一种整体结构圆饼型自由场压力传感器制造技术

本发明专利技术公开了一种整体结构圆饼型自由场压力传感器，属于爆炸冲击波超压场测量技术领域；它包括：导流结构、定位筒、弹性元件、芯电极、压电元件、承压铜电极、绝缘定位套、信号线、连接头和电缆连接座；芯电极套装在导流结构圆饼的轴向通孔内，两个压电元件和两个承压铜电极分别位于芯电极的两端；绝缘定位套套装在芯电极、压电元件及承压铜电极的外圆周面上；定位筒和两个弹性元件均套装在绝缘定位套与导流结构的圆饼轴向通孔的间隙中；连接头的一端固定在导流结构支承杆的轴向通孔内，另一端的轴向通孔内安装有电缆连接座；信号线的两端分别固定在芯电极的通孔内及电缆连接座上；本发明专利技术具有较好的水密性和抗冲击性，能够满足野外爆炸试验要求。

【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
，具体涉及一种整体结构圆饼型自由场压力传感器。
技术介绍
炸药在空中爆炸时生成的空气冲击波的峰值超压和冲量是炸药能量特性的一项重要参数，也是衡量弹药特别是爆破及杀伤——爆破战斗部损伤效果的一项重要指标。在空中爆炸或水中爆炸冲击波超压场中直接测量垂直掠过构件敏感元件表面的冲击波超压时，必须使用自由场压力传感器；安装这种传感器时必须使这种传感器支撑杆指向爆炸中心。在野外爆炸试验中，这种自由场压力传感器适用于中、远距离上距地面一定高度冲击波超压的直接测量。目前测量自由场冲击波超压的压力传感器一般为笔杆型和圆饼型两种，圆饼型传感器依靠前端圆饼形状进行导流，尽量不影响激波来流状态。相对于笔杆形状测试时笔尖必须指向爆心的苛刻要求，饼式传感器对于来流方位的要求要宽泛的多，只要来流在圆饼前侧180度范围内均可实现有效测试，传感器安装环境的适应性明显增强。现有圆饼型传感器分为两类：一类为头部直接应用电气石晶体做成的近似圆饼形结构，由于电气石材质易碎，边缘破碎后会直接影响灵敏度及使用性能；另一类为头部与支撑杆焊接而成，因为焊接的热应力使得敏感元件周围部件整体结构难以达到设计加工精度要求，造成组装后灵敏元件的形变，对传感器灵敏度线性规律产生较大影响。在野外爆炸试验中，要求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)上升时间，如≤2μs～10μs；(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整体结构圆饼型自由场压力传感器，该传感器中对称设置两个压电元件，有效增强了压力感受敏感性；且该传感器具有较好的水密性和抗冲击性，能够满足野外爆炸试验要求。本专利技术是通过下述技术方案实现的：一种整体结构圆饼型自由场压力传感器，包括：导流结构、定位筒、弹性元件、芯电极、压电元件、承压铜电极、绝缘定位套、信号线、连接头和电缆连接座；所述导流结构由支承杆及圆饼组成整体结构，圆饼轴线与支承杆轴线垂直相交，圆饼端面与支承杆侧面平滑过渡；圆饼的两个端面为向其轴线倾斜的斜面；圆饼和支承杆的中心处均加工有轴向通孔，两个轴向通孔贯通；所述芯电极为圆柱形结构，圆柱形结构上加工有沿芯电极径向的通孔；所述压电元件和承压铜电极均为圆板状结构；所述弹性元件为一端开放一端封闭的圆筒；所述绝缘定位套为加工有轴向通孔的圆柱，圆柱上加工有用于布置信号线的凹槽；所述连接头为带有轴向通孔的阶梯型圆柱状结构；其连接关系如下：芯电极同轴套装在导流结构圆饼的轴