CN110715583B - 一种微尺度装药爆速测试系统 - Google Patents
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Abstract
一种微尺度装药爆速测试系统，包括小型爆炸容器，小型爆炸容器内固定有对准装置，对准装置将雷管、微尺度装药和传感器对准，雷管的输入端与起爆装置连接，传感器的输出端与通断信号适配器的输入端连接，通断信号适配器的输出端与示波器连接；传感器包括基底，基底上设有若干具有间距的电探针组，每组电探针包含两根在长度方向相对布置且具有间隔的电探针，电探针的外侧连接有压焊块，每根电探针上覆盖有电磁屏蔽层，基底上还设有对准标记；本发明传感器的电探针具有微型化、薄膜化、定位精确及电磁屏蔽等特点，提高微尺度装药爆速的测量精度；同时，可满足各种微尺度装药约束条件，从而实现微尺度装药爆速的测量。
Description
技术领域
本发明属于微尺度装药爆速测试技术领域，具体涉及一种微尺度装药爆速测试系统。
背景技术
随着MEMS技术、微纳米材料技术与火工品技术的不断融合，火工品逐渐朝着微型化、智能化、集成化等新趋势发展，为了适应这些新趋势，微小型火工品的输出性能测试已成为一项亟待解决的关键问题，其中爆轰波在微尺度装药中的传播速度(简称爆速)是表征微小型火工品输出性能的重要参数之一。在现有的爆速测量方法中，靶线法(或电探针法)是最常用的一种测试手段，它的基本原理是：炸药爆轰时，爆轰波阵面附件的爆轰产物处于高温高压状态，产物分子被热离解，从而使得爆轰波阵面具有导电性，导电性导致间隔一定距离的靶线(或电探针)导通，通过两组靶线(或电探针)的间距及信号时间差即可计算出平均爆速。但是该方法在测量微尺度装药爆速时存在一些问题：第一，传统靶线(或电探针)具有较大尺寸，这会影响微尺度装药爆轰波的传播，进而导致无法获得准确爆速；第二，传统靶线(或电探针)被手动安装至机械加工槽中，这会造成靶线(或电探针)定位不准确，进而引起爆速测量误差；第三，靶线(或电探针)的密集排布会造成相互干扰，致使输出信号失真，从而难以测出爆速成长曲线；第四，由于机械加工的限制，传统靶线法(或电探针法)只能适用于某些装药约束条件，从而制约了该方法的应用场合。因此，为了较准确地测量微尺度装药爆速并拓展其应用场合，就必须同时解决上述四个问题。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种微尺度装药爆速测试系统，传感器的电探针具有微型化、薄膜化、定位精确及电磁屏蔽等特点，提高微尺度装药爆速的测量精度；同时，传感器具有一定的柔性，可满足各种微尺度装药约束条件下爆速的测量；对准装置能将电探针与微尺度装药对准，再配合相关设备即可实现微尺度装药爆速的测量。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种微尺度装药爆速测试系统，包括小型爆炸容器1，小型爆炸容器1内固定有对准装置2，对准装置2将雷管8、微尺度装药9和传感器10对准，雷管8的输入端与起爆装置3连接，传感器10的输出端通过同轴电缆6与通断信号适配器4的输入端连接，通断信号适配器4的输出端通过同轴电缆6与示波器5连接。
所述的小型爆炸容器1包括底座1-1，底座1-1通过限位结构和保护盖1-3连接，底座1-1上方开有三个引线口1-2。
所述的对准装置2包括装药载体2-1和传感器载体2-3，装药载体2-1通过螺栓固定于传感器载体2-3上，装药载体2-1上开有雷管定位孔2-4和装药槽2-5，传感器载体2-3上设有传感器定位标记2-2。
所述的微尺度装药9通过直写工艺制作于装药槽2-5中，装药宽度和高度为1mm，长度为5cm。
所述的传感器10粘贴在传感器载体2-3上。
所述的传感器10包括基底10-1，基底10-1上设有若干具有间距的电探针组，每组电探针包含两根在长度方向相对布置且具有间隔的电探针10-2，电探针10-2的外侧连接有压焊块10-5，每根电探针10-2上覆盖有电磁屏蔽层10-4，基底10-1上还设有对准标记10-3。
所述的电探针组之间采用等间距排布，或采用变间距排布，根据实际测量情况而定。
