專利名稱：電容式壓力測試儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明公開的電容式壓力測試儀屬電子測試儀器技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是一種具有微小體積、高可靠性能、高測量精度等特點的全光充電、光控制、光纖通信的防爆本質(zhì)安全型免拆放入的電容式電子壓力測試儀。
二.
背景技術(shù)：
電容式電子壓力測試儀是適用燃爆場內(nèi)壓力(如電熱化學(xué)炮膛內(nèi)壓力、彈底壓力、火炮膛內(nèi)壓力、油井射空壓力等)測試的測試儀器，適用于火藥燃燒區(qū)域內(nèi)具有高溫、 高壓的特殊環(huán)境下進行瞬態(tài)壓力測試環(huán)境。針對其使用環(huán)境的特殊性，要求這種電容式電子壓力測試儀必須具備如下性能與功能1.燃爆區(qū)內(nèi)火炸藥燃爆顆粒與高溫會直接作用于測試儀，這就要求測試儀能承受燃爆場內(nèi)高壓及伴隨高壓出現(xiàn)的瞬時高溫的作用，因此對電容式電子壓力測試儀的環(huán)境適應(yīng)性要求很高。2.測試儀需要和彈藥一起保高、低溫，保溫后直接放入炮膛射擊測試膛壓，因此，對電容式電子壓力測試儀的高低溫性能要求很高。 3.由于測試儀往往需要預(yù)先內(nèi)置于火炸藥中，這對電容式電子壓力測試儀的體積有嚴格的限制，就火炮膛壓測試來說，根據(jù)“火炮內(nèi)彈道測試方法”國家軍用標準，電子測壓器體積必須小于藥室容積的2.0%，對于中口徑火炮，這個要求是很苛刻的。4.電容式電子壓力測試儀在測試場內(nèi)壓力時要能夠承受火藥氣體擾動時所造成的沖擊。5.多臺電容式壓力測試儀同時進行測試時，測試的時標或時基要統(tǒng)一?？傊?，燃爆場內(nèi)的測試環(huán)境都極端惡劣，不僅要求電容式電子壓力測試儀耐高溫、抗高沖擊振動、適應(yīng)高低溫環(huán)境，同時要求電容式電子壓力測試儀具有微小體積、低功耗、高可靠性、高精度的特點。目前，就國內(nèi)的內(nèi)置式電子壓力測試儀與國外同種類壓力測試儀器比較而言，測量壓力達到800MPa的體積大多都在二十多立方厘米，例如HPI公司600MPa的內(nèi)置式電子壓力測試儀，該測試儀體積為22cm3，而國內(nèi)產(chǎn)品體積也達22cm3左右，去年HPI公司推出 9cm3內(nèi)置式電子壓力測試儀，但其測量范圍為0 150MPa，僅適用于迫擊炮的壓力測量。這遠不能滿足內(nèi)置式電子壓力測試儀微型化大壓力的要求。此外，目前由于電子壓力測試儀所使用的壓力傳感器價格十分昂貴，造成了電子壓力測試儀的成本難以降低。對于取代已經(jīng)使用百年的銅柱(銅球)電子壓力測試儀來說，這是當(dāng)前限制電子電容式壓力測試儀推廣應(yīng)用的主要瓶頸。我國是世界上第一個已經(jīng)開始推廣使用電子壓力測試儀的國家，降低電子壓力測試儀的價格將使電子壓力測試儀能夠全面推廣使用，這對于我國的國防建設(shè)將有重要意義。
三.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是向社會提供這種電容式壓力測量儀，該測量儀解決了燃爆場內(nèi)壓力測試儀的體積大、同時測量不同點壓力時的時基統(tǒng)一問題，能夠測量壓力范圍在 SOOMPa以內(nèi)的各種燃爆場內(nèi)壓力，例如石油井下射孔壓力、火炮膛壓、彈底壓力、電熱化學(xué)
炮膛壓等。
