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皇家马德里VS维戈塞尔塔: 一種用于校準壓力響應膜片的激波管安裝結構與方法.pdf

關 鍵 詞:
一種 用于 校準 壓力 響應 膜片 激波 安裝 結構 方法
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摘要
申請專利號:

CN201611114884.9

申請日:

2016.12.07

公開號:

CN106768628A

公開日:

2017.05.31

當前法律狀態:

實審

有效性:

審中

法律詳情: 實質審查的生效IPC(主分類):G01L 27/00申請日:20161207|||公開
IPC分類號: G01L27/00 主分類號: G01L27/00
申請人: 西安近代化學研究所
發明人: 魏巍; 蘇健軍; 范士鋒; 姬建榮; 何性順
地址: 710065 陜西省西安市雁塔區丈八東路168號
優先權:
專利代理機構: 中國兵器工業集團公司專利中心 11011 代理人: 蔣忠亮
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201611114884.9

授權公告號:

|||

法律狀態公告日:

2017.06.23|||2017.05.31

法律狀態類型:

實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種校準壓力響應膜片的激波管安裝結構與方法,屬于動態校準領域。具體包括一種壓力響應膜片校準結構,可安裝于激波管末端,校準壓力響應膜片。該結構包括安裝座(1)、膜片夾緊蓋板(2)、壓力響應膜片(3)、激波管夾緊件(4)、壓力傳感器(5)、壓力傳感器安裝孔(6)、壓力響應膜片密封凹槽(7)、螺孔(8)、螺釘(9)。本發明還包括一種壓力響應膜片校準方法,該方法通過10種不同的激波管夾膜對10個的壓力響應膜片進行校準,通過傳感器壓力值求出作用于壓力響應膜片(3)上的入射壓力,測得壓力響應膜片(3)的最大撓度,可擬合出撓度隨入射壓力峰值變化的關系式,進而使用壓力響應膜片測量爆炸場沖擊波壓力。

權利要求書

1.一種用于校準壓力響應膜片的激波管安裝結構,該結構包括傳感器及壓力響應膜片
安裝座(1)、膜片夾緊蓋板(2)、壓力響應膜片(3)、激波管夾緊件(4)、壓力傳感器(5)、壓力
傳感器安裝孔(6)、壓力響應膜片密封凹槽(7)、螺孔(8)、螺釘(9),其特征在于:
所述傳感器及壓力響應膜片安裝座(1),采用不銹鋼材料,變截面柱體,端面設置壓力
傳感器安裝孔(6),壓力傳感器安裝孔(6)用于安裝壓力傳感器(5),壓力傳感器(5)安裝后
壓力傳感器(5)感壓面與安裝座(1)上端面平齊,安裝座(1)的上端面設置壓力響應膜片密
封凹槽(7),凹槽(7)為柱狀,凹槽(7)直徑與待校準壓力響應膜片(3)的工作直徑相同,凹槽
(7)周圍均勻分布6個螺孔(8);
所述壓力響應膜片(3),材質為軟鋁,直徑與安裝座(1)上端面相等,貼合于安裝座(1)
上端面,在壓力傳感器(5)及螺釘(9)對應位置開孔;
所述膜片夾緊蓋板(2),采用不銹鋼材料,直徑與安裝座(1)上端面相等,在壓力傳感器
(5)、壓力響應膜片密封凹槽(7)及螺釘(9)所在位置開孔,其中對應的壓力傳感器(5)位置
開孔后填充凡士林,螺釘(9)孔為階梯孔,膜片夾緊蓋板(2)貼合于壓力響應膜片(3)上表
面;
所述壓力傳感器(5)、壓力響應膜片安裝座(1)、壓力響應膜片(3)及所述膜片夾緊蓋板
(2)通過螺釘(9)、螺孔(8)配合連接為組合體;
所述激波管夾緊件(4)通過螺栓與螺母配合與激波管連接,將所述組合體夾緊于激波
管末端。
2.根據權利要求書1所述一種用于校準壓力響應膜片的激波管安裝結構,其特征在于,
所述傳感器(5)及壓力響應膜片安裝座(1)上端面直徑50mm,用于配合內徑50mm激波管。
3.根據權利要求書1所述一種用于校準壓力響應膜片的激波管安裝結構,其特征在于,
所述壓力響應膜片(3)工作直徑30mm。
4.根據權利要求書1所述一種用于校準壓力響應膜片的激波管安裝結構,其特征在于,
所述壓力響應膜片密封凹槽(7)深度不小于15mm。
5.一種使用如權利要求書1所述安裝結構的用于校準壓力響應膜片的方法,其特征在
于,包括如下步驟:
步驟一:用激波管標定壓力響應膜片
激波管高壓段連接12MPa氮氣瓶,將所述激波管安裝結構安裝于激波管末端,用壓力傳
感器測量激波管末端的反射壓力;更換壓力響應膜片改變激波管夾膜類型及厚度進行10次
校準得到壓力與壓力響應膜片變形的規律,每次校準都更換相同的壓力響應膜片;其中膜
片類型如下表:

步驟二:壓力數據采集與處理
通過壓力傳感器數據采集系統采集到得每一次激波管校準中壓力傳感器(5)的數據,
該內徑50mm氮氣激波管所產生的激波有2ms的壓力平臺,讀取每一次校準的平臺壓力值,平
臺壓力值記為pi(i=1,2,3…10),所述平臺壓力為反射壓,通過下述公式計算對應的正入
射壓ΔPi(i=1,2,3…10);入射壓與反射壓的關系為
<mrow> <msub> <mi>p</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>=</mo> <mn>2</mn> <msub> <mi>&Delta;P</mi> <mi>i</mi> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mrow> <mn>6</mn> <msubsup> <mi>&Delta;P</mi> <mi>i</mi> <mn>2</mn> </msubsup> </mrow> <mrow> <mn>7</mn> <msub> <mi>p</mi> <mn>0</mn> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>&Delta;P</mi> <mi>i</mi> </msub> </mrow> </mfrac> </mrow>
式中,p0為大氣壓;
步驟三:壓力響應膜片最大撓度獲取
通過深度尺測得10次校準中每一次的壓力響應膜片(3)變形后凹坑的最大撓度記為yi
(i=1,2,3…10);
步驟四:參數擬合
根據ΔPi(i=1,2,3…10)和yi(i=1,2,3…10),通過最小二乘線性擬合得到函數關系:
yi=f(ΔPi)。
6.根據權利要求書5所述一種用激波管校準壓力響應膜片的方法,其特征在于,用于校
準正入射壓區間為0.04MPa-0.35MPa。

說明書

一種用于校準壓力響應膜片的激波管安裝結構與方法

技術領域

本發明屬于動態校準領域,主要涉及一種用于校準壓力響應膜片的激波管安裝結
構及校準方法。

背景技術

爆炸沖擊波超壓是衡量爆炸威力的重要參量,也是造成目標毀傷的重要因素,對
超壓的測量可采用等效壓力罐法、等效靶板法、生物試驗法、電測法等。目前國內外普遍采
用電測法,其優點是精確性高,能夠反映整個變化過程,便于信號存儲記錄,缺點是容易受
到干擾,高溫、高沖擊和電磁環境等因素作用于電測系統,會產生較強的寄生效應,需要對
其進行動態補償或修正,而且電測法布線繁雜,成本較高,在大型爆炸場中多測點布設較為
困難,尤其對于一些復雜環境如溝壑、丘陵地帶幾乎無法開展。

鑒于電測法的缺點,可采用壓力響應膜片測試法作為獲取沖擊波參數的另一種途
徑,它一般采用不同厚度的矩形或圓形金屬薄膜,根據爆炸載荷作用后薄膜的塑性變形來
評價爆炸威力,尤其是采用一些輕質材料(如鋁合金等)時,其在不同強度爆炸載荷作用下
的變形差異明顯,且結果的重復性較好,可作為一種裝配簡單、成本低廉的測試手段,避免
現有電測系統丟失數據的風險。然而對于壓力響應膜片測試方法,鮮有理論研究其變形與
沖擊波的關系,通常只根據其最大撓度對沖擊波的量值大小定性比較,而沒有將最大撓度
與沖擊波壓力聯系起來,從而壓力響應膜片只能用作沖擊波大小的表而不能作為沖擊波壓
力的測量工具,建立一種理論或者方法獲得壓力響應膜片最大撓度與沖擊波壓力關系迫在
眉睫。

發明內容

本發明要解決的技術問題是,提供一種安裝結構及校準方法,該安裝結構能夠安
裝在激波管末端校準壓力響應膜片,該校準方法可獲取沖擊波壓力與壓力響應膜片最大撓
度的關系。

為了解決上述技術問題,本發明采取如下技術方案:

1.一種用于校準壓力響應膜片的激波管安裝結構,包括傳感器及壓力響應膜片安
裝座、膜片夾緊蓋板、壓力響應膜片、激波管夾緊件、壓力傳感器、壓力傳感器安裝孔、壓力
響應膜片密封凹槽、螺孔、螺釘,其特征在于:

所述傳感器及壓力響應膜片安裝座,采用不銹鋼材料,變截面柱體。端面有壓力傳
感器安裝孔用于安裝壓力傳感器,壓力傳感器安裝后感壓面與安裝座上端面平齊;上端面
設置有壓力響應膜片密封凹槽,凹槽為柱狀,凹槽直徑與待校準壓力響應膜片的工作直徑
相同,凹槽周圍均勻分布6個螺孔;

所述壓力響應膜片,材質為軟鋁,直徑與所述安裝座上端面相等,貼合于該安裝座
上端面,在壓力傳感器及螺釘所在位置開孔;

所述膜片夾緊蓋板,采用不銹鋼材料,直徑與所述傳感器及壓力響應膜片安裝座
上端面相等,在壓力傳感器、壓力響應膜片密封凹槽及螺釘所在位置開孔,其中對應的壓力
傳感器位置開孔后填充凡士林用于傳感器感壓面隔熱,螺釘位置孔為階梯孔,膜片夾緊蓋
板貼合于壓力響應膜片上表面;

所述傳感器及壓力響應膜片安裝座、壓力響應膜片及所述膜片夾緊蓋板通過螺
釘、螺孔配合連接為組合體;

所述激波管夾緊件通過螺栓與螺母配合與激波管連接,將上述組合體夾緊于激波
管末端;

優選的,上述一種用于校準壓力響應膜片的激波管安裝結構,其特征在于,所述傳
感器及壓力響應膜片安裝座上端面直徑50mm,用于配合內徑50mm激波管;

優選的,上述一種用于校準壓力響應膜片的激波管安裝結構,其特征在于,所述壓
力響應膜片工作直徑30mm;

優選的上述一種用于校準壓力響應膜片的激波管安裝結構,其特征在于,所述壓
力響應膜片密封凹槽深度不小于15mm。

2.一種使用所述安裝結構的用于校準壓力響應膜片的方法,其特征在于,包括如
下步驟:

步驟一:用激波管標定壓力響應膜片

激波管高壓段連接12MPa氮氣瓶,將權利要求書1所述激波管安裝結構安裝于激波
管末端,用壓力傳感器測量激波管末端的反射壓力;為了得到壓力與壓力響應膜片變形的
規律,更換壓力響應膜片改變激波管夾膜類型及厚度進行10次校準,每次校準都更換相同
的壓力響應膜片。其中膜片類型如下表:



步驟二:壓力數據采集與處理

通過傳感器數據采集系統可采集到得每一次激波管校準中傳感器的響應,該內徑
50mm氮氣激波管所產生的激波有2ms的壓力平臺,可讀取每一次校準的平臺壓力值記為pi
(i=1,2,3…10),該平臺壓力為反射壓,通過下式計算對應的正入射壓的值ΔPi(i=1,2,
3…10);入射壓與反射壓的關系為


式中,p0為大氣壓;

步驟三:壓力響應膜片最大撓度獲取

通過深度尺測得10次校準中每一次的壓力響應膜片變形后凹坑的最大撓度記為
yi(i=1,2,3…10);

步驟四:參數擬合

根據ΔPi(i=1,2,3…10)和yi(i=1,2,3…10),通過最小二乘線性擬合可求出函
數yi=f(ΔPi)。

本發明的有益效果體現在以下幾個方面:

一、本發明所述結構,可用于壓力響應膜片的動態校準,獲得壓力響應膜片最大撓
度與壓力峰值的關系

二、根據壓力響應膜片最大撓度與壓力峰值的關系可使用壓力響應膜片測量爆炸
場沖擊波壓力

附圖說明

圖1是本發明校準壓力響應膜片的激波管安裝結構組成示意圖,圖中標號分別代
表:1-安裝座,2-膜片夾緊蓋板,3-壓力響應膜片,4-激波管夾緊件,5-壓力傳感器6-壓力傳
感器安裝孔,7-壓力響應膜片密封凹槽,8-螺孔,9-螺釘;

圖2是第9次校準壓力傳感器的響應曲線;

圖3是實施例中壓力響應膜片最大撓度與壓力峰值的關系。

具體實施方式

下面結合附圖及優選實施例對本發明作進一步的詳述。

遵從上述技術方案,如圖1所示,本發明的第一優選實施方案為:傳感器及壓力響
應膜片安裝座上端面與下端面直徑50mm,總長26mm,中間直徑較大的部分直徑為59mm,長
5mm。壓力響應膜片密封凹槽直徑30mm,深23mm。安裝座上留有PCB113A26壓力傳感器安裝
孔。壓力響應膜片密封凹槽周圍均勻分布有6個M3螺孔。