所述的基底10-1采用聚酰亚胺或聚四氟乙烯柔性材料，通过旋涂固化或化学气相沉积工艺制成，厚度为25μm。
所述的电探针10-2和压焊块10-5采用金或铜材料，通过靶材溅射而成；电探针10-2的宽度为50μm，厚度为100nm；电探针组内的探针间隔略小于微尺度装药9宽度。
所述的电磁屏蔽层10-4包含三层结构：最内层为绝缘层10-4a，厚度100nm，采用氧化铝无机材料，通过溅射工艺形成，或采用聚酰亚胺有机材料，通过旋涂固化工艺形成；中间层为电磁屏蔽工作层10-4c，厚度为1μm，采用金属、导电纳米银浆、碳纳米管或石墨烯材料；最外层为保护层10-4b，厚度200nm，采用二氧化硅无机材料，通过溅射工艺形成，或采用Parylene有机材料，通过化学气相沉积工艺形成。
本发明的有益效果为：
由于传感器10采用MEMS工艺实现了电探针10-2的微型化与薄膜化，从而减小了其对微尺度装药爆轰波阵面的影响；同时也实现了电探针10-2的精确定位，从而提高了爆速的测量精度；由于电探针10-2上面覆盖的电磁屏蔽层10-4大大减弱了电探针10-2之间的信号干扰，这不仅提高了爆速的测量精度，还使得电探针10-2可密集排布，为爆速曲线的测量奠定了基础；传感器10可被粘贴于任何基板上，从而拓展了其应用场合；此外，对准装置2实现了传感器10与微尺度装药9的对准，进一步提高了微尺度装药爆速的测量精度。
附图说明
图1为本发明微尺度装药爆速测试系统的结构示意图。
图2为本发明小型爆炸容器的结构示意图，图(a)为小型爆炸容器底座的示意图，图(b)为小型爆炸容器保护盖的示意图。
图3为本发明对准装置的结构示意图，图(a)为对准装置与各对应部件的安装关系示意图，图(b)为对准装置中装药载体的结构示意图。
图4为本发明传感器的结构示意图。
图5为本发明单根电探针的侧视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做详细说明。
参照图1、图2、图3、图4和图5，一种微尺度装药爆速测试系统，包括小型爆炸容器1，小型爆炸容器1的底座1-1内通过胶水固定有对准装置2；通过对准装置2的定位标记2-2将传感器10与传感器载体2-3对准，并利用胶水固定，对准装置2的装药载体2-1上设有装药槽2-5和雷管定位孔2-4，微尺度装药9通过直写工艺制作于装药槽2-5中，装药宽度和高度为1mm，长度为5cm；雷管8固定于雷管定位孔2-4中；在安装过程中，微尺度装药9与传感器10的电探针10-2垂直，并与电磁屏蔽层10-4接触，雷管8底部与微尺度装药9接触；装药载体2-1与传感器载体2-3通过螺栓固定，安装完成后微尺度装药9与电探针组内的间隔对齐，对准装置2将雷管8、微尺度装药9和传感器10对准；
雷管8的输入端和起爆装置3通过导线7连接；传感器10的输出端由导线7引出，并与通断信号适配器4的输入端通过同轴电缆6连接；通断信号适配器4的输出端通过同轴电缆6与示波器5连接。
参照图2(a)和(b)，所述的小型爆炸容器1包括底座1-1，底座1-1通过限位结构与保护盖1-3连接，避免了装配过程中的绕线干扰和静电干扰；底座1-1的上方开有三个引线口1-2，既方便导线7引出，还可以避免爆炸碎片飞出。
参照图3(a)和(b)，所述的对准装置2包括装药载体2-1和传感器载体2-3，装药载体2-1和传感器载体2-3通过螺栓固定连接；传感器载体2-3上的定位标记2-2以及装药载体2-3上的装药槽2-5均通过激光加工制作，雷管定位孔2-4通过精密机械加工制作，这样可以实现雷管8、微尺度装药9以及传感器10之间的精确定位。
参照图4和图5，所述的传感器10包括基底10-1，基底10-1上通过MEMS工艺溅射有两列左右对称布置的电探针10-2，每根电探针10-2上覆盖有电磁屏蔽层10-4；每行电探针10-2相对布置且具有间隔，共同组成一电探针组，电探针组之间具有间距，电探针10-2的外侧连接有压焊块10-5，每组电探针的导通信号由压焊块10-5通过导线7引出；基底10-1上设有对准标记10-3，对准标记10-3有助于传感器10与传感器载体2-3的对准。
所述的基底10-1采用聚酰亚胺、聚四氟乙烯等柔性材料，通过旋涂固化或化学气相沉积等工艺制成，厚度为25μm。