本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣的這種電容式壓力測試儀，是免拆的微小型放入式電容法電子壓力測試儀，技術(shù)特點在于采用帶圓角的筒形金屬殼體外筒作電容器的動極板、 三段式內(nèi)筒與動極板外筒同軸線配合設(shè)置于外筒中，選內(nèi)筒的中段作電容器的定極板，定極板中設(shè)置該電容器的測量電路，三段式內(nèi)筒的前段中設(shè)置有光充電電源，三段式內(nèi)筒的后段中設(shè)置有同步觸發(fā)的光纖導(dǎo)線，光纖導(dǎo)線的一端聯(lián)接并控制該電容器測量電路的光控開關(guān)、光纖導(dǎo)線的另一端設(shè)置在該電容器殼體外。所述的電容式壓力測試儀以一個測試電容為主構(gòu)成，設(shè)計結(jié)構(gòu)獨特，具有許多優(yōu)點。根據(jù)以上所述的電容式壓力測試儀，技術(shù)特點還有所述帶圓角的筒形金屬殼體選用具有高強度良好彈性的馬氏體實效鋼金屬材料制做，所述的內(nèi)筒選用的金屬材料為紫銅。采用的金屬殼外筒能有效屏蔽外部電磁波。根據(jù)以上所述的電容式壓力測試儀，技術(shù)特點還有所述的內(nèi)筒的前段中設(shè)置的光充電電源為激光充電電源一硅光電池，內(nèi)筒前段的前端面開設(shè)充電光窗口，在光窗口與硅光電池之間設(shè)置有光學(xué)膠固定的散射塑片，在光窗口外設(shè)置保護光窗的無孔螺堵，這些設(shè)置能防止充電時光電池被燒毀，這樣保證了光電池的安全、可靠地有效供電。根據(jù)以上所述的電容式壓力測試儀，技術(shù)特點還有所述的同步觸發(fā)的光纖導(dǎo)線是多臺電容式壓力測試儀實現(xiàn)光控同步啟動、光纖同步觸發(fā)、光纖高速傳輸、測試時基統(tǒng)一所采用的光纖導(dǎo)線，該光纖導(dǎo)線穿過內(nèi)筒后段末端面上的帶孔螺堵設(shè)置在該電容器殼體夕卜。所述采用的光纖導(dǎo)線信號傳遞時間遠小于燃壓傳遞時間，實現(xiàn)光控同步啟動、光纖同步觸發(fā)、光纖高速傳輸、測試時基統(tǒng)一，使多臺電容式壓力測試儀同步測試精度高。根據(jù)以上所述的電容式壓力測試儀，技術(shù)特點還有a.所述的三段式內(nèi)筒按設(shè)計好的尺寸位置將其分成三段，其前后兩段的外端部分別與外筒兩端部的臺階處成過盈配合，并與外筒形成共地端。所述的內(nèi)筒兩端的兩段分別與外筒的臺階處過盈配合，既解決了內(nèi)外筒的絕緣問題，又解決了地線的焊接問題，同時還更好地保證了內(nèi)外筒的同軸度。b.所述的內(nèi)筒的中段作為電容器的固定極，其前后兩段作為減弱邊緣效應(yīng)影響的保護環(huán)。這樣的結(jié)構(gòu)減弱甚至消除了各種實際操作中擾動內(nèi)筒從而影響電容值變化的種種因素。c.所述的選用馬氏體實效鋼加工成全封閉結(jié)構(gòu)的外筒，使用時外筒接地成為有效屏蔽外部電磁波造成干擾的屏蔽殼。根據(jù)以上所述的電容式壓力測試儀，技術(shù)特點還有所述的定極板中設(shè)置該電容器的測量電路先在脫模工藝下采用低介電常數(shù)的灌封膠灌封固化成電路體，當(dāng)放入內(nèi)筒中間段之后再用蠟二次灌封。這樣操作的結(jié)果使組裝在內(nèi)筒中段的測量電路將更好地固定在內(nèi)筒中，避免實驗時受到高沖擊、強震動造成電路的不穩(wěn)定等情況。根據(jù)以上所述的電容式壓力測試儀，技術(shù)特點還有所述的該電容式壓力測試儀的測量電路包括有瞬變微小電容測量電路、信號調(diào)理電路及存儲電路，其中外筒、內(nèi)筒中段構(gòu)成的電容器是瞬變微變電容測量電路信息采集或測量的傳感器。所述的瞬變微變電容測量電路輸出聯(lián)接信號調(diào)理電路的輸入，信號調(diào)理電路與存儲電路聯(lián)接。根據(jù)以上所述的電容式壓力測試儀，技術(shù)特點還有a.所述的光纖導(dǎo)線的一端聯(lián)接并控制該電容器測量電路的電源管理模塊的光控開關(guān)，該光控開關(guān)控制電容式壓力測試儀從休眠狀態(tài)到工作狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換。這樣設(shè)計使電容式壓力測試儀成為低功耗的測試儀器。b.采集的數(shù)據(jù)通過紅外進行數(shù)據(jù)傳輸，該傳輸機構(gòu)由本測試儀的存儲電路、編碼電路、紅外收發(fā)器，接收端的紅外收發(fā)器、解碼器、接口電路、計算機組成。