一种用于确定冲击波(9)的横向过渡压力的传感元件(1)，包括沿着纵轴线(X)构造的主体(2)；主体(2)具有鼻部(3)和测量部(4)；鼻部被布置为邻接于测量部(4)；鼻部从测量部出发沿纵轴线逐渐变细直至鼻端(31)；测量部具有至少三个压力传感器；至少三个压力传感器中的每一个具有压敏的压力采集表面(6)；至少三个压力传感器中的每一个的压力采集表面平行于纵轴线布置；至少三个压力传感器沿着纵轴线彼此间隔开(Dab，Dbc)地布置。传感元件适用于确定冲击波的速度和加速度。本发明专利技术还提供了将该传感元件用于确定冲击波物理特性的应用、包括该传感元件的传感装置以及利用该传感元件确定冲击波物理特性的方法。击波物理特性的方法。击波物理特性的方法。
【技术实现步骤摘要】
传感元件
[0001]本专利技术涉及一种用于确定流体中的冲击波的物理特性的传感元件以及一种用于确定流体中的冲击波的物理特性的方法。
技术介绍
[0002]冲击波或压力波可以在介质(例如流体)中传播。流体是气体或液体。在下文中，使用术语“冲击波”代表压力波或冲击波。
[0003]冲击波会出现在很多情况下。流体中的突然膨胀与从膨胀点扩散开的冲击波有关。例如，通过流体从开口中的快速逸出能够发生膨胀；例如，当活塞在气缸中运动时，可以通过固体的快速运动来触发冲击波，例如快速排空充满流体的空间或者通过出口填充先前大部分空置的空间。膨胀还可以是在流体中的膨胀。同样，流体中的内爆(Implosion)也与冲击波的传播有关。
[0004]冲击波可以在空间中不受阻碍地传播。冲击波也可以被定向地传播，例如在空心柱体中的轴内传播。
[0005]冲击波具有通过流体传播的冲击波阵面(Stosswellenfront)。在此，膨胀之后的冲击波阵面相对于未受影响的流体具有压力上升。内爆后的冲击波阵面相对于未受影响的流体具有压力下降。下面仅描述冲击波阵面为压力上升的冲击波的情况。然而，本领域技术人员可以将本专利技术的以下描述相应地适配于具有压力下降的冲击波阵面。
[0006]在固定位置处，可以将冲击波确定为瞬时压力。在下文中，“瞬时”始终是指时间上的瞬时。因此，瞬时压力是作为时间函数的压力。传播经过该位置的冲击波可以被确定为达到最大压力的压力上升，然后是压力下降。
[0007]冲击波具有多种物理特性。冲击波具有最大压力。冲击波具有随时间变化的压力上升，表现为从不受影响的流体的压力上升到最大压力。冲击波具有波阵面(Wellenfront)。在所述压力上升具有拐点时的位置处定义波阵面。替代地，也可以在压力达到不受影响流体的压力与最大压力之间一半高度时的位置处定义波阵面。冲击波具有衰减时间，该衰减时间在压力从最大压力下降到最大压力的某一比例时的位置处被定义。冲击波具有冲击波速度，冲击波阵面通过流体以该冲击波速度运动。冲击波具有冲击波加速度。通常，冲击波阵面的速度会随着行进距离的增加而减小。因此，大多数情况下冲击波加速度是负的。然而需要指出的是，在下文中明确包括了正冲击波加速度。
[0008]专利文献US2799788A公开了一种用于确定冲击波的瞬时压力的传感元件。该传感元件具有沿纵轴线配置的主体，该主体具有鼻部和测量部。为了测量冲击波的瞬时压力，传感元件被定向为以纵轴线垂直于冲击波阵面。鼻部邻接于测量部设置并且沿着纵轴线逐渐变细直至鼻端。由此避免了冲击波阵面的涡流/或扭曲。涡流或扭曲会引起局部的压力变化，并且不能正确地确定冲击波的瞬时压力。在测量部中布置有压力传感器，其具有横向于纵轴线的压敏式压力采集表面。在排除比例因子之后，横向压力(也称为横向过渡压力)等于冲击波的瞬时压力。这里的不利之处在于，既不能确定冲击波速度，也不能确定冲击波加
速度。
技术实现思路