所述的电探针10-2和压焊块10-5采用金、铜等导电性能良好的材料，通过靶材溅射而成；电探针10-2的宽度为50μm，厚度为100nm；电探针组内的探针间距略小于微尺度装药9宽度，以保证爆轰波传播过程中电探针有效导通；电探针组之间可以等间距排布，也可以变间距排布，根据实际测量情况而定。
所述的电磁屏蔽层10-4包含三层结构：最内层为绝缘层10-4a，厚度100nm左右，采用氧化铝等无机材料，通过溅射工艺形成，也可采用聚酰亚胺等有机材料，通过旋涂固化等工艺形成；中间层为电磁屏蔽工作层10-4c，厚度约为1μm，可采用金属、导电纳米银浆、碳纳米管、石墨烯等材料；最外层为保护层10-4b，厚度200nm左右，可采用二氧化硅等无机材料，通过溅射工艺形成，也可采用Parylene等有机材料，通过化学气相沉积等工艺形成。
本发明测试系统的工作原理为：
进行测试实验时，手动触发起爆装置3，雷管8爆炸后起爆微尺度装药9；微尺度装药9爆轰波阵面附件的爆轰产物处于高温高压状态，产物分子被热离解，从而使得爆轰波阵面具有导电性；当爆轰波阵面传播至某组电探针10-2时，爆轰波阵面的导电性使得该组电探针10-2导通；导通信号经由通断信号适配器4传输到示波器5上形成一个电压阶跃信号；读取示波器5上阶跃信号之间的时间差，并利用电探针组之间的间距即能够计算出微尺度装药的平均爆速。
Claims (6)
1.一种微尺度装药爆速测试系统，包括小型爆炸容器(1)，其特征在于：小型爆炸容器(1)内固定有对准装置(2)，对准装置(2)将雷管(8)、微尺度装药(9)和传感器(10)对准，雷管(8)的输入端与起爆装置(3)连接，传感器(10)的输出端通过同轴电缆(6)与通断信号适配器(4)的输入端连接，通断信号适配器(4)的输出端通过同轴电缆(6)与示波器(5)连接；
所述的小型爆炸容器(1)包括底座(1-1)，底座(1-1)通过限位结构和保护盖(1-3)连接，底座(1-1)上方开有三个引线口(1-2)；
所述的对准装置(2)包括装药载体(2-1)和传感器载体(2-3)，装药载体(2-1)通过螺栓固定于传感器载体(2-3)上，装药载体(2-1)上开有雷管定位孔(2-4)和装药槽(2-5)，传感器载体(2-3)上设有传感器定位标记(2-2)；
所述的传感器(10)包括基底(10-1)，基底(10-1)上设有若干具有间距的电探针组，每组电探针包含两根在长度方向相对布置且具有间隔的电探针(10-2)，电探针(10-2)的外侧连接有压焊块(10-5)，每根电探针(10-2)上覆盖有电磁屏蔽层(10-4)，基底(10-1)上还设有对准标记(10-3)；
所述的电磁屏蔽层(10-4)包含三层结构：最内层为绝缘层(10-4a)，厚度100nm，采用氧化铝无机材料，通过溅射工艺形成，或采用聚酰亚胺有机材料，通过旋涂固化工艺形成；中间层为电磁屏蔽工作层(10-4c)，厚度为1μm，采用金属、导电纳米银浆、碳纳米管或石墨烯材料；最外层为保护层(10-4b)，厚度200nm，采用二氧化硅无机材料，通过溅射工艺形成，或采用Parylene有机材料，通过化学气相沉积工艺形成。
2.根据权利要求1所述的一种微尺度装药爆速测试系统，其特征在于：所述的传感器(10)粘贴在传感器载体(2-3)上。
3.根据权利要求1所述的一种微尺度装药爆速测试系统，其特征在于：所述的微尺度装药(9)通过直写工艺制作于装药槽(2-5)中，装药宽度和高度为1mm，长度为5cm。
4.根据权利要求1所述的一种微尺度装药爆速测试系统，其特征在于：所述的电探针组之间采用等间距排布，或采用变间距排布，根据实际测量情况而定。
5.根据权利要求1所述的一种微尺度装药爆速测试系统，其特征在于：所述的基底(10-1)采用聚酰亚胺或聚四氟乙烯柔性材料，通过旋涂固化或化学气相沉积工艺制成，厚度为25μm。
6.根据权利要求1所述的一种微尺度装药爆速测试系统，其特征在于：所述的电探针(10-2)和压焊块(10-5)采用金或铜材料，通过靶材溅射而成；电探针(10-2)的宽度为50μm，厚度为100nm；电探针组内的电探针间隔略小于微尺度装药(9)宽度。
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