傳輸數(shù)據(jù)時，測試儀將存儲的二進制數(shù)據(jù)經(jīng)內(nèi)部編碼歸零由紅外收發(fā)器發(fā)送出來，接收端的收發(fā)器將接收到的歸零碼數(shù)據(jù)發(fā)送給HSDL-7001編解碼器，解碼后的數(shù)據(jù)通過USB2. 0接口將數(shù)據(jù)傳送到計算機。采用高速度、低功耗、抗干擾光纖同步觸發(fā)傳輸技術(shù)，確保測試信息的實時傳輸，實現(xiàn)在電磁屏蔽下壓力信息的實時測試、實時處理與存儲、實時傳輸和實時接收等，是多種高技術(shù)相結(jié)合的一體化、動態(tài)測試的新概念測試方法。根據(jù)以上所述的電容式壓力測試儀，技術(shù)特點還有所述的該電容式壓力測試儀是金屬殼電磁屏蔽抗干擾、光充電、光觸發(fā)測量、光纖數(shù)據(jù)通信、電路灌封固化的防爆本質(zhì)安全型免拆的微小型電容式電子壓力測試儀。該電容式壓力測試儀測量范圍可達到0 SOOMPa，其電容的測量范圍為0 5pF，其體積不大于12cm3。根據(jù)上述一系列技術(shù)指標可知，所述的該電容式壓力測試儀是本質(zhì)安全型、防爆型、微小型、低功耗、免拆裝的微小電容的電子壓力測試儀。本發(fā)明的電容式壓力測試儀優(yōu)點有1.本發(fā)明電容器外筒采用金屬殼全封閉結(jié)構(gòu)制做，使用時外筒接地成為有效屏蔽外部電磁波造成干擾的屏蔽殼。2.本發(fā)明電容器內(nèi)筒采用金屬紫銅，，且內(nèi)筒前后兩段的外端部分別與外筒兩端部臺階處形成成過盈配合， 還與外筒形成共地端，既解決了內(nèi)外筒的絕緣問題，又解決了地線的焊接問題，同時還更好地保證了內(nèi)外筒的同軸度。3.本發(fā)明采用內(nèi)筒中段作電容器的固定極，其前后兩段作為減弱邊緣效應(yīng)影響的保護環(huán)，這樣的結(jié)構(gòu)減弱甚至消除了各種實際操作中擾動內(nèi)筒從而影響電容值變化的種種因素。4.本發(fā)明定極板中設(shè)置該電容器的測量電路，先采用灌封膠灌封固化成電路體，當(dāng)放入內(nèi)筒中后再用蠟二次灌封，這樣的操作結(jié)果使組裝在內(nèi)筒中段的測量電路將更好地固定在內(nèi)筒中，避免實驗時受到高沖擊、強震動造成電路的不穩(wěn)定等情況。 5.本發(fā)明采用同步觸發(fā)的光纖導(dǎo)線是多臺電容式壓力測試儀一起共同工作，實現(xiàn)光控同步啟動、光纖同步觸發(fā)、光纖高速傳輸、測試時基統(tǒng)一的重要條件和手段，這樣多臺電容式壓力測試儀同步測試精度高。6.本發(fā)明采用高速度、低功耗、抗干擾光纖同步觸發(fā)傳輸技術(shù)， 確保測試信息的實時傳輸，實現(xiàn)在電磁屏蔽下壓力信息的實時測試、實時處理與存儲、實時傳輸和實時接收等。這是多種高技術(shù)相結(jié)合的一體化、動態(tài)測試的新概念測試方法。7.本發(fā)明采用激光充電電源一硅光電池，內(nèi)筒前段的前端面開設(shè)充電光窗口，在光窗口與硅光電池之間設(shè)置散射塑片，還設(shè)置保護光窗的螺堵等，這些設(shè)置能防止充電時光電池被燒毀， 這樣保證了光電池的安全、可靠地有效供電，使該測試儀成為免拆裝的電容式壓力測試儀。 8.本發(fā)明電容式壓力測試儀是具有金屬殼電磁屏蔽抗干擾、光充電、光觸發(fā)測量、光纖數(shù)據(jù)通信、電路灌封固化的防爆本質(zhì)安全型免拆的微小型電容式電子壓力測試儀。該電容式壓力測試儀測量范圍可達到0 800MPa，其電容的測量范圍為0 5pF，其體積不大于12cm3。 根據(jù)上述一系列技術(shù)指標可知，所述的該電容式壓力測試儀是本質(zhì)安全型、防爆型、微小型、低功耗、免拆裝的微小電容的電子壓力測試儀。這種電容式壓力測試儀具有結(jié)構(gòu)合理， 體積更小，響應(yīng)同步快，使用方便，適用范圍廣，制作成本低等優(yōu)點，值得采用和推廣。
四.