向通孔内，两个压电元件和两个承压铜电极分别同轴位于芯电极的两端，其中，两个压电元件分别贴合在芯电极的两个端面上；绝缘定位套套装在芯电极、压电元件及承压铜电极的外圆周面上；定位筒和两个弹性元件均套装在绝缘定位套与导流结构的圆饼轴向通孔的间隙中，其中，两个弹性元件的开放端分别与定位筒的两端相抵触，两个弹性元件封闭端的内端面分别抵触在两个承压铜电极上，外端面分别与导流结构圆饼的端面平齐；连接头的一端固定在导流结构支承杆的轴向通孔内，另一端的轴向通孔内安装有电缆连接座；信号线的两端分别固定在芯电极的通孔内及电缆连接座上。进一步的，还包括O形胶圈，所述O形胶圈安装在连接头与导流结构的接触面上。进一步的，所述定位筒为侧面不封闭的圆筒。进一步的，所述芯电极采用磷青铜。进一步的，所述压电元件采用石英。进一步的，所述弹性元件、定位筒及连接头均采用不锈钢。有益效果：(1)本专利技术中的压电元件采用两片石英晶体作为敏感元件，通过压电元件的低线膨胀系数性能，使本专利技术的传感器具有低温飘性能，两个压电元件分布于导流结构的圆饼的轴向通孔的两端，增强了压力感受敏感性；本专利技术中的弹性元件具有较好的结构抗冲击性能；且弹性元件与压电元件均安装在导流结构的圆饼的两个端面上，具有两个平面对称承压面，提高了传感器压电性能可靠性。(2)本专利技术中的导流结构采用圆饼与支承杆加工为整体结构，具有极好的结构强度和安装工艺稳定性；利用导流结构的圆饼尖端对冲击波进行导流，减少了对冲击波流场的干扰。(3)本专利技术中的O形胶圈实现了水密封和声学绝缘的功能。(4)本专利技术的传感器具有足够宽的量程、足够高的灵敏度、足够好的灵敏度线性性能、足够宽的工作温度范围和对水密封性能；能够满足野外爆炸试验的要求。附图说明图1为本专利技术的结构组成图。图2为图1中A处的局部放大图。图3为本专利技术的导流结构的主视剖面图。图4为图3的俯视图。图5为本专利技术的芯电极的结构图。图6为本专利技术的弹性元件的结构图。图7为本专利技术的定位筒的结构图。图8为本专利技术的绝缘定位套的结构图。图9为本专利技术的连接头的结构图。其中，1-导流结构，2-定位筒，3-弹性元件，4-芯电极，5-压电元件，6-承压铜电极，7-绝缘定位套，8-信号线，9-O形胶圈，10-连接头，11-电缆连接座。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术提供了一种整体结构圆饼型自由场压力传感器，参见附图1、2，包括：导流结构1、定位筒2、弹性元件3、芯电极4、压电元件5、承压铜电极6、绝缘定位套7、信号线8、O形胶圈9、连接头10和电缆连接座11；参见附图3、4，所述导流结构1由支承杆及圆饼组成整体结构，圆饼轴线与支承杆轴线垂直相交，圆饼端面与支承杆侧面加工为平滑过渡的平面；圆饼的两个端面为向其轴线倾斜的斜面，两个环状斜面组成的尖端实现对冲击波的导流；圆饼和支承杆的中心处均加工有轴向通孔，两个轴向通孔贯通；支承杆的轴向通孔远离圆饼的一端加工有内螺纹；参见附图5，所述芯电极4为圆柱形结构，圆柱形结构上加工有沿芯电极4径向的通孔；所述压电元件5和承压铜电极6均为圆板状结构；参见附图6，所述弹性元件3为一端开放一端封闭的圆筒；参见附图7，所述定位筒2为侧面不封闭的圆筒；参见附图8，所述绝缘定位套7为加工有轴向通孔的圆柱，圆柱上加工有用于布置信号线8的凹槽；参见附图9，所述连接头10为带有轴向通孔的阶梯型圆柱状