一種分離壓桿式壓力傳感器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種分離壓桿式壓力傳感器，包括螺紋連接頭、支撐筒、頂帽、壓桿以及應(yīng)變測(cè)量元件，所述的壓桿由入射壓桿和透射壓桿構(gòu)成，螺紋連接頭的前端設(shè)置有壓緊螺釘和密封體，支撐筒一端旋入螺紋連接頭，另一端與頂帽通過(guò)螺紋連接，入射壓桿前端面與螺紋連接頭平齊，入射壓桿穿過(guò)壓緊螺釘、密封體的中部，后端設(shè)置在支撐筒內(nèi)，透射壓桿前端穿過(guò)頂帽，在支撐筒內(nèi)與入射壓桿后端緊密接觸，在透射壓桿后端的頂帽內(nèi)依次設(shè)置緩沖壓板、緩沖墊以及調(diào)節(jié)螺桿，調(diào)節(jié)螺桿與頂帽之間通過(guò)螺紋連接，所述的應(yīng)變測(cè)量元件設(shè)置在入射壓桿上靠近透射壓桿的一端。本發(fā)明量程范圍廣、響應(yīng)時(shí)間快，且測(cè)量時(shí)間不再受桿長(zhǎng)的限制，并具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種分離壓桿式壓力傳感器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于傳感【技術(shù)領(lǐng)域】，特別是涉及一種分離壓桿式動(dòng)態(tài)高壓傳感器。

【背景技術(shù)】
[0002] 在近區(qū)爆炸沖擊波防護(hù)研究、裝甲及艦艇抗爆研究、爆炸發(fā)生裝置、爆炸容器等研 制中，需要進(jìn)行接觸或近距離、封閉或半封閉條件下實(shí)施化學(xué)爆炸，這種情況下作用在結(jié)構(gòu) 壁面的沖擊波載荷參數(shù)是進(jìn)行其結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析、安全評(píng)估和工程設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。獲得準(zhǔn) 確、可靠的結(jié)構(gòu)壁面上作用載荷的時(shí)間歷程及分布情況，對(duì)研究結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)意義重大。
[0003] 壓桿測(cè)壓法最早是Hopkinson在1914年提出來(lái)的，其基本原理是已知壓力作用在 一細(xì)長(zhǎng)桿的一端，它在桿內(nèi)引發(fā)一個(gè)沿桿傳播的應(yīng)力波，在桿的某處黏貼敏感兀件對(duì)此應(yīng) 力波進(jìn)行測(cè)量，記錄下它隨時(shí)間的變化，即可得到作用在桿端部的壓力信號(hào)。因壓桿具有一 定的長(zhǎng)度，敏感元件可設(shè)計(jì)在離開(kāi)壓桿頭部的一定位置，這樣就可以避開(kāi)爆炸火焰以及高 溫的直接作用，因此壓桿壓力傳感器已被證明是一種原理簡(jiǎn)單、量程范圍廣、響應(yīng)時(shí)間快、 成本低、特別適合近區(qū)爆炸沖擊波載荷測(cè)量的方法。但是，常用的壓桿壓力傳感器也存在兩 個(gè)缺點(diǎn)：（1)假設(shè)壓桿的長(zhǎng)度為￡，敏感元件位于距離壓桿尾端面4處，尾端自由面反射應(yīng) 力脈沖傳播到敏感元件時(shí)，反射脈沖就會(huì)與入射脈沖疊加，測(cè)量波形失真。因此，壓桿的有 效測(cè)量時(shí)間為^ = ，其中為桿中的應(yīng)力波速度。如果要增加有效測(cè)量時(shí)間，就需增 加壓桿的長(zhǎng)度，而長(zhǎng)壓桿的加工及安裝支撐要求較高。（2)火藥爆炸過(guò)程中會(huì)伴隨著強(qiáng)烈的 電磁干擾，目前的壓桿壓力傳感器常用的敏感元件有壓電晶體、電阻應(yīng)變片等，其抗電磁干 擾能力均不強(qiáng)，爆炸產(chǎn)生的電磁干擾信號(hào)容易通過(guò)細(xì)長(zhǎng)桿上的敏感元件以及引線耦合進(jìn)測(cè) 試系統(tǒng)，導(dǎo)致測(cè)試信號(hào)嚴(yán)重失真。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種分離壓桿式壓力傳感器，其不僅量程范圍廣、響應(yīng)時(shí)間 快，且測(cè)量時(shí)間不再受桿長(zhǎng)的限制，并具有較強(qiáng)的抗電磁干擾能力。