本發(fā)明的說明書附圖共有5幅圖1為電容式壓力測試儀結(jié)構(gòu)示意圖2為光電池充電示意圖；圖3為測量電路結(jié)構(gòu)方框圖；圖4為基于充放電原理的電容器的測量電路示意圖；圖5為電容式壓力測試儀的壓力測試應(yīng)用示意圖。在各圖中采用了統(tǒng)一標號，即同一物件在各圖中用同一標號。在各圖中1.內(nèi)筒后段；2.測量電路地線；3.外筒；4.內(nèi)筒中段；5.灌封膠；6.導(dǎo)線；7.電池地線；8.內(nèi)筒前段；9.無孔螺堵；10.外筒前端光窗；11.散射塑片；12.光電池；13.測量電路；14.傳感器與電路的連線；15.外筒后端光窗；16.有孔螺堵；17.光纖導(dǎo)線；18.充電座；19.充電座激光孔；20.充電座電源線；21.傳感器；22.信號調(diào)理電路；23膛壓信號；24.電源管理模塊；25.單片機數(shù)據(jù)采集存儲電路；26.上位機；27. 8M晶振；28. USB轉(zhuǎn)換接口 ；29.恒流源； 30.儀表放大器；31.模擬開關(guān)；32.充放電控制信號；33.被測電容；34.標準電容；35.炮閂；36.發(fā)射藥；37.藥筒；38.彈丸；39炮管；40.電容式壓力測試儀。
五.
具體實施例方式本發(fā)明的電容式壓力測試儀非限定實施例如下實施例一.電容式壓力測試儀該例的電容式壓力測試儀，是免拆的微小型放入式電容法電子壓力測試儀，其具體結(jié)構(gòu)由圖1 圖5聯(lián)合示出。圖1示出電容式壓力測試儀結(jié)構(gòu)示意圖，采用帶圓角的筒形金屬殼體外筒3作電容器的動極板、三段式內(nèi)筒與動極板外筒3同軸線配合設(shè)置于外筒3 中，選內(nèi)筒的中段4作電容器的定極板，定極板中設(shè)置該電容器的測量電路13，三段式內(nèi)筒的前段8中設(shè)置有光充電電源-光電池12，三段式內(nèi)筒的后段1中設(shè)置有同步觸發(fā)的光纖導(dǎo)線17，光纖導(dǎo)線17的一端聯(lián)接并控制該電容器測量電路13的光控開關(guān)、光纖導(dǎo)線17的另一端設(shè)置在該電容器殼體3外。該例帶圓角的筒形金屬殼體3選用具有高強度良好彈性的馬氏體實效鋼金屬材料制做，其金屬材料屈服極限應(yīng)力為2000Mpa，可以滿足壓力測試的需要，采用的金屬殼外筒3能有效屏蔽外部電磁波，該例的內(nèi)筒1、4、8選用紫銅金屬材料。 該例的內(nèi)筒的前段8中設(shè)置的光充電電源12為激光充電電源一硅光電池，內(nèi)筒前段8的前端面開設(shè)充電光窗口 10，在光窗口 10與硅光電池12之間設(shè)置有光學(xué)膠固定的散射塑片 11，在光窗口 10外設(shè)置保護光窗的無孔螺堵9，這些設(shè)置能防止充電時光電池被燒毀，這樣保證了光電池的安全、可靠地有效供電。給出本發(fā)明的內(nèi)外筒設(shè)計結(jié)構(gòu)尺寸一例其中外筒 3高度為42. 5mm，外徑為18mm，內(nèi)徑為12. 2mm ；外筒前后端面厚為3mm ；內(nèi)筒1、4、8高度為 36. 5mm，外徑為11. 5mm,內(nèi)徑為10. 5mm。經(jīng)計算可知本發(fā)明提供的電容式壓力測試儀體積為10. 815cm3,比當(dāng)前同類儀器體積小很多。該例的三段式內(nèi)筒1、4、8按設(shè)計好的尺寸位置將其分成三段，其前后兩段1、8的外端部分別與外筒3兩端部的臺階處成過盈配合，并與外筒3形成共地端。內(nèi)筒兩端的兩段1、8與外筒3的臺階處過盈配合，既解決了內(nèi)外筒的絕緣問題，又解決了地線的焊接問題，同時還更好地保證了內(nèi)外筒的同軸度。內(nèi)筒的中段4作為電容器的固定極，其前后兩段1、8作為減弱邊緣效應(yīng)影響的保護環(huán)。