一种快速在线监测固体推进剂正硫化点的方法及传感器技术

本发明专利技术涉及一种快速在线监测固体推进剂正硫化点的方法及传感器，是一种将压电传感器植入到被监测的推进剂样品中，使得压电传感器与推进剂样品构成机电阻抗耦合结构，利用压电传感器在线检测推进剂硫化过程中，随着硫化时间增加，通过压电传感器检测到的阻抗变化率呈先增加后降低的趋势，绘制机电阻抗变化率‑推进剂硫化时间曲线，利用对曲线拐点的分析，确定推进剂的正硫化点的方法。本发明专利技术涉及的方法，可以用于在线快速测定推进剂的正硫化点，也可以监测推进剂的硫化历程，正硫化点测定精度精确到小时。该方法费用低，操作便捷、对监测对象不会造成安全、质量等负面干扰。

A method and sensor for fast on-line monitoring of solid propellant vulcanization point

The invention relates to a method for fast on-line monitoring of solid propellant is vulcanization point and sensor, is a kind of piezoelectric sensor is implanted into the monitoring of the propellant samples, the piezoelectric sensor and the propellant samples constitute electromechanical impedance coupling structure using piezoelectric sensor for on line detection of propellant in the curing process, with the increase of curing time. Pressure was reduced by impedance sensor detects changes in rate of electricity after the first increase trend, drawing the electromechanical impedance change rate of propellant curing time curve, by analyzing the curve inflection point, method of determining the optimum cure point of propellant. The method of the invention can be used for on-line rapid determination of the positive vulcanization point of propellants, and also for monitoring the curing history of propellants, and the accuracy of the determination of the vulcanizing point is accurate to the hour. The method is low cost, easy to operate, and will not cause negative interference to the monitoring object, such as safety and quality.

