CN111537055B - 一种用于超高压冲击波测量探针布设实验装置及其实验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于超高压冲击波测量探针布设实验装置及其实验方法，包括基板，基板安装在样品盒内，基板与飞片相配合，所述基板通过绝缘组件与基座相配合，基座设置在样品盒内；所述基座内设置有探针支架，探针支架上部自上而下依次设置有防波结构和封装结构，防波结构与样品盒相连接，探针支架下部设置有样品仓；所述探针支架和封装结构内穿设有弹簧探针，弹簧探针和样品仓均与绝缘组件相配合，弹簧探针依次通过防波结构和封装结构与多路程控讯号源相连接，多路程控讯号源与示波器相连接。本发明整体结构设计紧凑，操作方便，使用寿命长，解决了每次测量实验后损失一段信号线的长度，导致实验成本增加的问题。

Description

一种用于超高压冲击波测量探针布设实验装置及其实验方法

技术领域

本发明涉及超高压冲击波测量实验的技术领域，尤其涉及一种用于超高压冲击波测量探针布设实验装置及其实验方法。

背景技术

材料本身的力学和热力学性质决定了其在脉冲载荷作用下的冲击波特性及其特性参量。因此，只要测量出被测材料的冲击波特性及其参量就可以反推出材料的力学和热力学性质，从而确定材料的物态方程。冲击波是一种高速运动的波阵面，一般来说，冲击波在样品中“掠过”的全过程会在微秒到亚微秒甚至更短的瞬间完成，因此对实验装置的精度和探测仪器的时间分辨率要求极高，稍有偏差就会导致冲击实验的失败。

弹簧探针在超高压冲击波测量中应用较为广泛，测量冲击波时在样品前后表面布设一系列的弹簧探针，冲击波到达就会触发电探针导通，产生瞬时电流从而记录冲击波到达的时间。通过电探针测量冲击波具有采集点分布密度高、成本低、精度高等优点。但是，在目前使用的电探针测量冲击波的安装布设的过程中存在诸多问题：首先，信号线(同轴线)直接焊接在探针上，操作不便的同时降低了布针密度；其次，在进行封装时，无论是使用瞬干胶还是树脂胶，操作不慎就会导致胶体流入探针空隙中，阻塞空隙使得探针无法回弹，整个测量装置便会报废；再次，冲击波测量实验对探针的测点位置要求非常精确，而且每个探针的伸出长度必须一致，严禁高低参差不齐；最后，每次测量实验都会损失一段信号线的长度，每根信号线使用3～5次之后即需要更换，导致实验成本增加。

发明内容

针对目前使用电探针测量冲击波测量实验时，操作不便，封装难度高，限制条件多的技术问题，本发明提出一种用于超高压冲击波测量探针布设实验装置及其实验方法。

为了解决上述问题，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于超高压冲击波测量探针布设实验装置，包括基板，基板安装在样品盒内，基板与飞片相配合，所述基板通过绝缘组件与基座相配合，基座设置在样品盒内；所述基座内设置有探针支架，探针支架上部自上而下依次设置有防波结构和封装结构，防波结构与样品盒相连接，探针支架下部设置有样品仓；所述探针支架和封装结构内穿设有弹簧探针，弹簧探针和样品仓均与绝缘组件相配合，弹簧探针依次通过防波结构和封装结构与多路程控讯号源相连接，多路程控讯号源与示波器相连接。

优选地，所述绝缘组件包括迈拉膜，迈拉膜设置在基板上且迈拉膜与弹簧探针和样品仓内的待测样品相配合。

优选地，所述防波结构包括金属防波管，金属防波管内穿设有高温硅胶线，高温硅胶线分别与封装结构和同轴线相连接，同轴线与多路程控讯号源相连接；所述金属防波管通过导线与样品盒相连接。

优选地，所述封装结构包括有机玻璃管，有机玻璃管内设置有负载电阻，负载电阻分别与防波结构中的高温硅胶线和弹簧探针相连接，弹簧探针分别穿设在有机玻璃管和探针支架内；所述有机玻璃管填充有调制的环氧树脂胶。

优选地，所述探针支架上分别开设有贯通探针支架的前探针孔和后探针孔，前探针孔和后探针孔内均穿设有弹簧探针，弹簧探针分别与绝缘组件中的迈拉膜和样品仓内的待测样品相配合。

优选地，所述前探针孔和后探针孔的孔径大于弹簧探针的直径，前探针孔的孔径和后探针孔的孔径与弹簧探针的直径余量不大于0.05mm；所述弹簧探针端部穿出探针支架下端面0.2～0.3mm。

