CN110672241B - 一种冲击波压力传感器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种冲击波压力传感器，包括设置在防护壳体的内表面的冲击波信号捕获装置，其包括构成等边三角阵列的三个压电元件，用于捕获冲击波信号，并将冲击波压力信号转换为电荷信号；电荷放大模块，用于将电荷信号转化为电压信号输出；信号采集处理模块，用于将电压信号转换为数字信号，并计算超压峰值；电源模块，用于为电荷放大模块和信号采集处理模块供电；通信模块，用于将电荷放大模块的模拟信号和信号采集处理模块的数字信号输出。本发明克服了普通壁面式压力传感器安装状态对测量结果影响大，测试成本高等问题，利用三角阵布设低成本的压电薄膜作为敏感元件并结合兰金雨贡纽关系，实现冲击波超压峰值的高精度便携测试，同时大幅度降低测试成本。
Description
技术领域
本发明属于测试计量技术领域，具体涉及一种冲击波压力传感器。
背景技术
目前冲击波超压测量多采用石英晶体作为敏感元件的压电式压力传感器，由于该类技术长期被国外垄断，导致冲击波超压测量传感器价格居高不下，而冲击波超压测试尤其是带破片战斗部和动爆超压测试中，压力传感器极易损坏，导致实验成本太高，并且在现有的超压测试中，由于传感器的安装方式、状态等不一致均会对超压峰值测试造成较大影响。
中国专利201410818555.7公开了一种爆炸冲击波测量装置，主要由压力传感器、数据处理单元、分析单元组成，该冲击波测量装置实则为压力传感器加上小型数据采集器对冲击波超压信号进行采集，其测量精度受传感器和安装工装限制，且其成本较高。
中国专利200810046036.8公开了一种用于冲击波测量的压电弹簧探针及其制法，该校准方法为通过冲击波超压作用于传感器前端可自由伸缩的金属杆体，杆体压缩弹簧同时撞击压电陶瓷圆片，从而将压力信号转换成电信号，但该传感器只适用于反射压力测量，且频响易受弹簧影响，多次使用后易出现卡滞现象。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低成本、高精度的冲击波超压峰值测试传感器。
实现本发明目的的技术解决方案为：一种冲击波压力传感器，包括冲击波信号捕获装置、电荷放大模块、电源模块、信号采集处理模块、通信模块以及防护壳体；冲击波信号捕获装置设置在防护壳体的内表面，其包括工作平台以及设置在该工作平台上的构成等边三角阵列的三个压电元件；
所述压电元件，用于捕获冲击波信号，并将冲击波压力信号转换为电荷信号；
所述电荷放大模块，用于将压电元件输出的电荷信号转化为电压信号输出；
所述信号采集处理模块，用于将电荷放大模块输出的电压信号转换为数字信号，并计算超压峰值；
所述电源模块，用于为电荷放大模块和信号采集处理模块供电；
所述通信模块，用于将电荷放大模块的模拟信号和信号采集处理模块的数字信号输出。
本发明与现有技术相比，其显著优点为：1)整体传感器成本低，可控制在进口传感器成本20％～30％的范围；2)峰值测量精度高，可通过监测现场环境参数进行数据修正，峰值测量精度可控制在6％内；3)传感器量程范围大：采用测速法原理进行峰值测量，只依据传感器输出上升沿时刻，因此不受压电薄膜的量程影响；4)采用测速法进行峰值测量，对传感器安装状态无严格要求；利用水平气泡实现压电薄膜的快速调平；同时采用三角阵布置压电薄膜，无需考虑整个压力传感器的摆放方向，传感器使用便捷；5)传感器采用速度法原理进行冲击波超压峰值测量，因此传感器无需标定即可使用。
下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
附图说明
图1为本发明冲击波压力传感器的系统结构图。
图2为本发明冲击波压力传感器的压电薄膜安装位置图。
具体实施方式
结合图1，本发明的冲击波压力传感器，包括冲击波信号捕获装置、电荷放大模块2、电源模块3、信号采集处理模块4、通信模块5以及防护壳体8；防护壳体8为冲击波信号捕获装置提供安装平台和局部较好的地表条件，为测试区域提供较为稳定的冲击波压力场。冲击波信号捕获装置设置在防护壳体8的内表面，其包括工作平台以及设置在该工作平台上的构成等边三角阵列的三个压电元件1如图2所示；
