CN109668624B - 一种全屏蔽辐射冲击波探头 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全屏蔽辐射冲击波探头，该探头包含：探头壳体，设置在探头壳体内前端且依次紧贴的探头信号测量部件、缓冲块和压板，设置在压板上的电路板，与压板上的电路板和探头信号测量部件并联的负载电阻，以及固定在探头壳体内后端与压板相对且与负载电阻并联的电缆接头。其中，探头信号测量部件包含：依次紧贴的受辐照靶、聚酯膜和后垫块，以及设置在聚酯膜和后垫块之间的压电传感器；负载电阻与压电传感器并联。本发明的探头能够有效降低透射入探头腔体内的干扰信号，实现冲击波信号的全屏蔽测量，减小强电磁干扰对测量的影响。

Description

一种全屏蔽辐射冲击波探头

技术领域

本发明涉及一种冲击波探头，具体涉及一种全屏蔽辐射冲击波探头。

背景技术

研究强脉冲辐射引起的辐射冲击波传播特性，对于航空、航天等相关工程领域具有重要意义。辐射冲击波测量实验具有环境电磁干扰信号强、而冲击波压电信号弱的特点，要提高测量精度，必须提高测量信号的信噪比。常用的实验测量方法中，压电传感器的压电面积较小，对实验中的电磁干扰不能采取最有效的屏蔽，因此测量信号的信噪比不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种全屏蔽辐射冲击波探头，该探头解决了电磁干扰的问题，能够有效降低透射入探头腔体内的干扰信号，实现冲击波信号的全屏蔽测量，减小强电磁干扰对测量的影响。

为了达到上述目的，本发明提供了一种全屏蔽辐射冲击波探头，该探头包含：探头壳体，设置在所述探头壳体内前端且依次紧贴的探头信号测量部件、缓冲块和压板，设置在压板上的电路板，与所述压板上的电路板和探头信号测量部件并联的负载电阻，以及固定在所述探头壳体内后端与压板相对且与负载电阻并联的电缆接头。

其中，所述的探头信号测量部件包含：依次紧贴的受辐照靶、聚酯膜和后垫块，以及设置在所述聚酯膜和后垫块之间的压电传感器；所述负载电阻与压电传感器并联。

其中，所述探头壳体为金属壳体，其前端端部设有：石墨圈，其后端侧壁及其端面设有铜网。

当所述受辐照靶采用金属材料时，受辐照靶的侧面与探头壳体内前端端部紧贴密封；当所述受辐照靶采用非金属材料时，所述聚酯膜与后垫块紧贴的一面设有：镀铝层，且聚酯膜包裹受辐照靶的侧面并使镀铝层与探头壳体内前端端部紧贴密封。

所述后垫块与受辐照靶的材料相同；所述电缆接头将信号传输至示波器。

优选地，所述压电传感器为石英压电传感器或PVDF压电膜。

优选地，所述聚酯膜包括：Mylar膜。

优选地，所述的探头壳体包括：依次固定连接的探头前端壳体、探头连接段和探头后端壳体；所述铜网包裹在探头后端壳体侧壁及其端面上。

优选地，所述压板与探头前端壳体固定连接；所述的电缆接头固定在探头连接段的后端。

优选地，所述受辐照靶、聚酯膜、压电传感器和后垫块粘结在一起。

优选地，所述探头壳体前端端部和石墨圈之间设有：缓冲圈。

优选地，所述缓冲圈为缓冲橡胶圈；所述缓冲块为真空橡胶垫块。

优选地，所述聚酯膜厚度在10μm以下。

优选地，所述负载电阻与电缆的阻抗相匹配；选择合适的压电传感器的面积，获得2V～40V的压电信号。

本发明的全屏蔽辐射冲击波探头，解决了电磁干扰的问题，具有以下优点：

(1)本发明的探头，其整个探头信号测量部件置于金属壳体内，以减小环境强电磁干扰带来的影响；在探头后端盖包裹上铜网，可实现对测量电缆的全屏蔽，减小强电磁干扰对测量的影响；

(2)本发明的探头，探头前端加上石墨圈，可以防止强脉冲射线直接辐照探头壳体造成的金属喷射对设备的破坏和污染；

(3)本发明的探头，后垫块与受辐照靶的材料相同，选用相同的材料，不用进行波在不同界面透、反射处理，减小数据处理时材料参数不准确带来的影响；

(4)本发明的探头，当靶材料不是金属材质时，半面镀有金属铝的聚酯膜(Mylar膜)包裹靶边缘，与金属壳体压紧接触，防止或有效降低透射入探头腔体内的干扰信号，对测量信号造成影响；

