一种基于PVDF的水下爆炸压力测量装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及工程爆破技术领域，且公开了一种基于PVDF的水下爆炸压力测量装置，包括：基板，数量为两个，前端开槽，后端开孔，以用于使用悬挂；PVDF传感器，位于两个基板之间，并进行防水设置；屏蔽线，与PVDF传感器的两端连接。本发明专利技术提出一种基于PVDF的水下爆炸压力测量装置，本发明专利技术其受冲击方向与基板平行，最大程度上保护了传感器在受冲击时的完整性，并且能够测量完整的冲击波下降沿，降低损坏的现象。降低损坏的现象。降低损坏的现象。

【技术实现步骤摘要】
一种基于PVDF的水下爆炸压力测量装置


[0001]本专利技术涉及工程爆破领域，尤其涉及一种基于PVDF的水下爆炸压力测量装置。

技术介绍

[0002]目前，关于水下爆炸机理已经有了较为完善的理论和分析，但是对于水下爆炸近场范围内数据较少，测试近区压力时由于压力过大和爆生气体温度较高等因素导致传感器损坏，此类实验现阶段测试成本极高，因此，开发低成本、测试数据精准、使用方便的水下爆炸压力传感器对于此类实验尤为重要。
[0003]现阶段，大多数水下爆炸压力测量通常采用美国PCB公司生产的138A系列传感器，压电敏感元件电气石放置于充满硅油的PVC柔性软管中，使用时通常左端正对爆心或竖直放置，对于远场爆炸有着较好的压力时程曲线，但是由于其高昂的价格和较低的测压上限(不高于350MPa)，难以用于测量水下爆炸近区压力；使用时前端需采用该公司生产的恒流源，使用条件受限制较大。
[0004]部分人选用霍普金森杆原理测量水下爆炸压力，测压上限高并且测试结果精确，但是此种测量方式受限较大，通常只能用于实验室测量，实际使用中不具有实施条件。
[0005]PVDF薄膜能够测量冲击波压力，具有薄、柔性、高信噪比、输出信号稳定等特点，常用于材料界面、表面的冲击波测量，受限于本身强度，难以直接用于水下爆炸近场区压力测量。
[0006]通常PVDF作为传感器测量水下近场爆炸压力时，常用的方式仍然是以面外方向正对冲击波，但是此种方法需要较大的基板正对爆源，测量时对冲击波发展影响较大。有学者采用无基板方式进行测量，但是此种方式导致传感器极易损毁，通常只能测量冲击波下降沿的1/5时间长度。也有学者以其他薄膜传感器测量水下近场爆炸冲击波压力，如锰铜传感器，但均是采用正对冲击波方式进行测量，有较大局限性。
[0007]作为一种半晶体聚合物，PVDF薄膜具有晶体的所有物理性质，并满足所有控制方程。忽略水分的影响，其控制晶体电学和力学性质的一阶(线性)方程如下：
[0008][0009][0010]其中，各个符号所代表含义如下表所示：
[0011][0012]测量爆炸冲击波压力时，由于热传导相比冲击波慢很多，因此并不考虑电场和温
度变化对电荷输出影响，上式可以简化为：
[0013][q]＝[d][σ][0014][0015]其中1，2为面内方向，3为面外方向。
[0016]通常使用时，由于测量信号为电压，其压电信号转换关系如下：
[0017][0018][0019]实验中，K是传感器灵敏度系数，R是连接传感器的电阻，参考图3，A是传感器面积。
[0020]水作为流体，其压力没有明显的方向性，但金属结构和传感器的压电效应具有很强的方向性。当冲击波入射到金属板尖端时，在面外方向(z)产生较强的压缩信号，此时在冲击波传播方向(x)由于泊松效应会在x方向产生应变。由于金属中的波速远大于水中波速，因此这一信号将先于水中的压缩波在金属板中传播，而此应变会导致传感器产生负信号，此信号产生机理与应变片测量原理相同。然而此信号峰值远小于研究关注的水下压力信号，且其作用时间也与水下压力信号存在一定区别，因此可以忽略泊松效应引起的稀疏波信号对测试结果的影响。当水中冲击波掠射经过金属结构时，其压力传递到金属结构的z方向。此时金属中z方向的压力与水中的压力达到一致，并随水中的压力变化而变化。