【技术实现步骤摘要】
一种快速在线监测固体推进剂正硫化点的方法及传感器
本专利技术涉及一种快速在线监测固体推进剂正硫化点的方法，具体涉及一种快速在线监测固体火箭发动机中推进剂正硫化点的方法，为使用压电传感器在线监测固体推进剂的硫化过程，并对正硫化点进行确定。
技术介绍
固体推进剂（简称，推进剂）正硫化点是指浆状推进剂在一定温度下，连续加热，使化学交联基本完成，力学性能不再随加热时间延长而变化的起始时间，是推进剂硫化工艺的重要控制参数。正硫化点是固体火箭发动机装药生产时，硫化时间控制的依据。固体火箭发动机完成推进剂浇注后进行硫化，如果推进剂硫化程度不够，即没有达到推进剂的正硫化点，推进剂装药的模量、强度、延伸率等力学性能达不到设计指标；如果硫化过度，推进剂不仅会发生较为明显的后固化现象，甚至会出现推进剂中高分子链的断链和氧化交联等副反应，这些现象同样会使得推进剂力学性能偏离设计指标。因此，测定推进剂正硫化点，也是固体火箭发动机研制生产工艺过程中一项重要的质量控制依据。在固体火箭发动机硫化过程中，传统的固体推进剂正硫化点确定方法是在固体火箭发动机装药浇注过程中，浇注若干个与发动机中推进剂平行的方坯试样，与固体火箭发动机在同等条件下硫化，根据经验，在接近推进剂的预定正硫化点前后，每间隔一段时间取一个方坯试样测试其力学性能，根据推进剂力学性能测试结果中最大伸长率与断裂伸长率的接近程度、推进剂抗拉强度与预定值的接近程度，确定推进剂是否达到正硫化点，当推进剂方坯试样达到正硫化点时，认为发动机中的推进剂也达到了正硫化点，并据此停止发动机的硫化，并进行降温处理。传统的固体推进剂正硫化点测定方法，存在较大的经验依赖性，用推进剂方坯推测发动机中正硫化点，存在一定偏差，而且正硫化点测定精度较低，只能精确到1天。因此，传统正硫化点测定方法不利于准确控制固体火箭发动机的硫化时间。除此之外，在正硫化点测定过程中，需要消耗大量推进剂方坯试样，而且需要进行力学性能拉伸测试，存在成本高和过程繁琐的不足。为了弥补固体火箭发动机装药生产硫化过程中，正硫化点测定的不足，需要一种能够在线监测固体火箭发动机中推进剂正硫化点的方法，而且测定精确度需要显著提高。这类方法需要在固体火箭发动机装药过程中，在推进剂中植入传感器，利用传感器实现硫化历程的在线监测。该传感器不能太昂贵且对监测对象不会造成安全、质量等负面干扰。
技术实现思路
本专利技术要解决的问题是提供一种快速在线监测固体推进剂正硫化点的方法，以解决在线监测固体推进剂硫化过程中确定出正硫化点的问题。为解决存在的技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种快速在线监测固体推进剂正硫化点的方法，将压电传感器植入到刚浇注后的固体推进剂中，压电传感器与固体推进剂构成机电阻抗耦合结构，在检测时，压电传感器产生振动波在固体推进剂中传播，压电传感器在线检测到固体推进剂与压电传感器组成的机电阻抗耦合结构的阻抗信号，随着硫化时间增加，通过压电传感器检测到的阻抗变化率呈先增加后降低的趋势，绘制阻抗变化率-固体推进剂硫化时间曲线，利用对曲线拐点的分析，确定固体推进剂的正硫化点。本专利技术涉及的是一种利用植入式压电传感器在线测定固体火箭发动机中推进剂正硫化点的方法，以及相关的技术设备。本专利技术涉及的推进剂正硫化点在线监测方法，是将一种压电传感器植入到被监测的推进剂样品中，使得压电传感器与推进剂样品构成机电阻抗耦合结构，利用压电传感器在线检测推进剂硫化过程中，由于推进剂的硬度、模量增加导致的机电阻抗增加，绘制机电阻抗变化率-推进剂硫化时间曲线，利用对曲线拐点的分析，确定推进剂的正硫化点。本专利技术涉及的压电传感器是一种在片状压电材料附着上电极和下电极构成的压电传感器芯片，电极通过衔接点附着引线。所述的压电传感器芯片为“电极-压电材料-电极”的三明治结构，形状包括但不限于圆形、椭圆形或多边形等平面形状，所述的压电材料包括但不限于压电石英晶体、压电陶瓷、压电高聚物等具有压电属性的材料，所述的电极材料包括但不限于金、银、铂、铜、铝、合金等导电性良好的电极材料。本专利技术所述的压电传感器在推进剂中的植入方式是直接将压电传感器芯片置于浆状推进剂中，使得压电传感器的至少一面电极与推进剂接触良好，既可以将压电传感器置于推进剂的表层，也可以将压电传感器置于推进剂表层以下的内部。压电传感器植入后，通过推进剂自身的粘性使得压电传感器与推进剂构成机电阻抗耦合结构。本专利技术所述的在推进剂中植入压电传感器数量至少1枚，可以同时植入1枚以上的压电传感器进行检测。