压电元件1，用于捕获冲击波信号，并将冲击波压力信号转换为电荷信号；
电荷放大模块2，用于将压电元件1输出的电荷信号转化为电压信号输出；
信号采集处理模块4，用于将电荷放大模块2输出的电压信号转换为数字信号，并计算超压峰值；
电源模块3，用于为电荷放大模块2和信号采集处理模块4供电；
通信模块5，用于将电荷放大模块2的模拟信号和信号采集处理模块4的数字信号输出。
进一步地，该传感器还包括设置在所述工作平台上的水平气泡7，用于实现将冲击波信号捕获装置快速调水平。
进一步地，在其中一个实施例中，压电元件1具体采用压电薄膜。
进一步地，在其中一个实施例中，等边三角阵列的中心与防护壳体8上表面的中心重合。
进一步地，在其中一个实施例中，信号采集处理模块4计算超压峰值，具体为：
依据速度矢量关系和冲击波超压到达时刻获得三角阵速度计算模型为：
式中，V表示冲击波超压传播速度；L表示等边三角阵列的边长；t1、t2、t3分别表示冲击波超压到达三个压电元件的时刻；
由上述模型求得冲击波超压传播速度V；
结合冲击波超压传播速度V、环境参数及兰金雨贡纽空气冲击波关系计算模型求解超压峰值ΔP2，所用公式为：
其中，
式中：ΔP2表示冲击波超压峰值；P1表示当地大气压；k为常数，与测试环境有关；M表示马赫数；V表示冲击波超压传播速度；c表示当地声速。
示例性地，在其中一个实施例中k取1.4。
本发明克服了普通壁面式压力传感器安装状态对测量结果影响大，测试成本高等问题，利用三角阵布设低成本的压电薄膜作为敏感元件并结合兰金雨贡纽关系，实现冲击波超压峰值的高精度便携测试，同时大幅度降低测试成本。
Claims (4)
1.一种冲击波压力传感器，其特征在于，包括冲击波信号捕获装置、电荷放大模块(2)、电源模块(3)、信号采集处理模块(4)、通信模块(5)以及防护壳体(8)；冲击波信号捕获装置设置在防护壳体(8)的内表面，其包括工作平台以及设置在该工作平台上的构成等边三角阵列的三个压电元件(1)；
所述压电元件(1)，用于捕获冲击波信号，并将冲击波压力信号转换为电荷信号；
所述电荷放大模块(2)，用于将压电元件(1)输出的电荷信号转化为电压信号输出；
所述信号采集处理模块(4)，用于将电荷放大模块(2)输出的电压信号转换为数字信号，并计算超压峰值；
所述电源模块(3)，用于为电荷放大模块(2)和信号采集处理模块(4)供电；
所述通信模块(5)，用于将电荷放大模块(2)的模拟信号和信号采集处理模块(4)的数字信号输出；
所述信号采集处理模块(4)计算超压峰值，具体为：
依据速度矢量关系和冲击波超压到达时刻获得三角阵速度计算模型为：
式中，V表示冲击波超压传播速度；L表示等边三角阵列的边长；t1、t2、t3分别表示冲击波超压到达三个压电元件的时刻；
由上述模型求得冲击波超压传播速度V；
结合冲击波超压传播速度V、环境参数及兰金雨贡纽空气冲击波关系计算模型求解超压峰值ΔP2，所用公式为：
其中，
式中：ΔP2表示冲击波超压峰值；P1表示当地大气压；k为常数，与测试环境有关；M表示马赫数；V表示冲击波超压传播速度；c表示当地声速；
所述压电元件(1)具体采用压电薄膜。
2.根据权利要求1所述的冲击波压力传感器，其特征在于，该传感器还包括设置在所述工作平台上的水平气泡(7)，用于实现将冲击波信号捕获装置快速调水平。
3.根据权利要求1所述的冲击波压力传感器，其特征在于，所述等边三角阵列的中心与防护壳体(8)上表面的中心重合。
4.根据权利要求1所述的冲击波压力传感器，其特征在于，所述k取1.4。
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| CN101000294A (zh) * | 2007-01-18 | 2007-07-18 | 南京航空航天大学 | 飞行器层合结构冲击荷载谱的监测方法及其监测装置 |
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| CN206573245U (zh) * | 2017-03-24 | 2017-10-20 | 沈阳建筑大学 | 一种阵列式pvdf压电薄膜的冲击测试系统 |
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