技术实现思路

[0021](一)专利技术目的
[0022]为解决
技术介绍
中存在的技术问题，本专利技术提出一种基于PVDF的水下爆炸压力测量装置，本专利技术其受冲击方向与基板平行，最大程度上保护了传感器在受冲击时的完整性，并且能够测量完整的冲击波下降沿，降低损坏的现象；解决水下爆炸中近场冲击波压力难以测量的问题。
[0023](二)技术方案
[0024]为解决上述问题，本专利技术提供了一种基于PVDF的水下爆炸压力测量装置，包括PVDF传感器、基板和屏蔽线。PVDF紧贴于基板之间，采用树脂胶进行粘贴和防水；基板为钢板，钢板前端开槽，后端开孔，便于使用时悬挂；屏蔽线通过铝箔和铜箔接于PVDF两端。本专利技术主要为了解决水下爆炸中近场冲击波压力难以测量的问题，采用PVDF并且施加保护可以
测量近场冲击波波形并且降低成本。本专利技术改进了传统水下爆炸压力传感器在近场压力测量中容易损坏的缺点，其受冲击方向与基板平行，最大程度上保护了传感器在受冲击时的完整性，并且能够测量完整的冲击波下降沿。
[0025]PVDF紧贴于基板之间，采用树脂胶进行粘贴和防水；基板为薄钢板，钢板前端开槽，后端开孔，便于使用时悬挂；屏蔽线通过铝箔和铜箔接于PVDF两端。
[0026]采用LS
‑
DYNA软件进行模拟分析，建立模型如下：
[0027]炸药为直径20.0mm、高20.0mm的圆柱状TNT药柱，金属楔形板的结构厚度为1.0mm，宽度为20.0mm，前端的夹角为30度，尖端距药柱中心40.0mm，算例主要关注金属结构的引入对水域中冲击波传播情况的影响以及金属板中垂直方向压力与水域中压力的关系。
[0028]提取爆心距相同的水中以及金属中冲击波压力时程曲线，从模拟结果中可以看出，金属中峰值压力为586.2MPa，水中峰值压力为586.8MPa，两者峰值压力基本一致，金属中压力衰减较水中更快，经分析及实验认为本专利技术的测压方法合理，具有完整测量高压冲击波能力。
[0029]一种基于PVDF的水下爆炸压力测量装置，使用时：
[0030]S1、采用LS
‑
DYNA软件进行模拟分析，建立模型；
[0031]S2、根据建立模型的数据，将冲击波阵面平行于基板法线使用
[0032]冲击波阵面平行于基板法线。
[0033]本专利技术的上述技术方案具有如下有益的技术效果：
[0034](1)近场条件下，传感器面对冲击波方向极薄，不影响冲击波发展。
[0035](2)PVDF可以粘贴于基板上任何位置，根据测距可变。
[0036](3)由于水中压力各项同性，所测压力为冲击波后水中压力。
[0037](4)可以测得完整冲击波下降沿。
附图说明
[0038]图1是本专利技术结构示意图。
[0039]图2是PVDF传感器压电效应示意图。
[0040]图3是PVDF传感器电路连接示意图。
[0041]图4是PVDF传感器测量布置示意图
[0042]图5是实施例1中的一个实验数据图。
[0043]图6是实施例1中的另一个实验数据图。
[0044]图7是实施例2中的一个实验数据图
[0045]图8是实施例2中的另一个实验数据图。
[0046]附图标记：1、基板；2、PVDF传感器；3、屏蔽线。
具体实施方式
[0047]为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于PVDF的水下爆炸压力测量装置，其特征在于，包括：基板(1)，数量为两个，前端开槽，后端开孔，以用于使用悬挂；PVDF传感器(2)，位于两个基板(1)之间，并进行防水设置；屏蔽线(3)，与PVDF传感器(2)的两端连接。2.根据权利要求1所述的一种基于PVDF的水下爆炸压力测量装置，其特征在于，所述基板(1)为钢板。3.根据权利要求2所述的一种基于PVDF的水下爆炸压力测量装置，其特征在于，所述基板(1)的尺寸为150mm*20mm*1mm。4.根据权利要求3所述的一种基于PVDF的水下爆炸压力测量装置，其特征在于，所述PVDF传感器(2)与基板(1)之间通过树脂胶进行粘贴和防水。5.根据权利要求4任一所述的一种基于...

【专利技术属性】
技术研发人员：马宏昊，杨科，周章涛，姚象洋，张显丕，傅力衡，沈兆武，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：