(5)本发明的探头，探头前端加上缓冲圈，可以降低从壳体传入的震动信号对实际测量信号的影响；

(6)本发明的探头，传感器的压电面积根据需要选择，有效提高测量信号的信噪比。

附图说明

图1为本发明的全屏蔽辐射冲击波探头的结构示意图。

图2为本发明的探头信号测量部件的结构示意图。

图3为本发明的压电传感器与负载电阻的电流输出电路图。

图4为本发明的探头在实际使用时实验测量的压电信号一。

图5为本发明的探头在实际使用时实验测量的冲击波波形一。

图6为本发明的探头在实际使用时实验测量的压电信号二。

图7为本发明的探头在实际使用时实验测量的冲击波波形二。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，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。

一种全屏蔽辐射冲击波探头，如图1所示，为本发明的全屏蔽辐射冲击波探头的结构示意图，该探头包含：探头壳体，设置在探头壳体内前端且依次紧贴的探头信号测量部件、缓冲块5和压板6，设置在压板6上的电路板，与压板6上的电路板和探头信号测量部件并联的负载电阻7，以及固定在探头壳体内后端与压板6相对且与负载电阻7并联的电缆接头。缓冲块5作用是一方面是方便安装，一方面具有反射作用。

如图2所示，为本发明的探头信号测量部件的结构示意图，探头信号测量部件包含：依次紧贴的受辐照靶1、聚酯膜2和后垫块4，以及设置在聚酯膜2和后垫块4之间的压电传感器3。其中，聚酯膜2起到绝缘的作用。压电传感器3与负载电阻7并联。后垫块4的作用是尽量保证冲击波到达压电传感器3后继续往后传播，保证压电传感器3对冲击波的完整测试。

其中，探头壳体为金属壳体，将整个探头信号测量部件置于金属壳体内，以减小环境强电磁干扰带来的影响，其前端端部设有：石墨圈12，可以防止强脉冲射线直接辐照探头壳体造成的金属喷射对设备的破坏和污染，其后端侧壁及其端面设有铜网，可实现对测量电缆的全屏蔽。

当受辐照靶1采用金属材料时，受辐照靶1的侧面与探头壳体内前端端部紧贴密封，防止或有效降低干扰信号透射入探头腔体内，对测量信号造成影响；当受辐照靶1采用非金属材料时，聚酯膜2与后垫块4紧贴的一面设有：镀铝层，且聚酯膜2包裹受辐照靶1的侧面并使镀铝层与探头壳体内前端端部紧贴密封，防止或有效降低干扰信号透射入探头腔体内，对测量信号造成影响。

后垫块4与受辐照靶1的材料相同，因而不用进行波在不同界面透、反射处理，减小数据处理时材料参数不准确带来的影响，保证冲击波的继续传播；电缆接头将信号传输至示波器，通过示波器能够观测冲击波的波形。

进一步地，压电传感器3为石英压电传感器或PVDF压电膜。

进一步地，聚酯膜2包括：Mylar膜。

进一步地，探头壳体包括：依次固定连接的探头前端壳体8、探头连接段9和探头后端壳体10；铜网包裹在探头后端壳体10侧壁及其端面上。

进一步地，压板6与探头前端壳体8固定连接；电缆接头固定在探头连接段9的后端。

进一步地，受辐照靶1、聚酯膜2、压电传感器3和后垫块4粘结在一起。具体地，可通过环氧树脂将受辐照靶1、聚酯膜2、压电传感器3和后垫块4粘结在一起，在粘结时中间不能有气泡。缓冲块5和压板6不和探头信号测量部件粘结在一起，可重复利用。

进一步地，探头壳体前端端部和石墨圈12之间设有：缓冲圈11。

进一步地，缓冲圈11为缓冲橡胶圈；缓冲块5为真空橡胶垫块。

进一步地，聚酯膜2厚度在10μm以下，减小对冲击波的影响。

进一步地，负载电阻7与电缆的阻抗相匹配；选择合适的压电传感器的面积，获得2V～40V的压电信号。具体地，压电传感器的直径可以选择3mm～10mm，以确保获得2V～40V的压电信号，以有效提高测量信号的信噪比。