一种用于超高压冲击波测量探针布设实验装置的实验方法，包括以下步骤：

S1、首先在样品盒内放置基板，基板上粘贴有与弹簧探针和样品仓对应的迈拉膜；

S2、随后将待测样品放入到样品仓，在基座内装入探针支架，探针支架放置在样品盒内，在探针支架上首先安装封装机构，将封装结构中的有机玻璃管嵌入在探针支架上，随后将封装机构中的负载电阻通过引线与弹簧探针焊接，随后进行注胶操作；

S3、通过注射器将调制的环氧树脂胶注入到有机玻璃管内，直到胶体液面淹没负载电阻主体后停止注入，在室温下静置24小时固化，随后将弹簧探针穿入到有机玻璃管内；

S4、随后在有机玻璃管内安装防波结构中的金属防波管，将金属防波管内的高温硅胶线分别与负载电阻和同轴线连接起来，随后利用同轴线将示波器和多路程控网络讯号源连接起来，同时将金属防波管通过导线与样品盒连接；

S5、各设备连接完成后，开始试验，利用高速飞行的飞片撞击基板产生冲击波，冲击波在基板和待测样品中传播，冲击波传至待测样品前后界面后，迈拉膜气化，弹簧探针导通产生脉冲信号，产生的脉冲信号通过示波器记录，对冲击波阵面倾斜、弯曲矫正之后就可以得到冲击在待测样品中传播的时间。

优选地，所述步骤S3中调制环氧树脂胶时，掺入增稠剂且增稠剂的掺入质量分数为0.1％～3％。

优选地，所述增稠剂包括气相二氧化硅。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、本发明通过将弹簧探针插入到探针支架上，弹簧探针与基板之间设置迈拉膜，在待测样品和弹簧探针之间设置迈拉膜，在高速飞行的飞片撞击基板时产生冲击波，冲击波传至待测样品前后界面处，迈拉膜气化，使得弹簧探针产生一个脉冲信号，进而记录了冲击波冲击前后时间，整体操作简单，大大提高了实验效率；

2、本发明通过将有机玻璃管嵌入在探针支架上，向有机玻璃管内注入调制好的环氧树脂胶对有机玻璃管内的负载电阻进行固化封装处理，整体封装简便，结构设计紧凑；

3、本发明通过在有机玻璃管上安装金属防波管，在金属防波管内穿设高温硅胶线和同轴线对信号线起到了防护效果，解决了传统每次测量实验都会损失一段信号线的长度，每根信号线使用3～5次之后即需要更换，导致实验成本增加的问题，整体信号线可长久使用，节约了实验成本，不受实验次数限制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中探针支架的结构示意图。

图2为本发明中基座的结构示意图。

图3为本发明整体结构示意图。

图4为本发明工作原理图。

图中，101为后探针孔，102为前探针孔，103为样品仓，104为限位槽，201为基座，301为样品盒，302为基板，303为待测样品，304为迈拉膜，305为探针支架，306为弹簧探针，307为负载电阻，308为有机玻璃管，309为高温硅胶线，310为同轴线，311为金属防波管，312为导线，313为环氧树脂胶，401为飞片，403为多路程控网路讯号源，404为同轴线，405为示波器。

具体实施方式

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付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。

实施例1：如图1所示，一种用于超高压冲击波测量探针布设实验装置，包括基板302，基板302安装在样品盒301内，样品盒安装在靶架上，进行校靶，检查线路，进行冲击波测量的实验，基板302与飞片401相配合，飞片由高速冲击装置冲击后，高速飞行，所述基板302通过绝缘组件与基座201相配合，基座选用不锈钢材质，表面做抛光处理，平面度为5μm，绝缘组件包括迈拉膜304，迈拉膜304设置在基板302上，基座201设置在样品盒301内，迈拉膜厚度为5～25μm，样品盒选用铝合金材质，待测样品、基板与弹簧探针头部之间用迈拉膜隔开，然后放置在样品盒中固定。

所述探针支架305底面中心处设置有样品仓103，探针支架305上开设有限位槽104，限位槽104内嵌入有封装机构中的有机玻璃管308；所述样品仓103的直径和样品仓103的深度与待测样品303的直径和待测样品303的深度余量均不大于0.1mm。

如图2所示，所述基座201内设置有探针支架305，探针支架选用有机玻璃材料，探针支架305上部自上而下依次设置有防波结构和封装结构，防波结构与样品盒301相连接，探针支架305下部设置有样品仓103；所述探针支架305和封装结构内穿设有弹簧探针306，弹簧探针优选小直径弹簧探针，小直径弹簧探针头部为圆形；弹簧探针306和样品仓103均与绝缘组件相配合，迈拉膜304与弹簧探针306和样品仓103内的待测样品303相配合，利用迈拉膜将弹簧探针与待测样品隔开，在冲击波实验时，在超高压冲击波的作用下使得迈拉膜气化，进而使得弹簧探针导通产生一个脉冲信号，弹簧探针306依次通过防波结构和封装结构与多路程控讯号源403相连接，多路程控讯号源403与示波器405相连接。

