一种双敏感元件壁面压力传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种双敏感元件壁面压力传感器，属于爆炸冲击波超压场测量技术领域；该传感器包括：芯电极、弹性元件、支撑芯杆、壳体、芯杆、输出壳体、两个压电元件、三个支撑套和导线；壳体的外圆周面与输出壳体的内圆周面连接，绝缘套Ⅲ固定在输出壳体的内圆周面；支撑芯杆套装在壳体的内圆周面上；绝缘套Ⅱ套装在支撑芯杆的盲孔中，芯杆与绝缘套Ⅱ及绝缘套Ⅲ孔轴配合安装；绝缘套Ⅰ套装在支撑芯杆外圆周面的环形间隙中，压电元件Ⅰ、芯电极、压电元件Ⅱ及垫片依次套装在绝缘套Ⅰ的内圆周面；弹性元件固定在壳体的外圆周面上；导线的一端固定在芯电极上，另一端固定在芯杆上；本发明专利技术用于测量壁面冲击波的压力或掠过地表面冲击波的压力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于爆炸冲击波超压场测量
，具体涉及一种双敏感元件壁面压力传感器。
技术介绍
在空中爆炸或水中爆炸冲击波超压场中测量作用在构件表面的冲击波超压或测量冲击波掠过地面反射后形成的地面超压时，必须测量冲击波压力场壁面压力；目前测量冲击波压力场壁面压力的方法主要有压力罐法和壁面压力传感器电测法，压力罐法应用测量反复注入液体水的体积来推测膜片变形量，进而估算冲击波超压结果，测量难以精确可靠，更难以完成快速实时准确测量。国内生产的壁面压力传感器以压电陶瓷为压电晶体为主，压电陶瓷压电性强、介电常数高、可以加工成任意形状，但机械品质因子较低、电损耗较大、稳定性差，适合于大功率换能器和宽带滤波器等应用，但对高频、高稳定应用不理想。石英晶体的压电单晶压电性弱，介电常数很低，受切型限制存在尺寸局限，但稳定性很高，机械品质因子高。测量冲击波超压的石英晶体压电压力传感器主要源于国外进口，价格昂贵。在野外爆炸试验中，要求壁面压力传感器必须具有以下一些性能：(1)足够宽的量程，如上限量程为200MPa，下限量为0.5MPa；(2)足够高的灵敏度，如40pc/MPa～200pc/MPa；(3)灵敏度非线性，如≤1％(4)足够低的温度漂移，如0.01pc/oC～0.001pc/oC；(5)工作温度，如-20℃～60℃(6)具有对水密封的性能。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种双敏感元件壁面压力传感器，用于测量壁面冲击波的压力或掠过地表面冲击波的压力。本专利技术是通过下述技术方案实现的：一种双敏感元件壁面压力传感器，包括：垫片、芯电极、弹性元件、绝缘套Ⅰ、支撑芯杆、壳体、绝缘套Ⅱ、芯杆、输出壳体、绝缘套Ⅲ、压电元件Ⅰ、压电元件Ⅱ和导线；所述弹性元件为一端开放的圆柱形壳体，所述支撑芯杆为阶梯型圆柱，在支撑芯杆大直径段的端面开有圆形盲孔；所述壳体为带轴向通孔的圆柱；所述绝缘套Ⅱ为一端开放一端封闭的圆柱套；所述芯杆为阶梯型圆柱；所述输出壳体为带轴向通孔的阶梯型圆柱，圆柱的内圆周面设有台阶面；其连接关系如下：壳体的外圆周面与输出壳体大直径段的内圆周面连接，绝缘套Ⅲ固定在输出壳体小直径段的内圆周面；支撑芯杆套装在壳体的内圆周面上，支撑芯杆的小直径段位于远离输出壳体的一端；绝缘套Ⅱ套装在支撑芯杆的盲孔中，芯杆的大直径段与绝缘套Ⅱ的内圆周面孔轴配合安装，芯杆的小直径段与绝缘套Ⅲ的内圆周面孔轴配合安装，支撑芯杆的端面、绝缘套Ⅱ的端面及芯杆的台阶面均抵触在输出壳体的台阶面及绝缘套Ⅲ的端面形成的环形台阶面上；绝缘套Ⅰ套装在支撑芯杆小直径段外圆周面和壳体的内圆周面形成的环形间隙中，压电元件Ⅰ、芯电极、压电元件Ⅱ及垫片依次套装在绝缘套Ⅰ的内圆周面，其中，压电元件Ⅰ的端面抵触支撑芯杆小直径段的端面；弹性元件固定在壳体的外圆周面上，且垫片的端面抵触在弹性元件封闭端的内表面，绝缘套Ⅰ的端面与弹性元件封闭端的内表面之间留有间隙；导线的一端通过焊接固定在芯电极上，另一端通过焊接固定在芯杆上。