CN109307533A - 基于分区域pvdf压电薄膜的破片多参数测试装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于分区域PVDF压电薄膜的破片多参数测试装置及方法，测试装置包括第一分区域PVDF压电薄膜、第二分区域PVDF压电薄膜、信号采集模块及上位机；第一分区域PVDF压电薄膜、第二分区域PVDF压电薄膜相距设定距离，两个压电薄膜均由分区域划分形成的若干压电测量单元构成；信号采集模块输入端分别与第一分区域PVDF压电薄膜、第二分区域PVDF压电薄膜相连，信号采集模块输出端与上位机相连，上位机根据破片穿过第一分区域PVDF压电薄膜和第二分区域PVDF压电薄膜的时间和设定距离得到破片速度，同时，根据各压电测量单元上的破片数量、破损面以及产生的电荷进行多元回归分析，确定破片大小。本发明能够实现对破片多参数多点实时测试。

Description

基于分区域PVDF压电薄膜的破片多参数测试装置及方法
技术领域
本发明涉及破片毁伤信息测量技术领域，具体涉及一种基于分区域PVDF压电薄膜的破片多参数测试装置及方法。
背景技术
为评估破片毁伤效果，需对破片的多参数进行测试，如一定范围内破片的速度、数量和大小等。但由于破片数量多、飞行速度快、飞行时间短，传统测速方法很难得到破片的多个技术参数。现有对于破片参数的测量主要通过通断靶、天幕靶、高速摄影和PVDF(聚偏氟乙烯)压电薄膜等方法。通断靶主要对破片的速度进行测量，通过测量破片到达两层靶面的时间差来计算破片的速度。然而该方法只能对破片的速度进行测量，能够测量的参数有限，同时只能对单个破片进行测量。天幕靶同样通过破片飞过两个靶面的时间差对破片的速度进行测量。然而该方法极易受环境的干扰。高速摄影法能够对破片的外形进行测量，但是该方法设备昂贵。
新型高分子材料PVDF压电薄膜具有变力响应灵敏度高，压电电压输出常数高，阻尼小，密度低等特点。因此，PVDF薄膜是实现破片速度测量的理想材料。但现有的PVDF压电薄膜测试方法大都采用单块膜进行测试，在使用过程中可能存在短路问题，影响整体测试系统，测量一次即报废，测量成本高。
由此可知，现有的破片参数测试方法存在测量过程过于复杂，人为因素过多，对外部环境敏感，设备易损坏等问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种基于分区域PVDF压电薄膜的破片多参数测试装置及方法，能够实现对破片多参数多点实时测试。
本发明的具体实施方案如下：
基于分区域PVDF压电薄膜的破片多参数测试装置，包括第一分区域PVDF压电薄膜、第二分区域PVDF压电薄膜、信号采集模块及上位机；
所述第一分区域PVDF压电薄膜、第二分区域PVDF压电薄膜相距设定距离，第一分区域PVDF压电薄膜和第二分区域PVDF压电薄膜均由分区域划分形成的若干压电测量单元构成；
所述信号采集模块输入端分别与第一分区域PVDF压电薄膜、第二分区域PVDF压电薄膜相连，信号采集模块输出端与上位机相连，上位机根据破片穿过第一分区域PVDF压电薄膜和第二分区域PVDF压电薄膜的时间和所述设定距离得到破片速度，同时，根据各压电测量单元上的破片数量、破损面以及产生的电荷进行多元回归分析，确定破片大小。
进一步地，所述测试装置进一步包括：导轨、支撑结构，第一分区域PVDF压电薄膜和第二分区域PVDF压电薄膜均由支撑结构固定，所述支撑结构可沿导轨滑动，调节第一分区域PVDF压电薄膜和第二分区域PVDF压电薄膜之间的距离达到所述设定距离。
进一步地，所述压电测量单元从每个分区域PVDF压电薄膜中间位置到两侧分布，且面积逐渐减小。
基于分区域PVDF压电薄膜的破片多参数测试方法，采用上述测试装置，具体操作步骤如下：
步骤一、破片首先穿透第一分区域PVDF压电薄膜上的不同压电测量单元，穿透瞬间产生的电信号通过信号采集模块传至上位机，同时记录穿透信号时间ti1，i为正整数，表示某一个破片；