结构，两端分别加工有内、外螺纹；所述芯电极4采用磷青铜；压电元件5为敏感元件，采用石英；弹性元件3、定位筒2及连接头10均采用不锈钢；其连接关系如下：芯电极4同本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种整体结构圆饼型自由场压力传感器，其特征在于，包括：导流结构(1)、定位筒(2)、弹性元件(3)、芯电极(4)、压电元件(5)、承压铜电极(6)、绝缘定位套(7)、信号线(8)、连接头(10)和电缆连接座(11)；所述导流结构(1)由支承杆及圆饼组成整体结构，圆饼轴线与支承杆轴线垂直相交，圆饼端面与支承杆侧面平滑过渡；圆饼的两个端面为向其轴线倾斜的斜面；圆饼和支承杆的中心处均加工有轴向通孔，两个轴向通孔贯通；所述芯电极(4)为圆柱形结构，圆柱形结构上加工有沿芯电极(4)径向的通孔；所述压电元件(5)和承压铜电极(6)均为圆板状结构；所述弹性元件(3)为一端开放一端封闭的圆筒；所述绝缘定位套(7)为加工有轴向通孔的圆柱，圆柱上加工有用于布置信号线(8)的凹槽；所述连接头(10)为带有轴向通孔的阶梯型圆柱状结构；其连接关系如下：芯电极(4)同轴套装在导流结构(1)圆饼的轴向通孔内，两个压电元件(5)和两个承压铜电极(6)分别同轴位于芯电极(4)的两端，其中，两个压电元件(5)分别贴合在芯电极(4)的两个端面上；绝缘定位套(7)套装在芯电极(4)、压电元件(5)及承压铜电极(6)的外圆周面上；定位筒(2)和两个弹性元件(3)均套装在绝缘定位套(7)与导流结构(1)的圆饼轴向通孔的间隙中，其中，两个弹性元件(3)的开放端分别与定位筒(2)的两端相抵触，两个弹性元件(3)封闭端的内端面分别抵触在两个承压铜电极(6)上，外端面分别与导流结构(1)圆饼的端面平齐；连接头(10)的一端固定在导流结构(1)支承杆的轴向通孔内，另一端的轴向通孔内安装有电缆连接座(11)；信号线(8)的两端分别固定在芯电极(4)的通孔内及电缆连接座(11)上。...

【技术特征摘要】
1.一种整体结构圆饼型自由场压力传感器，其特征在于，包括：导流结构(1)、定位筒
(2)、弹性元件(3)、芯电极(4)、压电元件(5)、承压铜电极(6)、绝缘定位套(7)、信
号线(8)、连接头(10)和电缆连接座(11)；
所述导流结构(1)由支承杆及圆饼组成整体结构，圆饼轴线与支承杆轴线垂直相交，圆
饼端面与支承杆侧面平滑过渡；圆饼的两个端面为向其轴线倾斜的斜面；圆饼和支承杆的中
心处均加工有轴向通孔，两个轴向通孔贯通；
所述芯电极(4)为圆柱形结构，圆柱形结构上加工有沿芯电极(4)径向的通孔；
所述压电元件(5)和承压铜电极(6)均为圆板状结构；
所述弹性元件(3)为一端开放一端封闭的圆筒；
所述绝缘定位套(7)为加工有轴向通孔的圆柱，圆柱上加工有用于布置信号线(8)的
凹槽；
所述连接头(10)为带有轴向通孔的阶梯型圆柱状结构；
其连接关系如下：芯电极(4)同轴套装在导流结构(1)圆饼的轴向通孔内，两个压电
元件(5)和两个承压铜电极(6)分别同轴位于芯电极(4)的两端，其中，两个压电元件(5)
分别贴合在芯电极(4)的两个端面上；绝缘定位套(7)套装在芯电极(4)、压电元件(5)
及承压铜电极(6)的外圆周面上；定位筒(2)和两个...

【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