如图3所示，所述防波结构包括金属防波管311，金属防波管311内穿设有高温硅胶线309，高温硅胶线优选awg线，长度为0.5～0.6m且保证长度一致，高温硅胶线一端连接同轴线芯线，采用焊接方式，焊接处利用热缩管加以固定和绝缘，高温硅胶线309分别与封装结构和同轴线310相连接，同轴线310与多路程控讯号源403相连接；所述金属防波管311通过导线312与样品盒301相连接，高温硅胶线穿置于金属防波管中，金属防波管的长度略大于高温硅胶线长度，所述高温硅胶线另一端焊接在负载电阻一端，并利用热宿管固定和绝缘，同轴线的皮线与金属防波管连接，金属防波管通过引线连接至所述样品盒，弹簧探针与同轴线通过高温硅胶线一一对应，金属防波管束缚固定在封装后的有机玻璃管上。

所述封装结构包括有机玻璃管308，有机玻璃管308内设置有负载电阻307，负载电阻选用小体积金属膜电阻，负载电阻307分别与防波结构中的高温硅胶线309和弹簧探针306相连接，金属膜电阻一端引线留5～10mm，采用焊接的方式焊接到弹簧探针尾部，弹簧探针306分别穿设在有机玻璃管308和探针支架305内；所述有机玻璃管308填充有调制的环氧树脂胶313。

所述探针支架305上分别开设有贯通探针支架305的前探针孔102和后探针孔101，前探针孔和后探针孔均为通孔，通孔的直径略大于弹簧探针直径且通孔孔壁光滑，簧探针可以在前探针孔和后探针孔中自由滑落，前探针孔102和后探针孔101的孔径大于弹簧探针306的直径，前探针孔102的孔径和后探针孔101的孔径与弹簧探针306的直径余量不大于0.05mm；所述弹簧探针306端部穿出探针支架305下端面0.2～0.3mm；前探针孔102和后探针孔101内均穿设有弹簧探针306，弹簧探针306分别与绝缘组件中的迈拉膜304和样品仓103内的待测样品303相配合。

实施例2：如图4所示，一种用于超高压冲击波测量探针布设实验装置的实验方法，包括以下步骤：

S1、首先在样品盒301内放置基板302，基板302上粘贴有与弹簧探针306和样品仓103对应的迈拉膜304；

S2、随后将待测样品303放入到样品仓103，在基座201内装入探针支架305，探针支架305放置在样品盒301内，在探针支架305上首先安装封装机构，将封装结构中的有机玻璃管308嵌入在探针支架305上，随后将封装机构中的负载电阻307通过引线与弹簧探针306焊接，随后进行注胶操作；

S3、通过注射器将调制的环氧树脂胶313注入到有机玻璃管308内，调制环氧树脂胶313时，掺入增稠剂且增稠剂的掺入质量分数为0.1％～3％，增稠剂包括气相二氧化硅，增稠剂用于调节环氧树脂胶的粘度，直到胶体液面淹没负载电阻307主体后停止注入，在室温下静置24小时或放入烘箱40°静置8小时进行固化，随后将弹簧探针306穿入到有机玻璃管308内，布置弹簧探针，注胶和固化过程中严禁脱离基座进行；

S4、随后在有机玻璃管308内安装防波结构中的金属防波管311，将金属防波管311内的高温硅胶线309分别与负载电阻307和同轴线404连接起来，随后利用同轴线404将示波器405和多路程控网络讯号源403连接起来，同时将金属防波管311通过导线312与样品盒301连接；

S5、各设备连接完成后，开始试验，利用高速飞行的飞片401撞击基板302产生冲击波，冲击波在基板302和待测样品303中传播，冲击波传至待测样品303前后界面后，迈拉膜304气化，弹簧探针306导通产生脉冲信号，产生的脉冲信号通过示波器405记录，对冲击波阵面倾斜、弯曲矫正之后就可以得到冲击在待测样品303中传播的时间。

本实施例中飞片和金属基板均使用高纯无氧铜，待测样品选用为铁合金，飞片在高速冲击装置作用下碰撞速度为3.92km/s，在样品后表面布置7根弹簧探针7根，样品前表面布置14根弹簧探针，具体实验数据如下：

表1为弹簧谈在Z轴坐标和探针触发时间表

表1

表2为本实施例冲击波测量结果

表2

其余结构与实施例1相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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 (7)