本专利技术所述的阻抗变化率计算方法是将不同硫化时间对应的阻抗与初始状态的阻抗进行对比计算阻抗变化百分比的方法，具体计算方法包括但不限于各种数学统计方法中的变化率计算方法。本专利技术所述的推进剂正硫化点确定方法是利用阻抗变化率-硫化时间变化曲线的拐点对应硫化时间的方法，将曲线拐点对应的硫化时间作为推进剂的正硫化点。本专利技术所述的正硫化点确定方法可以通过电脑软件自动完成，也可以通过阻抗检测值进行人工数据处理，从而确定正硫化点。有益效果本专利技术所涉及的监测固体火箭发动机中推进剂正硫化点的方法有以下特点：1、可以直接监测固体火箭发动机中推进剂的正硫化点，区别于传统方法利用对比试验件的方法确定发动机中推进剂是否达到正硫化点。2、可以实现在固体火箭发动机硫化工艺中直接在线监测固体火箭发动机中推进剂的正硫化点。3、不会对固体火箭发动机带来负面安全、质量等影响。4、操作便利，利用植入的压电传感器直接获取阻抗信号，每次检测耗时小于1min。5、成本低廉，每发固体火箭发动机正硫化点监测最小消耗量为1枚压电传感器芯片。附图说明附图1在固体火箭发动机硫化过程中，压电传感器检测到的阻抗变化率-硫化时间的变化曲线；附图2固体火箭发动机硫化过程中，用植入式压电传感器在线监测推进剂硫化程度的装置示意图；附图3植入式压电传感器与推进剂组成的机电阻抗耦合结构示意图；附图4植入式压电传感器结构示意图；图中，包括固体火箭发动机1、发动机壳体2、中间层3、推进剂4、芯模5、压电传感器6、固定支架7、硫化装置8、信号线9、阻抗检测器10、计算机11、压电材料12、上电极13、下电极14、衔接点15、引线16。具体实施方式下面结合具体实施例对本专利技术做进一步说明。如附图2所示，一种快速在线监测固体火箭发动机中推进剂正硫化点的方法，在固体火箭发动机1装药过程中，将浆状的推进剂浇注到发动机壳体2中，使推进剂与预定形状相比有一部分富余，再将压电传感器植入到富余部分的推进剂4中，使得压电传感器6与推进剂构成一种机电阻抗耦合结构，如附图3所示。在检测时，压电传感器产生一种振动波在推进剂中传播，推进剂与压电传感器组成的机电阻抗耦合结构的阻抗信号可以通过压电传感器在线检测到。压电传感器植入到推进剂中以后，将压电传感器的引线16固定，使得压电传感器在推进剂中的位置固定，将固体火箭发动机置于预先设定好温度的硫化装置8中，将压电传感器的电极引线16通过信号线9连接到阻抗检测器10上，阻抗检测器通过信号线与计算机11连接。待温度稳定后，利用植入的压电传感器在线检测阻抗信号，作为初始阻抗Io。硫化过程中，随着硬度、模量增加，推进剂对压电传感器产生的振动波的阻抗作用会产生变化，表现为连续增加或连续降低。每隔一定时间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种快速在线监测固体推进剂正硫化点的方法，其步骤为：将压电传感器（6）植入到刚浇注后的固体推进剂（4）中，压电传感器（6）与固体推进剂（4）构成机电阻抗耦合结构，在检测时，压电传感器（6）产生振动波在固体推进剂（4）中传播，压电传感器（6）在线检测到固体推进剂（4）与压电传感器（6）组成的机电阻抗耦合结构的阻抗信号，随着硫化时间增加，通过压电传感器（6）检测到的阻抗变化率呈先增加后降低的趋势，绘制阻抗变化率‑固体推进剂硫化时间曲线，利用对曲线拐点的分析，确定固体推进剂（4）的正硫化点。

【技术特征摘要】
1.一种快速在线监测固体推进剂正硫化点的方法，其步骤为：将压电传感器（6）植入到刚浇注后的固体推进剂（4）中，压电传感器（6）与固体推进剂（4）构成机电阻抗耦合结构，在检测时，压电传感器（6）产生振动波在固体推进剂（4）中传播，压电传感器（6）在线检测到固体推进剂（4）与压电传感器（6）组成的机电阻抗耦合结构的阻抗信号，随着硫化时间增加，通过压电传感器（6）检测到的阻抗变化率呈先增加后降低的趋势，绘制阻抗变化率-固体推进剂硫化时间曲线，利用对曲线拐点的分析，确定固体推进剂（4）的正硫化点。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述的压电传感器（6）在固体推进剂（4）中的植入方式是直接将压电传感器（6）芯片置于浆状固体推进剂（4）中，使得压电传感器（6）的至少一面电极与固体推进剂（4）接触良好，或将压电传感器...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁玉龙，孙杨，赵云，
申请(专利权)人：内蒙合成化工研究所，
类型：发明
国别省市：内蒙古,15