這樣的結(jié)構(gòu)減弱甚至消除了各種實際操作中擾動內(nèi)筒中段4從而影響電容值變化的種種因素。選用馬氏體實效鋼加工成全封閉結(jié)構(gòu)的外筒3，使用時外筒3接地成為有效屏蔽外部電磁波造成干擾的屏蔽殼。在保證內(nèi)筒1、8兩端分別與外筒3在臺階處過盈配合和地線焊接以及內(nèi)筒前段8放置光電池的空間的同時，盡量使內(nèi)筒中段4最大，從而使所構(gòu)成的傳感器21極板有效面積最大，增大電容值。該例的電容式壓力測試儀的測量電路13包括有瞬變微小電容測量電路、信號調(diào)理電路及存儲電路，其中外筒3、內(nèi)筒中段4構(gòu)成的電容器是瞬變微變電容測量電路信息采集或測量的傳感器21。所述的瞬變微變電容測量電路輸出聯(lián)接信號調(diào)理電路的輸入，信號調(diào)理電路與存儲電路聯(lián)接。圖3給出本發(fā)明的測量電路13的結(jié)構(gòu)方框圖， 所采用的測量電路為瞬變微小電容高速測量電路，包括信號調(diào)理電路22、電源管理模塊 24、單片機數(shù)據(jù)采集存儲電路25、8M晶振電路27。測量電路13工作時鐘由8MHz晶振電路 27提供，選用了 Epson公司的芯片SG-310-SCF8M晶振。該時鐘芯片性能穩(wěn)定，供電范圍為 2. 7V 3. 6V，并且電流消耗小，可以適用于上面選擇的電源管理模塊M輸出的3. 3V，并且溫度范圍廣，在-40°C _85°C之間均能正常工作，能夠抵抗高低溫環(huán)境的考驗。而且該晶振還有一個使能端，只有此使能端有效時，晶振就會輸出8M的時鐘。圖4是基于充放電原理的電容器的測量電路示意圖，示出信號調(diào)理電路22的原理圖。信號調(diào)理電路22采用基于差動式直流充電法原理，該電路是由兩個完全相同的恒流源分別對共地的被測電容33和標準電容34進行充電。充放電信號32由單片機數(shù)據(jù)采集存儲電路25產(chǎn)生，用來控制模擬開關(guān)的關(guān)斷。當(dāng)電容式壓力測試儀外筒3受到壓力時，被測電容33的電容值發(fā)生變化，在相同的時間內(nèi)，電容兩端充電電壓與電容值有關(guān)，故被測電容33和標準電容34由于電容的不同，會產(chǎn)生不同的電壓，根據(jù)公式(1) :Δυ= It/Crlt/C2(l)0標準電容34和被測電容 33之間電壓差發(fā)生變化，電壓差經(jīng)過信號調(diào)理電路22中的儀表放大器30放大后輸出給單片機數(shù)據(jù)采集存儲電路25，單片機數(shù)據(jù)采集存儲電路25對其進行放大、比較等處理后即可得到膛壓曲線。(1)式中，Δυ為標準電容與被測電容之間的電壓差KpC2分別為被測電容 33和標準電容34的電容值；I為恒流源產(chǎn)生的充電電流，由于兩個恒流源是完全相同的，因此，恒流源為標準電容與被測電容充電的電流大小相等，用I表示，t取決于單片機產(chǎn)生的充放電信號32的時間長短。電源管理模塊M的電源控制技術(shù)是這種內(nèi)置式電子測壓儀器低功耗的關(guān)鍵技術(shù)，即電路在需要工作時給其供電，在不需要工作時斷電，減小電路無效操作時功耗的比例。該例電容式壓力測試儀中，電源管理模塊M選用小封裝的LP5996-3333 芯片，該芯片將光電池12的電壓轉(zhuǎn)換為固定的3. 3V電壓。單片機使能控制電源管理模塊芯片的輸出端，對單片機數(shù)據(jù)采集存儲電路25、信號調(diào)理電路22和8M晶振27電路分別供電， 實現(xiàn)了其低功耗小體積的目的。單片機數(shù)據(jù)采集存儲電路25由主、從兩片MSP430TO4618 組成。單片機通過編程控制恒流源對電容的充放電、膛壓信號的采集處理及測量電路通過 USB轉(zhuǎn)換接口 28與上位機沈之間的通信等功能。