步骤二、破片穿透第一分区域PVDF压电薄膜后，穿透第二分区域PVDF压电薄膜上的不同压电测量单元，穿透瞬间产生的电信号通过信号采集模块传至上位机，同时记录穿透信号时间ti2；
步骤三、记两穿透信号时间差为Δti，利用穿透时间差Δti与第一分区域PVDF压电薄膜和第二分区域PVDF压电薄膜之间的设定距离，计算出破片速度；
步骤四、通过比较分析两个分区域PVDF压电薄膜上不同压电测量单元的电荷信号，统计落入各压电测量单元的破片数量，确定破片总数及破片位置；
步骤五、通过对两个分区域PVDF压电薄膜上不同压电测量单元破损面以及产生的电荷进行多元回归分析，确定破片大小。
进一步地，所述设定距离通过分别固定在第一分区域PVDF压电薄膜和第二分区域PVDF压电薄膜上的支撑结构调节，所述支撑结构可沿导轨滑动。
进一步地，所述压电测量单元从每个分区域PVDF压电薄膜中间位置到两侧分布，且面积逐渐减小。
有益效果：
1、本发明基于分区域PVDF压电薄膜，利用穿透时间差与两个压电薄膜距离，得到破片速度；通过大小不一的压电测量单元实现多点测量，统计破片数量；通过对不同压电测量单元破损面以及产生的电荷进行多元回归分析，可确定出破片的大小，能够实现对破片多参数多点实时测试，不受外界环境干扰，迅速准确，易于实行，降低劳动成本、提高测量准确度。
其次，与单一PVDF测试膜相比，本发明中利用分区域的方法将PVDF压电薄膜分割为若干压电测量单元，有效的解决了破片穿透膜的过程中引发的短路问题，防止部分压电测量单元短路对设备整体的影响，保证设备稳定性，延长设备寿命；本发明将同一张压电薄膜利用分区域的思想划分成多个压电测量单元，此方法与多块大小不一的单块膜拼接相比平面度误差小，可同步触发多个测点产生电信号，一致性高，测量精度更高。
2、本发明根据破片的密度和预计分布情况将压电测量单元的布局设置为从中间位置到两侧分布，且面积逐渐减小，遵循破片分布规律，为后续数据处理提供高质量的数据源，提高测试准确性。
附图说明
图1是为本发明所用装置的示意图；
图2为分区域PVDF压电薄膜的示意图。
其中，1-导轨、2-第一分区域PVDF压电薄膜、3-支撑结构、4-第二分区域PVDF压电薄膜、5-信号调理单元、6-信号采集单元、7-上位机、8-压电测量单元。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本实施例提供了一种基于分区域PVDF压电薄膜的破片多参数测试装置，如图1所示，包括第一分区域PVDF压电薄膜2、第二分区域PVDF压电薄膜4、导轨1、支撑结构3、信号采集模块及上位机7；信号采集模块包括信号调理单元5、信号采集单元6，信号调理单元5用于将第一分区域PVDF压电薄膜2和第二分区域PVDF压电薄膜4产生的电荷信号转化为电压信号，然后由信号采集单元6识别采集。
第一分区域PVDF压电薄膜2和第二分区域PVDF压电薄膜4均由分区域划分形成的若干压电测量单元8构成，如图2所示，压电测量单元8为从每个分区域PVDF压电薄膜中间位置到两侧分布的长方形，且面积逐渐减小。根据破片的预计分布情况，压电测量单元8面积大小、间隔、形状可进行调整。
第一分区域PVDF压电薄膜2和第二分区域PVDF压电薄膜4均由支撑结构3固定，确保第一分区域PVDF压电薄膜2和第二分区域PVDF压电薄膜4的垂直度，避免晃动。支撑结构3可沿导轨1滑动，调节第一分区域PVDF压电薄膜2和第二分区域PVDF压电薄膜4之间的距离。
信号调理单元5输入端分别与第一分区域PVDF压电薄膜2、第二分区域PVDF压电薄膜4相连，信号调理单元5输出端与信号采集单元6输入端相连；信号采集单元6输出端与上位机7相连。
具体操作步骤如下：
步骤一、破片首先穿透第一分区域PVDF压电薄膜2上的不同压电测量单元8，穿透瞬间压电测量单元8与破片相互作用产生电信号，不同压电测量单元8产生的电信号通过信号调理单元5、信号采集单元6传至上位机7，同时记录穿透信号时间ti1，i为正整数，表示某一个破片；
