CN206583403U - 一种大应变监检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种大应变监检测装置，包括柔性大应变传感器，所述的柔性大应变传感器包括柔性基板，通过具有延展性的胶黏剂粘附在柔性基板上的导电层，与导电层相连的两根引线，其特征在于：所述的导电层为梭织布，其经线为聚氨基甲酸酯纤维纱线，其纬线为聚氨基甲酸酯纤维为纱芯的短纤包覆纱，所述的短纤为金属纤维、碳素复合纤维或腈纶铜络合纤维。与现有技术相比，本实用新型具有特殊的结构和优异的物理化学性能，特别适用于大变形测试。其具有结构尺寸小、量程大（30%）、模量小等突出优点，是药柱内孔表面应变的理想的测试元件。

Description

一种大应变监检测装置

技术领域

本实用新型涉及固体发动机推进剂药柱监检测技术领域，具体涉及一种大应变监检测装置。

背景技术

固体发动机推进剂药柱在生产、服役以及飞行过程中要经历多种载荷。在各种载荷作用下固体发动机药柱将产生较大的变形及应变。目前，药柱在硫化降温及内压载荷下的结构完整性的失效判据主要以药柱的应变作为失效判据，因此，药柱的大应变监测对于固体发动机具有重大意义。

测量应变的技术有很多，早期的应变测试技术基本上是从测量金属棒材或板材伸长率或变形发展起来的。应变测试技术主要有：电阻应变计、数字散斑相关方法、光纤光栅应变计。

电阻应变计是目前各种应变测试技术中最成熟，使用最广泛的测试技术。但是常用的电阻应变计的测量变形范围不超过2%，目前，特种应变片的最大测量范围能达到20%，主要用于金属和塑料的破坏性试验。推进剂装药电测法的主要难点是药柱是粘弹性高分子材料，线胀系数大，应变大，因此，传统的电测法技术在药柱应变测量中“死片”率高，应变计与推进剂的模量不匹配，而且表面清洗、粘接工艺复杂，很难在药柱内孔应变试验中采用。

数字散斑相关技术是利用数学相关方法来分析受载荷作用下试样表面的数字图象数据，来精确测定变形。属于非接触式测量手段。但是这种方法在药柱应变测量中也存在很多问题。首先，测试需要在药柱表面制斑，制斑的喷剂为化学制剂，对药柱燃烧和力学性能造成的影响短期内难以评估；其次，测试结果对被测对象表面的制斑质量有较强的依赖性，测试结果的精度和稳定性较差。再者，数字散斑测试用光源和相机体积相对于发动机药柱内孔尺寸来说较大。光源和双CCD相机很难用于测试药柱的内孔表面应变。更重要的是被测件和测试设备的振动对测试结果有较大的影响。

光纤光栅应变测试技术发展较快，但是由于光纤材料的应变量程较小，因此，当前的光纤光栅应变测试技术并不适用药柱应变测试。通过对多种应变测试技术的对比分析，认为应变计、光纤光栅、数字散斑等方法由于上述各种原因，均不适合固体发动机药柱表面应变的测试。

对于贴壁浇注的内孔燃烧发动机药型来说，药柱的大应变分布基本在药柱的内孔表面，随着径向值增加，药柱内部的应变值越来越小，所以，药柱应变的监测主要是对药柱内孔表面应变的监测。固体发动机药柱在硫化降温载荷作用下应变约为7%，在低温-40℃环境下，药柱应变约为18%；药柱在发动机内压载荷作用下的应变约为12%，因此，发动机药柱最大应变通常可以达到30%左右。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种可适用于检测固体火箭发动机推进剂药柱变形的柔性大应变传感器，所采取的技术方案是：

一种大应变监检测装置，包括柔性大应变传感器，所述的柔性大应变传感器包括柔性基板，通过具有延展性的胶黏剂粘附在柔性基板上的导电层，与导电层相连的两根引线，其特征在于：所述的导电层为梭织布，其经线为聚氨基甲酸酯纤维纱线，其纬线为聚氨基甲酸酯纤维纱芯的短纤包覆纱，所述的短纤为金属纤维、碳素复合纤维或腈纶铜络合纤维。聚氨基甲酸酯纤维又称聚氨酯弹性纤维，中国称氨纶。具有类似橡胶丝的高弹性回复率和高断裂伸长，其弹性伸长达 400%～700%，当伸长为500%～600% 时弹性回复率为97%～98%。

进一步地，还包括电源管理单元，数据采集单元，数据处理和转换单元，处理器单元及蓝牙传输单元，所述的电源管理单元采用可充电的锂电池为供电方式；所述的数据采集单元从柔性大应变传感器采集相应的电压信号，并且将相关的电压信号传给信号处理和转换模块进行处理；数据转换单元将传感器对从传感器采集的电压信号进行采样，量化以及校正和转换处理；蓝牙传输单元将数据转换单元处理后得到的应变信号通过串口通信的方式传送给计算机、移动设备或者其他具有串口数据接收功能的设备进行高层次的应用。