[0005] 為了實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是，所述的分離壓桿式壓力傳感 器，包括螺紋連接頭、支撐筒、頂帽、壓桿以及應(yīng)變測(cè)量元件，所述的壓桿由入射壓桿和透射 壓桿構(gòu)成，螺紋連接頭的前端設(shè)置有壓緊螺釘和密封體，支撐筒一端旋入螺紋連接頭，另一 端與頂帽通過(guò)螺紋連接，入射壓桿前端面與螺紋連接頭平齊，入射壓桿穿過(guò)壓緊螺釘、密封 體的中部，后端設(shè)置在支撐筒內(nèi)，透射壓桿前端穿過(guò)頂帽，在支撐筒內(nèi)與入射壓桿后端緊密 接觸，在透射壓桿后端的頂帽內(nèi)依次設(shè)置緩沖壓板、緩沖墊以及調(diào)節(jié)螺桿，調(diào)節(jié)螺桿與頂帽 之間通過(guò)螺紋連接，通過(guò)控制調(diào)節(jié)螺桿的旋入深度調(diào)節(jié)入射壓桿前端面與螺紋連接頭前端 平齊作為感壓面，所述的應(yīng)變測(cè)量元件設(shè)置在入射壓桿上靠近透射壓桿的一端。
[0006] 所述的支撐筒前端和后端分別設(shè)置有0型圈。
[0007] 所述的密封體為鉛塊，用于傳感器校準(zhǔn)和使用時(shí)的密封。
[0008] 所述的應(yīng)變測(cè)量元件為光纖光柵。
[0009] 本發(fā)明的技術(shù)效果在于，采用緊密接觸的入射壓桿和透射壓桿代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單根壓 桿，使得傳感器的測(cè)量時(shí)間不再受桿長(zhǎng)的限制，傳感器整體尺寸小型化，安裝使用比較方 便；采用抗電磁干擾的光纖光柵作為敏感元件測(cè)試壓桿中的應(yīng)力波，不僅靈敏度高，測(cè)試過(guò) 程也不受電磁干擾的影響，使得傳感器的測(cè)試精度較高；采用屈服極限大于IOOOMPa的高 強(qiáng)度合金鋼制作入射壓桿和透射壓桿，并經(jīng)適當(dāng)?shù)恼{(diào)質(zhì)熱處理和合理的長(zhǎng)徑比設(shè)計(jì)，使得 傳感器可測(cè)量大于1000 MPa的壓力信號(hào)，同時(shí)具有小于10 μ s的快速響應(yīng)時(shí)間。綜上所述， 本發(fā)明的傳感器為獲得準(zhǔn)確、可靠的結(jié)構(gòu)壁面上作用載荷的時(shí)間歷程及分布情況提供了一 種簡(jiǎn)單、可靠、高精度的測(cè)試方法，對(duì)防護(hù)工程、武器毀傷效應(yīng)評(píng)估等領(lǐng)域研究結(jié)構(gòu)動(dòng)力響 應(yīng)意義重大。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010] 圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0011] 圖2為分離式壓桿測(cè)壓原理示意圖。
[0012] 圖中：1、壓緊螺釘，2、密封體，3、螺紋連接頭，4、支撐筒，5、入射壓桿，6、光纖光柵， 7、透射壓桿，8、0型圈，9、頂帽，10、緩沖壓板，11、緩沖墊，12、調(diào)節(jié)螺桿，13、應(yīng)變測(cè)量元件， 14、緩沖桿。

【具體實(shí)施方式】
[0013] 結(jié)合附圖，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施例。