本发明的全屏蔽辐射冲击波探头的测量原理，具体如下：

在使用时，强脉冲射线辐射受辐照靶1的表面，产生的热冲击波向靶材料的内部传播，在压电传感器3上产生压电荷Q(t)，连接在传感器两端的负载电阻(可采用50Ω的负载电阻)将压电电荷转换为压电电压信号U(t)，通过对压电电压信号积分得到热冲击波压力σ(t)随时间变化关系。

由于压电传感器的内电阻非常大(百兆欧)，负载电阻很小(常采用与传输电缆匹配的50Ω电阻)，如图3所示，为本发明的压电传感器与负载电阻的电流输出电路图，压电传感器相当于在“短路方式”下工作。当热冲击波压力σ(t)作用在压电传感器上时，由于压电效应，在测量电路中产生压电电流i(t)，压电电荷Q由下式(1)计算：

式(1)中，U(t)为负载电阻上的电压信号，R为负载电阻的电阻值。

传感器的压电方程为如下式(2)：

Q＝AKσ (2)。

式(2)中，A为电极面积，K为传感器的压电系数。

由(1)和(2)可得如下式(3)：

上式表明，通过测量压电电压信号，并对信号积分即可得到通过压电传感器的热冲击波波形。如图4所示，为本发明的探头在实际使用时实验测量的压电信号一，如图5所示，为本发明的探头在实际使用时实验测量的冲击波波形一，如图6所示，为本发明的探头在实际使用时实验测量的压电信号二，如图7所示，为本发明的探头在实际使用时实验测量的冲击波波形二。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种全屏蔽辐射冲击波探头，其特征在于，该探头包含：

探头壳体，

设置在所述探头壳体内前端且依次紧贴的探头信号测量部件、缓冲块(5)和压板(6)，

设置在压板(6)上的电路板，

与所述压板(6)上的电路板和探头信号测量部件并联的负载电阻(7)，以及

固定在所述探头壳体内后端与压板(6)相对且与负载电阻(7)并联的电缆接头；

其中，所述的探头信号测量部件包含：依次紧贴的受辐照靶(1)、聚酯膜(2)和后垫块(4)，以及设置在所述聚酯膜(2)和后垫块(4)之间的压电传感器(3)；所述负载电阻(7)与压电传感器(3)并联；

其中，所述探头壳体为金属壳体，其前端端部设有：石墨圈(12)，其后端侧壁及其端面设有铜网；

当所述受辐照靶(1)采用金属材料时，受辐照靶(1)的侧面与探头壳体内前端端部紧贴密封；当所述受辐照靶(1)采用非金属材料时，所述聚酯膜(2)与后垫块(4)紧贴的一面设有：镀铝层，且聚酯膜(2)包裹受辐照靶(1)的侧面并使镀铝层与探头壳体内前端端部紧贴密封；

所述后垫块(4)与受辐照靶(1)的材料相同；

所述电缆接头将信号传输至示波器。

2.根据权利要求1所述的全屏蔽辐射冲击波探头，其特征在于，所述压电传感器(3)为石英压电传感器或PVDF压电膜。

3.根据权利要求1所述的全屏蔽辐射冲击波探头，其特征在于，所述聚酯膜(2)包括：Mylar膜。

4.根据权利要求1所述的全屏蔽辐射冲击波探头，其特征在于，所述的探头壳体包括：依次固定连接的探头前端壳体(8)、探头连接段(9)和探头后端壳体(10)；所述铜网包裹在探头后端壳体(10)侧壁及其端面上。

5.根据权利要求4所述的全屏蔽辐射冲击波探头，其特征在于，所述压板(6)与探头前端壳体(8)固定连接；所述的电缆接头固定在探头连接段(9)的后端。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的全屏蔽辐射冲击波探头，其特征在于，所述受辐照靶(1)、聚酯膜(2)、压电传感器(3)和后垫块(4)粘结在一起。

7.根据权利要求1-5中任意一项所述的全屏蔽辐射冲击波探头，其特征在于，所述探头壳体前端端部和石墨圈(12)之间设有：缓冲圈(11)。

8.根据权利要求7所述的全屏蔽辐射冲击波探头，其特征在于，所述缓冲圈(11)为缓冲橡胶圈；所述缓冲块(5)为真空橡胶垫块。

9.根据权利要求1-5中任意一项所述的全屏蔽辐射冲击波探头，其特征在于，所述聚酯膜(2)厚度在10μm以下。

10.根据权利要求1-5中任意一项所述的全屏蔽辐射冲击波探头，其特征在于，所述负载电阻(7)与电缆的阻抗相匹配；选择合适的压电传感器的面积，获得2V～40V的压电信号。

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