进一步的，所述垫片、芯电极、压电元件Ⅰ及压电元件Ⅱ均为圆板；所述压电元件Ⅰ和压电元件Ⅱ为敏感元件。进一步的，所述弹性元件的内圆周面加工有内螺纹；所述壳体的两端均设有外螺纹；所述输出壳体的小直径段加工有外螺纹，圆柱的大直径段加工有内螺纹；壳体的两端分别与输出壳体及弹性元件的连接方式为螺纹连接。进一步的，所述绝缘套Ⅲ的外圆周面设有台阶面；绝缘套Ⅲ的台阶面抵触在输出壳体内圆周面的台阶面上。进一步的，还包括：密封垫圈，密封垫圈套装在壳体外圆周面，且密封垫圈的端面抵触输出壳体大直径段的端面。进一步的，芯杆的小直径段开有沿其轴向的圆形盲孔及矩形盲孔，其中圆形盲孔的开孔长度大于矩形盲孔的开孔长度，矩形盲孔的两侧贯穿芯杆的外圆周面，在芯杆大直径段的外圆周面开有径向通孔。进一步的，所述垫片、芯电极、弹性元件、芯杆的材料均采用磷青铜；绝缘套Ⅰ、绝缘套Ⅱ、绝缘套Ⅲ的材料均采用聚四氟乙烯；支撑芯杆、壳体、输出壳体的材料均采用不锈钢；压电元件Ⅰ和压电元件Ⅱ的材料均采用石英；导线为耐高温导线。其安装工艺流程为：(1)将壳体的外圆周面通过螺纹安装在输出壳体大直径段的内圆周面，但并不将壳体与输出壳体锁紧；(2)将导线的一端焊接在芯电极的焊点上；(3)将绝缘套Ⅰ套装在支撑芯杆小直径段的外圆周面，将压电元件Ⅰ、带导线的芯电极、压电元件Ⅱ及垫片依次套装在绝缘套Ⅰ的内圆周面；(4)将绝缘套Ⅱ、芯杆依次安装在支撑芯杆的大直径段的盲孔中；(5)将导线的另一端焊接在所述焊孔中；(6)将绝缘套Ⅲ套装在输出壳体小直径段的内圆周面；(7)将带绝缘套Ⅰ、压电元件Ⅰ、导线、芯电极、压电元件Ⅱ、垫片、绝缘套Ⅱ及芯杆的支撑芯杆套装在壳体内圆周面，并将芯杆的小直径段套装在绝缘套Ⅲ中；将件不锈钢支撑芯杆装配在件不锈钢内并与件L不锈钢输出接口合在一起，再紧固件磷青铜和件不锈钢壳体，(8)将弹性元件固定在壳体的外圆周面；(9)将壳体与接口壳体锁紧。工作原理：将本专利技术的传感器安装在被测构件或与测点附近的地面上，且使弹性元件封闭端的外表面与被测构件的上表面平齐，或与测点附近的地表平齐，芯杆的盲孔与低噪声电缆的插头连接；当进行野外爆炸试验时，被测构件表面的受到爆炸的冲击波压力或冲击波掠过地面反射后的压力同时作用在与被测构件或地表平齐的传感器的弹性元件上，弹性元件将受到的压力通过垫片传递给芯电极两端的压电元件Ⅰ及压电元件Ⅱ，由于支撑芯杆固定不动，因此，压电元件Ⅰ及压电元件Ⅱ的一端均受到垫片的向靠近芯杆的作用力，压电元件Ⅰ及压电元件Ⅱ的另一端均受到支撑芯杆的向靠近垫片的支撑作用力，压电元件Ⅰ及压电元件Ⅱ受挤压将压力转换为电信号，通过芯电极传递给芯杆，芯杆将电信号传递出去。有益效果：(1)本专利技术的弹性元件将受到的压力传递给两个压电元件，通过两个压电元件受挤压将压力转换为电信号使得传感器具有足够宽的量程、足够高的灵敏度、足够低的温度漂移性能、足够宽的工作温度范围和对水密封性能。(2)本专利技术由垫片、芯电极和两个压电元件组成的压电测试结构可实现高于单个压电元件50％电荷量采集，有利于测试远场小信号的冲击波超压。附图说明图1为本专利技术的组成结构图。图2为本专利技术的绝缘套Ⅰ的结构图。图3～5为本专利技术的支撑芯杆的结构图。图6为本专利技术的绝缘套Ⅱ的结构图。图7为本专利技术的芯杆的结构图。