[0014] 如圖1所示：本發(fā)明所述的分離壓桿式壓力傳感器，由壓緊螺釘1、密封體2、螺紋 連接頭3、支撐筒4、入射壓桿5、光纖光柵6、透射壓桿7、0型圈8、頂帽9、緩沖壓板10、緩 沖墊11、調(diào)節(jié)螺桿12組成，壓緊螺釘1和密封體2置于螺紋連接頭3的前端，入射壓桿5從 這三者中間穿過(guò)，支撐筒4 一端旋入螺紋連接頭3,另一端與頂帽9通過(guò)螺紋連接，將透射壓 桿7穿過(guò)頂帽9和支撐筒4與入射壓桿5 -端緊密接觸，在頂帽9內(nèi)透射壓桿7的另一端 依次放入緩沖壓板10、緩沖墊11、調(diào)節(jié)螺桿12,調(diào)節(jié)螺桿12與頂帽9之間通過(guò)螺紋連接，控 制調(diào)節(jié)螺桿12的旋入深度調(diào)節(jié)入射壓桿5遠(yuǎn)離透射壓桿7的那一端面與螺紋連接頭3前 端平齊作為感壓面，本發(fā)明實(shí)施例中的應(yīng)變測(cè)量元件采用的是光纖光柵6,其黏貼于入射壓 桿5上靠近透射壓桿7的一端。螺紋連接頭3主要用于傳感器測(cè)量使用時(shí)與被測(cè)體的連接 安裝，并在連接頭上設(shè)置環(huán)形槽，環(huán)形槽可放置紫銅墊圈用于連接頭與被測(cè)體的密封；支撐 筒4主要起對(duì)壓桿的支撐和運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向的作用，其與壓桿之間通過(guò)0型圈8的作用保持一定 的氣隙；密封體2用于傳感器校準(zhǔn)和使用時(shí)的密封；緩沖壓板10和緩沖墊11用于對(duì)透射壓 桿7的緩沖。
[0015] 該分離壓桿式壓力器采用分離壓桿的技術(shù)原理如下： 如圖2所示，分離式壓桿是將一根細(xì)長(zhǎng)桿分成兩段，即由一根桿變?yōu)閮筛鶙U，將其中與 壓力接觸的桿稱(chēng)為入射壓桿，第二根桿稱(chēng)為透射壓桿。入射壓桿自由端面與透射壓桿端面 平行接觸，即兩個(gè)平面上所有點(diǎn)都同時(shí)接觸。當(dāng)應(yīng)力波到達(dá)兩桿的界面時(shí)，由于波在界面處 的反射和透射，產(chǎn)生兩個(gè)傳播方向相反的彈性壓縮波，一個(gè)反射回入射壓桿，另一個(gè)傳入透 射壓桿，設(shè)在界面上的反射系數(shù)為為，透射系數(shù)為T(mén)1,根據(jù)彈性波理論和界面兩側(cè)粒子速度 相等以及力平衡原理，可導(dǎo)出

【權(quán)利要求】
1. 一種分離壓桿式壓力傳感器，包括螺紋連接頭、支撐筒、頂帽、壓桿以及應(yīng)變測(cè)量元 件，其特征是：所述的壓桿由入射壓桿和透射壓桿構(gòu)成，螺紋連接頭的前端設(shè)置有壓緊螺釘 和密封體，支撐筒一端旋入螺紋連接頭，另一端與頂帽通過(guò)螺紋連接，入射壓桿前端面與螺 紋連接頭平齊，入射壓桿穿過(guò)壓緊螺釘、密封體的中部，后端設(shè)置在支撐筒內(nèi)，透射壓桿前 端穿過(guò)頂帽，在支撐筒內(nèi)與入射壓桿后端緊密接觸，在透射壓桿后端的頂帽內(nèi)依次設(shè)置緩 沖壓板、緩沖墊以及調(diào)節(jié)螺桿，調(diào)節(jié)螺桿與頂帽之間通過(guò)螺紋連接，通過(guò)控制調(diào)節(jié)螺桿的旋 入深度調(diào)節(jié)入射壓桿前端面與螺紋連接頭前端平齊作為感壓面，所述的應(yīng)變測(cè)量元件設(shè)置 在入射壓桿上靠近透射壓桿的一端。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離壓桿式壓力傳感器，其特征是：所述的支撐筒前端和后 端分別設(shè)置有〇型圈。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離壓桿式壓力傳感器，其特征是：所述的密封體為鉛塊，用 于傳感器校準(zhǔn)和使用時(shí)的密封。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的分離壓桿式壓力傳感器，其特征是：所述的應(yīng)變測(cè)量元件為 光纖光柵。
【文檔編號(hào)】G01L1/22GK104316236SQ201410615857
【公開(kāi)日】2015年1月28日 申請(qǐng)日期:2014年11月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月5日
【發(fā)明者】余尚江, 周會(huì)娟, 郭士旭, 陳晉央, 楊吉祥, 賈超 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍總參謀部工程兵科研三所