[0009]因此，本专利技术的目的是提供一种传感器，利用该传感器，能够简单、有效地确定冲击波的瞬时压力和冲击波加速度以及冲击波速度。
[0010]该目的通过本专利技术的技术方案来实现。
[0011]本专利技术涉及一种用于确定流体中的冲击波的横向过渡压力的传感元件，其包括沿纵轴线配置的主体；该主体具有鼻部；该主体具有测量部；其中鼻部被布置为邻接测量部；其中鼻部从测量部出发沿着纵轴线逐渐变细直至鼻端；其中测量部具有至少三个压力传感器；其中压力传感器具有压敏式压力采集表面；其中所述至少三个压力传感器中的每一个压力传感器的压力采集表面平行于纵轴线布置；并且其中，所述至少三个压力传感器沿着纵轴线彼此间隔开地布置。
[0012]传感元件被布置为以纵轴线平行于冲击波的预期传播方向。主体具有鼻部，该鼻部被布置为面向冲击波。鼻部被设计为逐渐地压缩冲击波，以便能够使由于在冲击波的运动流体流过传感元件时的这种逐渐压缩所造成的对冲击波的扭曲和伴随而来的对冲击波的压力的局部干扰最小化。由此使得该传感元件适用于测量冲击波的横向过渡压力而不会被过度干扰。
[0013]通过采用至少三个沿纵轴线布置的压力传感器，使得仅利用一个传感元件就能够容易地确定冲击波的多个物理特性，因为可以彼此独立地确定至少三个瞬时压力作为压力信号。压力传感器沿着纵轴线的间距是已知的。所述至少三个瞬时压力信号在沿着冲击波的传播方向彼此间隔开的压力传感器的压力采集表面的位置处被确定。根据每个压力信号的上升确定冲击波阵面的时间位置(zeitliche Position)。确定至少三个冲击波阵面之间的时间差。由此，根据传播时间，即通过三个压力传感器中的每个压力传感器确定冲击波阵面之间的时间差，可以确定冲击波速度。同样，根据至少三个冲击波阵面之间的时间差和已知的压力采集表面沿纵轴线的间距，可以确定冲击波加速度。
附图说明
[0014]下面参照附图示例性地对本专利技术进行详细阐述。其中：
[0015]图1为传感元件的一种实施方式的局部示意图，
[0016]图2为传感元件的另一种实施方式的局部示意图，
[0017]图3为根据图1的传感元件的实施方式的另一局部示意图，
[0018]图4为根据图1的传感元件的实施方式的另一局部示意图，
[0019]图5为所确定的压力信号的示意图，
[0020]图6为传感元件的另一实施方式的局部示意图，
[0021]图7为具有采集单元(Aufnahmeeinheit)的传感元件的另一实施方式的局部示意图。
[0022]其中，附图标记列表如下：
[0023]1 传感元件
[0024]100 传感装置
[0025]11 电子单元
[0026]12 扁平部
[0027]121 弦
[0028]13 电缆
[0029]14 采集单元
[0030]15 压电式加速度测量元件
[0031]17 压电式压力测量元件
[0032]2 主体
[0033]3 鼻部
[0034]31 鼻端
[0035]4 测量部
[0036]5 压力传感器
[0037]6 压力采集表面
[0038]70a，70b，70c 压力信号
[0039]7a，7b，7c 压力
[0040]80a，80b，80c 加速度信号
[0041]8a，8b，8c 加速度
[0042]9 冲击波
[0043]a9 加速度， 冲击波加速度
[0044]Dab，Dbc 间距
[0045]P 压力
[0046]T 时间
[0047]ta，tb，tc 时间
[0048]tab，tac，tbc 时间差
[0049]v9 速度
[0050]W 传播方向
[0051]X 纵轴线
[0052]Xa，Xb，Xc 位置
具体实施方式