1.一种用于超高压冲击波测量探针布设实验装置，包括基板（302），基板（302）安装在样品盒（301）内，基板（302）与飞片（401）相配合，其特征在于，所述基板（302）通过绝缘组件与基座（201）相配合，基座（201）设置在样品盒（301）内；所述基座（201）内设置有探针支架（305），探针支架（305）上部自上而下依次设置有防波结构和封装结构，防波结构与样品盒（301）相连接，探针支架（305）下部设置有样品仓（103）；所述探针支架（305）和封装结构内穿设有弹簧探针（306），弹簧探针（306）和样品仓（103）均与绝缘组件相配合，弹簧探针（306）依次通过防波结构和封装结构与多路程控讯号源（403）相连接，多路程控讯号源（403）与示波器（405）相连接；

所述绝缘组件包括迈拉膜（304），迈拉膜（304）设置在基板（302）上且迈拉膜（304）与弹簧探针（306）和样品仓（103）内的待测样品（303）相配合；

所述防波结构包括金属防波管（311），金属防波管（311）内穿设有高温硅胶线（309），高温硅胶线（309）分别与封装结构和同轴线（310）相连接，同轴线（310）与多路程控讯号源（403）相连接；所述金属防波管（311）通过导线（312）与样品盒（301）相连接；

所述封装结构包括有机玻璃管（308），有机玻璃管（308）内设置有负载电阻（307），负载电阻（307）分别与防波结构中的高温硅胶线（309）和弹簧探针（306）相连接，弹簧探针（306）分别穿设在有机玻璃管（308）和探针支架（305）内；所述有机玻璃管（308）填充有调制的环氧树脂胶（313）；

所述弹簧探针（306）与样品仓（103）内的待测样品（303）相配合。

2.根据权利要求1所述的用于超高压冲击波测量探针布设实验装置，其特征在于，所述探针支架（305）上分别开设有贯通探针支架（305）的前探针孔（102）和后探针孔（101），前探针孔（102）和后探针孔（101）内均穿设有弹簧探针（306），弹簧探针（306）分别与绝缘组件中的迈拉膜（304）和样品仓（103）内的待测样品（303）相配合。

3.根据权利要求2所述的用于超高压冲击波测量探针布设实验装置，其特征在于，所述前探针孔（102）和后探针孔（101）的孔径大于弹簧探针（306）的直径，前探针孔（102）的孔径和后探针孔（101）的孔径与弹簧探针（306）的直径余量不大于0.05mm；所述弹簧探针（306）端部穿出探针支架（305）下端面0.2~0.3mm。

4.根据权利要求3所述的用于超高压冲击波测量探针布设实验装置，其特征在于，所述探针支架（305）底面中心处设置有样品仓（103），探针支架（305）上开设有限位槽（104），限位槽（104）内嵌入有封装机构中的有机玻璃管（308）；所述样品仓（103）的直径和样品仓（103）的深度与待测样品（303）的直径和待测样品（303）的深度余量均不大于0.1mm。

5.根据权利要求1-4中任意一项所述的用于超高压冲击波测量探针布设实验装置的实验方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、首先在样品盒（301）内放置基板（302），基板（302）上粘贴有与弹簧探针（306）和样品仓（103）对应的迈拉膜（304）；

S2、随后将待测样品（303）放入到样品仓（103），在基座（201）内装入探针支架（305），探针支架（305）放置在样品盒（301）内，在探针支架（305）上首先安装封装机构，将封装结构中的有机玻璃管（308）嵌入在探针支架（305）上，随后将封装机构中的负载电阻（307）通过引线与弹簧探针（306）焊接，随后进行注胶操作；

S3、通过注射器将调制的环氧树脂胶（313）注入到有机玻璃管（308）内，直到胶体液面淹没负载电阻（307）主体后停止注入，在室温下静置24小时固化，随后将弹簧探针（306）穿入到有机玻璃管（308）内；

S4、随后在有机玻璃管（308）内安装防波结构中的金属防波管（311），将金属防波管（311）内的高温硅胶线（309）分别与负载电阻（307）和同轴线（404）连接起来，随后利用同轴线（404）将示波器（405）和多路程控网络讯号源（403）连接起来，同时将金属防波管（311）通过导线（312）与样品盒（301）连接；

S5、各设备连接完成后，开始试验，利用高速飞行的飞片（401）撞击基板（302）产生冲击波，冲击波在基板（302）和待测样品（303）中传播，冲击波传至待测样品（303）前后界面后，迈拉膜（304）气化，弹簧探针（306）导通产生脉冲信号，产生的脉冲信号通过示波器（405）记录，对冲击波阵面倾斜、弯曲矫正之后就可以得到冲击在待测样品（303）中传播的时间。

6.根据权利要求5所述的用于超高压冲击波测量探针布设实验装置的实验方法，其特征在于，所述步骤S3中调制环氧树脂胶（313）时，掺入增稠剂且增稠剂的掺入质量分数为0.1%~3%。

7.根据权利要求6所述的用于超高压冲击波测量探针布设实验装置的实验方法，其特征在于，所述增稠剂包括气相二氧化硅。

Images