其中，1-垫片，2-芯电极，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双敏感元件壁面压力传感器，其特征在于，包括：垫片(1)、芯电极(2)、弹性元件(3)、绝缘套Ⅰ(4)、支撑芯杆(5)、壳体(7)、绝缘套Ⅱ(8)、芯杆(9)、输出壳体(10)、绝缘套Ⅲ(11)、压电元件Ⅰ(12)、压电元件Ⅱ(13)和导线(14)；所述弹性元件(3)为一端开放的圆柱形壳体，所述支撑芯杆(5)为阶梯型圆柱，在支撑芯杆(5)大直径段的端面开有圆形盲孔；所述壳体(7)为带轴向通孔的圆柱；所述绝缘套Ⅱ(8)为一端开放一端封闭的圆柱套；所述芯杆(9)为阶梯型圆柱；所述输出壳体(10)为带轴向通孔的阶梯型圆柱，圆柱的内圆周面设有台阶面；其连接关系如下：壳体(7)的外圆周面与输出壳体(10)大直径段的内圆周面连接，绝缘套Ⅲ(11)固定在输出壳体(10)小直径段的内圆周面；支撑芯杆(5)套装在壳体(7)的内圆周面上，支撑芯杆(5)的小直径段位于远离输出壳体(10)的一端；绝缘套Ⅱ(8)套装在支撑芯杆(5)的盲孔中，芯杆(9)的大直径段与绝缘套Ⅱ(8)的内圆周面孔轴配合安装，芯杆(9)的小直径段与绝缘套Ⅲ(11)的内圆周面孔轴配合安装，支撑芯杆(5)的端面、绝缘套Ⅱ(8)的端面及芯杆(9)的台阶面均抵触在输出壳体(10)的台阶面及绝缘套Ⅲ(11)的端面形成的环形台阶面上；绝缘套Ⅰ(4)套装在支撑芯杆(5)小直径段外圆周面和壳体(7)的内圆周面形成的环形间隙中，压电元件Ⅰ(12)、芯电极(2)、压电元件Ⅱ(13)及垫片(1)依次套装在绝缘套Ⅰ(4)的内圆周面，其中，压电元件Ⅰ(12)的端面抵触支撑芯杆(5)小直径段的端面；弹性元件(3)固定在壳体(7)的外圆周面上，且垫片(1)的端面抵触在弹性元件(3)封闭端的内表面，绝缘套Ⅰ(4)的端面与弹性元件(3)封闭端的内表面之间留有间隙；导线(14)的一端通过焊接固定在芯电极(2)上，另一端通过焊接固定在芯杆(9)上。...

【技术特征摘要】
1.一种双敏感元件壁面压力传感器，其特征在于，包括：垫片(1)、芯电极(2)、弹性
元件(3)、绝缘套Ⅰ(4)、支撑芯杆(5)、壳体(7)、绝缘套Ⅱ(8)、芯杆(9)、输出壳体
(10)、绝缘套Ⅲ(11)、压电元件Ⅰ(12)、压电元件Ⅱ(13)和导线(14)；
所述弹性元件(3)为一端开放的圆柱形壳体，
所述支撑芯杆(5)为阶梯型圆柱，在支撑芯杆(5)大直径段的端面开有圆形盲孔；
所述壳体(7)为带轴向通孔的圆柱；
所述绝缘套Ⅱ(8)为一端开放一端封闭的圆柱套；
所述芯杆(9)为阶梯型圆柱；
所述输出壳体(10)为带轴向通孔的阶梯型圆柱，圆柱的内圆周面设有台阶面；
其连接关系如下：壳体(7)的外圆周面与输出壳体(10)大直径段的内圆周面连接，绝
缘套Ⅲ(11)固定在输出壳体(10)小直径段的内圆周面；支撑芯杆(5)套装在壳体(7)
的内圆周面上，支撑芯杆(5)的小直径段位于远离输出壳体(10)的一端；绝缘套Ⅱ(8)
套装在支撑芯杆(5)的盲孔中，芯杆(9)的大直径段与绝缘套Ⅱ(8)的内圆周面孔轴配合
安装，芯杆(9)的小直径段与绝缘套Ⅲ(11)的内圆周面孔轴配合安装，支撑芯杆(5)的
端面、绝缘套Ⅱ(8)的端面及芯杆(9)的台阶面均抵触在输出壳体(10)的台阶面及绝缘
套Ⅲ(11)的端面形成的环形台阶面上；
绝缘套Ⅰ(4)套装在支撑芯杆(5)小直径段外圆周面和壳体(7)的内圆周面形成的环
形间隙中，压电元件Ⅰ(12)、芯电极(2)、压电元件Ⅱ(13)及垫片(1)依次套装在绝缘
套Ⅰ(4)的内圆周面，其中，压电元件Ⅰ(12)的端面抵触支撑芯杆(5)小直径段的端面；
弹性元件(3)固定在壳体(7)的外圆周面上，且垫片(1)的端面抵触在弹性元件(3)封
闭端的内表面，绝缘套Ⅰ(4)的端面与弹性元件(3)封闭端的内表面之间留有间隙；导线
(14)的一端通过焊...

【专利技术属性】
技术研发人员：吕中杰，黄正平，黄风雷，刘彦，段卓平，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：北京;11