具体地，所述的柔性基板包括天然橡胶板，合成橡胶板，聚氨酯板。

与现有技术相比，本实用新型具有特殊的结构和优异的物理化学性能，特别适用于大变形测试。其具有结构尺寸小、量程大（30%）、模量小等突出优点，是药柱内孔表面应变的理想的测试元件。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

图2是本实用新型柔性大应变传感器的结构示意图。

图3是图2的左视图。

具体实施方式

一种大应变监检测装置，包括柔性大应变传感器、电源管理单元，数据采集单元，数据处理和转换单元，处理器单元及蓝牙传输单元，所述的电源管理单元采用可充电的锂电池为供电方式；所述的数据采集单元从柔性大应变传感器采集相应的电压信号，并且将相关的电压信号传给信号处理和转换模块进行处理；数据转换单元将传感器对从传感器采集的电压信号进行采样，量化以及校正和转换处理；蓝牙传输单元将数据转换单元将数据转换单元处理后得到的应变信号通过串口通信的方式传送给计算机、移动设备或者其他具有串口数据接收功能的设备进行高层次的应用。所述的柔性大应变传感器包括柔性基板1，通过具有延展性的胶黏剂粘附在柔性基板1上的导电层2，与导电层2相连的两根引线3，其特征在于：所述的导电层2为梭织布，其经线21为聚氨基甲酸酯纤维纱线，其纬线22为聚氨基甲酸酯纤维为纱芯的短纤包覆纱，所述的短纤为金属纤维、碳素复合纤维或腈纶铜络合纤维。所述的柔性基板为天然橡胶板。

柔性大应变传感器校准

将制备好的柔性大应变传感器装载于应力应变测试仪器上，将传感器两端的非测试面用拉伸机的夹头夹持。试验开始前用千分尺测量传感器的标距。利用拉伸机给柔性织物传感器一个预应变值（10%），然后进行逐级加载，最大应变为50%的拉伸试验，记录相应的应力、应变和电阻数据。测试数据见表1：

表1：传感器校准数据表

由表1中数据可以看出，柔性大应变传感器的线性较好，整体误差较小。在小应变测试时，由于传感器在小应变范围内的非线性，使得在小应变时传感器实测数据误差较大，线性程度不好；在大应变测试时，线性程度较好。

标准试件大应变监检测试验：

为了考核传感器的粘接工艺及其对推进剂大应变监检测的适应性，以固体推进剂哑铃型标准试件为试验对象，采用CMT6203台式电子万能试验机和大应变监检测系统进行试验。

试验过程为：首先将大应变传感器粘贴在哑铃型试件中间部位，待粘接剂固化后，用千分尺测量并记录传感器标距，输入测试软件内，对制作的哑铃型标准试件在CMT6203台式电子万能试验机上进行逐级定应变拉伸，同时采用大应变监检测系统进行哑铃型试件的大应变测试，读取监检测系统的应变数据。试验数据如表2所示。

由下表2可以看出，传感器数据输出整体误差较小。在小应变测试时，由于传感器的非线性较差，使得在小应变时传感器实测数据误差相对较大；在大应变测试时，传感器线性度较好，测试精度较高，总体测试误差小于10％。

表2：大应变监检测试验数据表:

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Claims (3)

1.一种大应变监检测装置，包括柔性大应变传感器，其特征在于：所述的柔性大应变传感器包括柔性基板，通过具有延展性的胶黏剂粘附在柔性基板上的导电层，与导电层相连的两根引线，其特征在于：所述的导电层为梭织布，其经线为聚氨基甲酸酯纤维纱线，其纬线为聚氨基甲酸酯纤维纱芯的短纤包覆纱，所述的短纤为金属纤维、碳素复合纤维或腈纶铜络合纤维。

2.根据权利要求1所述的一种大应变监检测装置，其特征在于：还包括电源管理单元，数据采集单元，数据处理和转换单元，处理器单元及蓝牙传输单元，所述的电源管理单元采用可充电的锂电池为供电方式；所述的数据采集单元从柔性大应变传感器采集相应的电压信号，并且将相关的电压信号传给信号处理和转换模块进行处理；数据转换单元将传感器对从传感器采集的电压信号进行采样，量化以及校正和转换处理；蓝牙传输单元将数据转换单元将数据转换单元处理后得到的应变信号通过串口通信的方式传送给计算机、移动设备或者具有串口数据接收功能的设备。

3.根据权利要求1所述的一种大应变监检测装置，其特征在于：所述的柔性基板包括天然橡胶板，合成橡胶板或聚氨酯板。