置，两个第二螺钉分别靠近中间板的另两个相对的侧边设置，且第二螺钉位于其靠近的侧边的长度方向的中间部位，第一螺钉和第二螺钉的表面在使用时预先涂抹型号为914的粘结胶；

将组装完成的装置静置2小时，待型号为914的粘结胶风干后，在所述上层铝板与中层板之间的空隙以及中层板与底层铝板之间的空隙灌封型号为DC-184的灌封胶；

将灌封后的装置放到温箱内，在60℃的温度下固化10～12小时，灌封胶充分固化后取出装置。