[0053]图本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种用于确定流体中的冲击波(9)的横向过渡压力的传感元件(1)，其包括沿着纵轴线(X)配置的主体(2)；所述主体(2)具有鼻部(3)；所述主体(2)具有测量部(4)；其中所述鼻部(3)被布置为邻接于所述测量部(4)；其中所述鼻部(3)从所述测量部(4)出发沿着所述纵轴线(X)逐渐变细直至鼻端(31)；其特征在于，所述测量部(4)具有至少三个压力传感器(5a，5b，5c)；所述至少三个压力传感器(5a，5b，5c)中的每一个压力传感器具有压敏的压力采集表面(6)；所述至少三个压力传感器(5a，5b，5c)中的每一个压力传感器的压力采集表面(6)被布置为平行于所述纵轴线(X)；并且所述至少三个压力传感器(5a，5b，5c)沿着所述纵轴线(X)彼此间隔开(Dab，Dbc)地布置。2.根据权利要求1所述的传感元件(1)，其特征在于，所述至少三个压力传感器(5a，5b，5c)中的每一个压力传感器被设计为，确定作用在相应的压力采集表面(6)上的瞬时压力(7a，7b，7c)并将所述瞬时压力作为压力信号(70a，70b，70c)提供。3.根据权利要求1所述的传感元件(1)，其特征在于，所述至少三个压力传感器(5a，5b，5c)中的每一个压力传感器被设计为，确定作用在相应的压力采集表面(6)上的瞬时压力(7a，7b，7c)；其中所述至少三个压力传感器(5a，5b，5c)中的每一个压力传感器被设计为，独立于作用在所述压力采集表面(6)上的压力(7a，7b，7c)地确定相应的压力传感器(5a，5b，5c)的加速度(8a，8b，8c)；其中所述传感元件具有电子单元(11)；其中所述电子单元(11)布置在所述测量部(4)中；其中所述电子单元(11)产生所确定的瞬时压力(7a，7b，7c)与所确定的加速度(8a，8b，8c)的分量的差作为压力信号(70a，70b，70c)并提供。4.根据权利要求2或3所述的传感元件(1)，其特征在于，所述鼻部(3)基本上相对于所述纵轴线(X)旋转对称地构成，并且所述鼻部沿着所述纵轴线的长度是所述鼻部在垂直于所述纵轴线的截面中的最大直径的至少三倍；并且所述鼻部(3)被构造为锥形的，或者所述鼻部(3)在平行于所述纵轴线(X)的截面中具有橄榄形的横截面。5.根据权利要求1至4中任一项所述的传感元件(1)，其特征在于，所述测量部(4)被构造为沿着所述纵轴线(X)基本为圆柱形的。6.根据权利要求5所述的传感元件(1)，其特征在于，所述主体(2)具有扁平部(12)；所述扁平部(12)在垂直于所述纵轴线(X)的横截面中具有弦(121)的形状；所述扁平部(12)平坦地至少部分地沿着所述纵轴线(X)延伸且与所述纵轴线(X)间隔开；所述至少三个压力传感器(5a，5b，5c)的各自的压力采集表面(6)平行于所述扁平部(12)布置；并且所述至少三个压力传感器(5a，5b，5c)的压力采集表面(6)与所述扁平部平齐，或者所述至少三个压力传感器(5a，5b，5c)的压力采集表面(6)被布置为沿着所述纵轴线(X)从所述扁平部(12)回撤。7.根据权利要求2至6中任一项所述的传感元件(1)，其特征在于，所述至少三个压力传感器(5a，5b，5c)中的每一个压力传感器具有至少一个压电式压力测量元件(17)；所述压电式压力测量元件(17)与所述压力采集表面(6)处于有效连接中。8.根据权利要求7所述的传感元件(1)，其特征在于，所述...
【专利技术属性】
技术研发人员：D，
申请(专利权)人：基斯特勒控股公司，
类型：发明
国别省市：
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