MSP430單片機是TI公司生產(chǎn)的一種16 位超低功耗的混合信號處理器，其最大的特征在于低功耗，適合應(yīng)用于采用電池供電的長時間工作場合。其低功耗的特性一方面可以延長電池使用時間，減小電池體積，另一方面， 可以降低EMI (電磁干擾)，簡化PCB設(shè)計。同時，單片機采用BGA封裝，可大大減小電路模塊體積。該例的定極板中設(shè)置的電容器21的測量電路13先在脫模工藝下采用低介電常數(shù)的灌封膠灌封固化成電路體，當(dāng)放入內(nèi)筒中段4之后再用蠟二次灌封。這樣操作的結(jié)果使組裝在內(nèi)筒中段4的測量電路13將更好地固定在內(nèi)筒中，避免實驗時受到高沖擊、強震動造成電路的不穩(wěn)定等情況。圖2示出本發(fā)明的光電池12的充電示意圖，其中18為充電座，19為充電座激光孔，20為充電座導(dǎo)線。給光電池12充電前，先擰下外筒3前端上的無孔螺堵9，將電容式壓力測試儀放在充電座18內(nèi)，且將外筒前端光窗10與充電座激光孔19
7對準，然后充電座電源線20與電源相接，實現(xiàn)光電池12充電，從而完成了給電容式壓力測試儀進行激光充電的工作。該例的同步觸發(fā)的光纖導(dǎo)線17是多臺電容式壓力測試儀實現(xiàn)光控同步啟動、光纖同步觸發(fā)、光纖高速傳輸、測試時基統(tǒng)一所采用的光纖導(dǎo)線，該光纖導(dǎo)線17穿過內(nèi)筒后段1末端面上的外筒3后端光窗15和帶孔螺堵16設(shè)置在該電容器殼體3 夕卜。該例的光纖導(dǎo)線17的一端聯(lián)接并控制電容器21的測量電路13的電源模塊M的光控開關(guān)，該光控開關(guān)控制電容式壓力測試儀從休眠狀態(tài)到工作狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換。這樣設(shè)計使電容式壓力測試儀成為低功耗的測試儀器。所采用的光纖導(dǎo)線信號傳遞時間遠小于燃壓傳遞時間，實現(xiàn)光控同步啟動、光纖同步觸發(fā)、光纖高速傳輸、測試時基統(tǒng)一，使多臺電容式壓力測試儀同步測試精度高。采集的數(shù)據(jù)通過紅外進行數(shù)據(jù)傳輸，該傳輸機構(gòu)由本測試儀的存儲電路25、編碼電路、紅外收發(fā)器，接收端的紅外收發(fā)器、解碼器、接口電路觀、計算機沈組成。傳輸數(shù)據(jù)時，電容式壓力測試儀將存儲的二進制數(shù)據(jù)經(jīng)內(nèi)部編碼歸零由紅外收發(fā)器發(fā)送出來，接收端的收發(fā)器將接收到的歸零碼數(shù)據(jù)發(fā)送給HSDL-7001編解碼器，解碼后的數(shù)據(jù)通過USB2. 0接口觀將數(shù)據(jù)傳送到計算機沈上。采用高速度、低功耗、抗干擾光纖同步觸發(fā)傳輸技術(shù)，確保測試信息的實時傳輸，實現(xiàn)在電磁屏蔽下壓力信息的實時測試、實時處理與存儲、實時傳輸和實時接收等，是多種高技術(shù)相結(jié)合的一體化、動態(tài)測試的新概念測試方法。圖5示出電容式壓力測試儀的壓力測試應(yīng)用示意圖，其中火炮內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要有炮閂 35，發(fā)射火藥36，藥筒37，彈丸38，炮管39。多個電容式壓力測試儀40內(nèi)置分布于發(fā)射火藥36中，連接它們的是控制同步觸發(fā)的多根光纖導(dǎo)線17。測試火炮膛壓時，將本發(fā)明提供的電容式壓力測試儀放在藥筒37內(nèi)，該測試儀外筒3后端的觸發(fā)光纖17引到點火口，當(dāng)發(fā)射炮彈點火時，光纖17將收到的光觸發(fā)信號傳遞給測量電路13，測量電路13收到光脈沖觸發(fā)信號后，測量電路13啟動后進入工作狀態(tài)等待壓力信號(該信號即為傳感器21產(chǎn)生的感應(yīng)信號)的到來并完成信號的采集和處理以及存儲。