膜片夾緊蓋板厚度4mm,壓力傳感器對應位置處開孔直徑為7mm,用凡士林填充,完
全填充后凡士林與蓋板端面平齊;壓力響應膜片對應位置開孔直徑為30mm,壓力響應膜片
開孔位置周圍均勻分布有6個臺階狀孔,用于安裝M3螺釘。

壓力響應膜片直徑為50mm,工作直徑30mm。壓力傳感器對應位置處開孔直徑為
7mm,在6個螺釘安裝對應位置開孔直徑為3mm。

將PCB113A26傳感器安裝在傳感器及壓力響應膜片安裝座對應位置,依次放置壓
力響應膜片和膜片夾緊蓋板,并用螺釘緊密連接。將連接后的組合結構放入內徑50mm激波
管末端,通過激波管夾緊件緊固在激波管管體上,激波管夾緊件與激波管通過6個螺栓和螺
母連接。

一種使用所述安裝結構的用于校準壓力響應膜片的方法,其特征在于,包括如下
步驟:

步驟一:用激波管標定壓力響應膜片

激波管高壓段連接12MPa氮氣瓶,將權利要求書1所述激波管安裝結構安裝于激波
管末端,用壓力傳感器測量激波管末端的反射壓力;為了得到壓力與壓力響應膜片變形的
規律,更換壓力響應膜片改變激波管夾膜類型及厚度進行10次校準,每次校準都更換相同
的壓力響應膜片。其中膜片類型如下表:



步驟二:壓力數據采集與處理

通過傳感器數據采集系統可采集到得每一次激波管校準中傳感器的響應,該內徑
50mm氮氣激波管所產生的激波有2ms的壓力平臺,可讀取每一次校準的平臺壓力值記為pi
(i=1,2,3…10),該平臺壓力為反射壓,通過下式計算對應的正入射壓的值ΔPi(i=1,2,
3…10)。入射壓與反射壓的關系為


式中,p0為大氣壓;

步驟三:壓力響應膜片最大撓度獲取

可通過深度尺測得10次校準中每一次的壓力響應膜片變形后凹坑的最大撓度記
為yi(i=1,2,3…10);

步驟四:參數擬合

根據ΔPi(i=1,2,3…10)和yi(i=1,2,3…10),通過最小二乘線性擬合可求出函
數yi=f(ΔPi)。

實施例1

使用厚度為0.2mm軟鋁作為被校準壓力響應膜片,其工作直徑為30mm,PCB113A26
為校準用壓力傳感器,該傳感器靈敏度為1.37V/MPa。將壓力傳感器安裝在傳感器及壓力響
應膜片安裝座上,安裝座與膜片夾緊蓋板通過螺釘連接并夾緊壓力響應膜片,將整個安裝
結構安裝在內徑50mm激波管末端,將傳感器與傳感器數據采集系統連接。按照下述步驟完
成校準:

步驟一:用激波管標定壓力響應膜片

激波管高壓段連接12MPa氮氣瓶,將校準用激波管安裝結構安裝于激波管末端,用
壓力傳感器測量激波管末端的反射壓力;為了得到壓力與壓力響應膜片變形的規律,更換
壓力響應膜片改變激波管夾膜類型及厚度進行10次校準,每次校準都更換相同的壓力響應
膜片。其中膜片類型如下表:



步驟二:壓力數據采集與處理

通過傳感器數據采集系統可采集到得每一次激波管校準中傳感器的響應,該內徑
50mm氮氣激波管所產生的激波有2ms的壓力平臺,可讀取每一次校準的平臺壓力值記為pi
(i=1,2,3…10),該平臺壓力為反射壓,通過下式子計算對應的正入射壓的值ΔPi(i=1,
2,3…10),其中第9次校準壓力傳感器的響應曲線如圖2。入射壓與反射壓的關系為


其中,p0為大氣壓。壓力采集數據及處理后數據如下表:

次數
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
pi/MPa
0.1
0.24
0.30
0.52
0.68
0.9
1
1.14
1.23
1.28
ΔPi/MPa
0.043
0.090
0.107
0.165
0.203
0.251
0.300
0.318
0.318
0.327

步驟三:壓力響應膜片最大撓度獲取

通過深度尺測得10次校準中每一次的壓力響應膜片變形后凹坑的最大撓度記為
yi(i=1,2,3…10)。

次數
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
yi/mm
1.3
2.4
3
4
5
6.3
7
7.5
8
8.4

步驟四:參數擬合

根據ΔPi(i=1,2,3…10)和yi(i=1,2,3…10),通過最小二乘線性擬合可求出函

yi=f(ΔPi)=0.0405ΔPi-0.0067。

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