步骤二、破片穿透第一分区域PVDF压电薄膜2后，穿透第二分区域PVDF压电薄膜4上的不同压电测量单元8，穿透瞬间压电测量单元8与破片相互作用产生电信号，不同压电测量单元8产生的电信号通过信号调理单元5、信号采集单元6传至上位机7，同时记录穿透信号时间ti2；
步骤三、记两穿透信号时间差为Δti，此时间差Δti即为破片穿越第一分区域PVDF压电薄膜2和第二分区域PVDF压电薄膜4之间区域所用时间；利用穿透时间差Δti与第一分区域PVDF压电薄膜2和第二分区域PVDF压电薄膜4之间的设定距离，计算出破片速度；
步骤四、通过比较分析两个分区域PVDF压电薄膜上不同压电测量单元8的电荷信号，统计落入各压电测量单元8的破片数量，确定破片总数及破片位置；由于破片落在不同的压电测量单元8上，可以清楚直观地反映出每个破片位于整个压电薄膜的位置。
步骤五、通过对两个分区域PVDF压电薄膜上不同压电测量单元8破损面以及产生的电荷进行多元回归分析，确定破片大小。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.基于分区域PVDF压电薄膜的破片多参数测试装置，其特征在于，包括第一分区域PVDF压电薄膜、第二分区域PVDF压电薄膜、信号采集模块及上位机；
所述第一分区域PVDF压电薄膜、第二分区域PVDF压电薄膜相距设定距离，第一分区域PVDF压电薄膜和第二分区域PVDF压电薄膜均由分区域划分形成的若干压电测量单元构成；
所述信号采集模块输入端分别与第一分区域PVDF压电薄膜、第二分区域PVDF压电薄膜相连，信号采集模块输出端与上位机相连，上位机根据破片穿过第一分区域PVDF压电薄膜和第二分区域PVDF压电薄膜的时间和所述设定距离得到破片速度，同时，根据各压电测量单元上的破片数量、破损面以及产生的电荷进行多元回归分析，确定破片大小。
2.如权利要求1所述的基于分区域PVDF压电薄膜的破片多参数测试装置，其特征在于，所述测试装置进一步包括：导轨、支撑结构，第一分区域PVDF压电薄膜和第二分区域PVDF压电薄膜均由支撑结构固定，所述支撑结构可沿导轨滑动，调节第一分区域PVDF压电薄膜和第二分区域PVDF压电薄膜之间的距离达到所述设定距离。
3.如权利要求1所述的基于分区域PVDF压电薄膜的破片多参数测试装置，其特征在于，所述压电测量单元从每个分区域PVDF压电薄膜中间位置到两侧分布，且面积逐渐减小。
4.一种基于分区域PVDF压电薄膜的破片多参数测试方法，其特征在于，采用如权利要求1所述的测试装置，具体操作步骤如下：
步骤一、破片首先穿透第一分区域PVDF压电薄膜上的不同压电测量单元，穿透瞬间产生的电信号通过信号采集模块传至上位机，同时记录穿透信号时间ti1，i为正整数，表示某一个破片；
步骤二、破片穿透第一分区域PVDF压电薄膜后，穿透第二分区域PVDF压电薄膜上的不同压电测量单元，穿透瞬间产生的电信号通过信号采集模块传至上位机，同时记录穿透信号时间ti2；
步骤三、记两穿透信号时间差为Δti，利用穿透时间差Δti与第一分区域PVDF压电薄膜和第二分区域PVDF压电薄膜之间的设定距离，计算出破片速度；
步骤四、通过比较分析两个分区域PVDF压电薄膜上不同压电测量单元的电荷信号，统计落入各压电测量单元的破片数量，确定破片总数及破片位置；
步骤五、通过对两个分区域PVDF压电薄膜上不同压电测量单元破损面以及产生的电荷进行多元回归分析，确定破片大小。
5.如权利要求4所述的基于分区域PVDF压电薄膜的破片多参数测试方法，其特征在于，所述设定距离通过分别固定在第一分区域PVDF压电薄膜和第二分区域PVDF压电薄膜上的支撑结构调节，所述支撑结构可沿导轨滑动。
6.如权利要求4所述的基于分区域PVDF压电薄膜的破片多参数测试方法，其特征在于，所述压电测量单元从每个分区域PVDF压电薄膜中间位置到两侧分布，且面积逐渐减小。
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