當(dāng)用本發(fā)明提供的多個測試儀同時測試爆炸場內(nèi)不同點的壓力時，先將多個電容式壓力測試儀放置在藥筒37內(nèi)的不同位置， 每個電容式壓力測試儀外筒3后端的觸發(fā)光纖17均引到點火口附近，當(dāng)火炮點火發(fā)射炮彈時，所有測壓器的外筒3后端的觸發(fā)光纖17收到光觸發(fā)信號后，傳輸給測量電路13，測量電路13接收到光脈沖觸發(fā)信號后，就會啟動進入工作狀態(tài)。由于光纖傳遞信號的時間比燃壓傳遞時間要小的多，所以爆炸場內(nèi)不同位置的測試儀均可以在燃壓到來之前接收觸發(fā)信號，實現(xiàn)多個測試儀的同步啟動，保證了多個測試儀測試時基的統(tǒng)一和數(shù)據(jù)的采集和存儲。 因為測試爆炸場內(nèi)壓力屬于單次壓力過程測試，所以由封閉筒狀金屬外筒3作為壓力敏感面與其內(nèi)的三段式內(nèi)筒組成的傳感器21受到膛壓的變化，引起外筒3應(yīng)力的變化，從而引起外筒3發(fā)生形變，外筒3與內(nèi)筒4之間的距離發(fā)生變化，兩者所構(gòu)成的傳感器值就發(fā)生相應(yīng)變化，然后通過連接于傳感器21的測量電路13對表征膛壓變化的信號進行轉(zhuǎn)換、處理、 存儲。采集到的壓力信號曲線通過USB轉(zhuǎn)換接口觀傳輸給上位機沈并在上位機沈上顯示。該例的電容式壓力測試儀以一個測試電容為主構(gòu)成，該電容式壓力測試儀具有測試電容的金屬殼電磁屏蔽抗干擾、光充電、光觸發(fā)測量、光纖數(shù)據(jù)通信、電路灌封固化等技術(shù)特點，是防爆本質(zhì)安全型免拆的微小型電容式電子壓力測試儀。該電容式壓力測試儀測量范圍可達到0 800MPa，其電容的測量范圍為0 5pF，其體積不大于12cm3。根據(jù)上述一系列技術(shù)指標可知，該例的電容式壓力測試儀是本質(zhì)安全型、防爆型、微小型、低功耗、免拆裝的微小電容的電子壓力測試儀。
權(quán)利要求
1.一種電容式壓力測試儀，特征在于采用帶圓角的筒形金屬殼體外筒作電容器的動極板、三段式內(nèi)筒與動極板外筒同軸線配合設(shè)置于外筒中，選內(nèi)筒的中段作電容器的定極板，定極板中設(shè)置該電容器的測量電路，三段式內(nèi)筒的前段中設(shè)置有光充電電源，三段式內(nèi)筒的后段中設(shè)置有同步觸發(fā)的光纖導(dǎo)線，光纖導(dǎo)線的一端聯(lián)接并控制該電容器測量電路的光控開關(guān)、光纖導(dǎo)線的另一端設(shè)置在該電容器殼體外。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式壓力測試儀，特征在于所述帶圓角的筒形金屬殼體選用馬氏體實效鋼彈性金屬材料制做，所述的內(nèi)筒選用的金屬材料為紫銅。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式壓力測試儀，特征在于所述的內(nèi)筒的前段中設(shè)置的光充電電源為激光充電電源一硅光電池，內(nèi)筒前段的前端面開設(shè)充電光窗口，在光窗口與硅光電池之間設(shè)置有光學(xué)膠固定的散射塑片，在光窗口外設(shè)置保護光窗的無孔螺堵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式壓力測試儀，特征在于所述的同步觸發(fā)的光纖導(dǎo)線是多臺電容式壓力測試儀實現(xiàn)光控同步啟動、光纖同步觸發(fā)、光纖高速傳輸、測試時基統(tǒng)一所采用的光纖導(dǎo)線，該光纖導(dǎo)線穿過內(nèi)筒后段末端面上的帶孔螺堵設(shè)置在該電容器殼體外。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電容式壓力測試儀，特征在于a.所述的三段式內(nèi)筒按設(shè)計好的尺寸位置將其分成三段，其前后兩段的外端部分別與外筒兩端部的臺階處成過盈配合，并與外筒形成共地端；b.所述的內(nèi)筒的中段作為電容器的固定極，其前后兩段作為減弱邊緣效應(yīng)影響的保護環(huán)；c.所述的馬氏體實效鋼加工成全封閉結(jié)構(gòu)的外筒，使用時外筒接地成為有效屏蔽外部電磁波造成干擾的屏蔽殼。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式壓力測試儀，特征在于所述的定極板中設(shè)置該電容器的測量電路先采用灌封膠灌封固化成電路體，當(dāng)放入內(nèi)筒中段之后再用蠟二次灌封。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式壓力測試儀，特征在于所述的該電容式壓力測試儀的測量電路包括有瞬變小電容測量電路、信號調(diào)理電路及存儲電路，其中外筒、內(nèi)筒中段構(gòu)成的電容器為瞬變小電容測量電路信息采集或測量的電容式壓力傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式壓力測試儀，特征在于a.所述的光纖導(dǎo)線的一端聯(lián)接并控制該電容器測量電路的電源管理模塊的光控開關(guān)， 該光控開關(guān)控制電容式壓力測試儀從休眠狀態(tài)到工作狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換；b.采集的數(shù)據(jù)通過紅外傳輸，該傳輸機構(gòu)由本測試儀的存儲電路、編碼電路、紅外收發(fā)器，接收端的紅外收發(fā)器、解碼器、接口電路、計算機組成。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電容式壓力測試儀，其特征在于所述的該電容式壓力測試儀是光充電、光觸發(fā)測量、光纖數(shù)據(jù)通信的防爆本質(zhì)安全型免拆的微小型電容式電子壓力測試儀，該電容式壓力測試儀測量范圍可達到0 800MPa，其電容的測量范圍為0 5pF， 其體積不大于12cm3。
全文摘要
本發(fā)明公開的電容式壓力測試儀屬電子測試儀器技術(shù)領(lǐng)域，該測試儀采用金屬殼體外筒作電容器的動極板、三段式內(nèi)筒與外筒同軸線配合設(shè)置于外筒中，選內(nèi)筒的中段作電容器的定極板，定極板中設(shè)置電容器的測量電路，內(nèi)筒的前段中設(shè)置有光充電電源，內(nèi)筒的后段中設(shè)置有同步觸發(fā)的光纖導(dǎo)線，光纖導(dǎo)線的一端聯(lián)接并控制電容器測量電路的光控開關(guān)、光纖導(dǎo)線的另一端設(shè)置在電容器殼體外，該測試儀以一個測試電容為主構(gòu)成，具有金屬殼電磁屏蔽、抗干擾、光充電、光觸發(fā)測量、光纖數(shù)據(jù)通信、電路灌封固化等技術(shù)特點，是本質(zhì)安全型、防爆型、微小型、低功耗、免拆裝的微小電容的壓力測試儀，結(jié)構(gòu)合理，響應(yīng)同步快，使用方便，制作成本低，適用范圍廣，值得采用和推廣。
文檔編號G01L5/14GK102539049SQ20121001629
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者尤文斌, 張瑜, 張紅艷, 李新娥, 沈大偉, 王亞軍, 裴東興, 馬鐵華 申請人:中北大學(xué)