一种环向动态大应变测量方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种环向动态大应变测量方法及装置，提出了一种以合金丝作为敏感导电材料，脉冲恒流源作为前置仪器，示波器作为记录仪器的环向动态大应变测量装置，解决了环向动态大应变测量中电阻应变计容易受垂向应力波作用而发生剥离的问题，该测量装置可以实现上升时间大于120μs，峰值达20%的环向动态大应变测量，应变峰值误差小于5%。

【技术实现步骤摘要】
一种环向动态大应变测量方法及装置
本专利技术属于应变测量方法及装置，涉及一种环向动态大应变的测量方法及装置，尤其涉及一种爆炸力学测量领域中容器或壳体的环向动态大应变测量方法及装置。
技术介绍
在爆炸力学领域中，应变测量是极为常见，也是非常重要的应力分析手段，它是材料性能分析、结构设计、安全监护等多项工作的重要依据。电阻应变计是多种应变测量方式中发展最早，应用最为广泛的测量方式，其具有广泛的适用环境，包括空间、水中、土中等，也适用于多种测量对象，包括金属、玻璃、木材、塑料、岩土等。目前，电阻应变计在准静态条件下可测得应变值高达20%，而动态条件下，尤其是当应力波与形变发生方向垂直时，仅能测到2%。超过2%时，应变计在垂向应力波作用下与被测对象之间便会出现剥离和脱落，无法实现有效测量。为此，需要一种动态条件下可测量高应变值的应变测量装置。
技术实现思路
本专利技术提出了一种以合金丝作为敏感导电材料，脉冲恒流源作为前置仪器，示波器作为记录仪器的环向动态大应变测量装置，解决了环向动态大应变测量中电阻应变计容易受垂向应力波作用而发生剥离的问题，该测量装置可以实现上升时间大于120μs，峰值达20%的环向动态大应变测量，应变峰值误差小于5%。本专利技术的技术解决方案为：一种环向动态大应变测量方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：1】在待测容器的外表面缠绕单路或多路导电细丝；其中的每一路导电细丝缠绕一圈；2】第一次向导电细丝加载脉冲电流，测量并记录此时导电细丝上的两端电压本底波形；3】在待测容器的形变激励源启动的同时，再次向导电细丝加载脉冲电流，测量并记录形变过程中导电细丝上的两端电压实测波形；4】由实测电压波形减去本底波形，得被测容器形变过程中合金丝两端电压变化量波形；5】由变化量波形对应除以本底波形，得合金丝伸长率变化曲线；6】利用静态拉伸条件下所得合金丝伸长率和电阻变化率对应公式，得被测容器环向应变曲线。上述在待测容器的外表面缠绕单路或多路导电细丝具体是采用双股并行的缠绕方法。上述第一次向导电细丝加载脉冲电流是采用手动触发方式；所述再次向导电细丝加载脉冲电流是采用与形变激励源联动触发方式。一种环向动态大应变测量装置，其特殊之处在于：包括激励单元、测量单元和记录单元；所述激励单元包括脉冲恒流源；所述测量单元包括合金丝、第一层绝缘膜和安装件；所述记录单元包括匹配电阻和记录仪器；所述脉冲恒流源的输出端、合金丝的其中一个输出端、匹配电阻的一端电连接；所述匹配电阻的另一端通过同轴电缆与示波器输入端电连接；所述脉冲恒流源的接地端、合金丝的另一个输出端、同轴电缆的屏蔽层、记录仪器接地端接地；所述脉冲恒流源的触发端口、记录仪器触发端口均与待测容器的形变激励源电连接；所述合金丝对折后，其对折端套接固定在安装件上，其并绕的两个输出端缠绕在被测容器表面一圈后固定在安装件上，所述第一层绝缘膜设置在合金丝和被测容器表面之间。上述安装件包括基座，所述基座中部设置有将上表面分成左右两块的直槽，所述基座上表面左右两块上均设置有贯通斜槽，所述合金丝的对折端套接在其中一个斜槽与直槽围成的凸块上。上述测量单元还包括设置在合金丝和安装件最外层的第二层绝缘膜。上述合金丝为直径介于0.4至0.5mm的漆包康铜丝或漆包锰铜丝；所述绝缘膜为0.05mm厚的聚乙烯膜、聚酯树脂膜、聚酰胺酰亚胺树脂膜或聚酰亚胺树脂膜。上述脉冲恒流源为输出峰值达9A、持续时间达1ms的脉冲恒流源；所述记录仪器采用DPO4034型数字示波器，或带宽达500MHz、采样率达100MS/s、记录长度达1MS、垂直分辨率达8Bits的数字示波器。本专利技术的优点是：1、本专利技术利用合金丝将被测物形变转换为电阻变化，在脉冲电流加载下最终转换为电压信号，从而为环向动态大应变的测量难题提供了一种可行的解决方案，并实现了上升时间大于120μs，峰值达20%的环向动态大应变测量，应变峰值误差小于5%。2、本专利技术所提供的环向动态大应变测量装置，使用脉冲电流加载方式将电阻信号转换为电压信号，而不是常用的惠更斯电桥方式，从而避免了电桥方式下因敏感电阻阻值较小会引起较大误差的问题。3、本专利技术所提供的环向动态大应变测量装置，其传感器部分的合金丝采用双股并行安装方式，可以很好的防止空间电磁场对测量的干扰。附图说明图1和图2表示本专利技术实施例中环向动态大应变测量装置的传感器部分结构示意图。图3表示本专利技术实施例中环向动态大应变测量装置的电路结构示意图。图4表示本专利技术实施例中实测前放电电压本底波形。图5表示本专利技术实施例中实测电压波形。图6表示本专利技术实施例中本底去除后电压变化量波形。图7表示本专利技术实施例中最终所得应变变化历程曲线。附图标记如下：1-待测容器或柱壳，2a-第一层绝缘膜、2b-第二层绝缘膜，3-安装件，31-斜槽，32-直槽，4-合金丝，5-脉冲恒流源，6-合金丝电阻，7-匹配电阻，8-SYV507同轴电缆，9-示波器。具体实施方式本专利技术环向动态大应变测量装置包括激励单元、测量单元和记录单元；激励单元包括脉冲恒流源；测量单元（即应变传感器）包括合金丝、绝缘膜和安装件；记录单元包括匹配电阻和示波器；脉冲恒流源的输出端、合金丝的其中一个输出端、匹配电阻的一端电连接；匹配电阻的另一端通过同轴电缆与示波器输入端电连接；述脉冲恒流源的接地端、合金丝的另一个输出端、同轴电缆的屏蔽层、示波器接地端接地；脉冲恒流源的触发端口、示波器触发端口均与待测容器的形变激励源电连接；合金丝对折后，其对折端套接固定在安装件上，其并绕的两个输出端缠绕在被测容器表面一圈后固定在安装件上，绝缘膜设置在合金丝和被测容器表面之间。合金丝为直径介于0.4至0.5mm的漆包康铜丝，在相对较小的应变测量中，漆包锰铜丝也可用于该测量装置的设计。第一层绝缘膜和第二层绝缘膜为0.05mm厚的聚乙烯膜，或聚酯树脂膜、聚酰胺酰亚胺树脂膜及聚酰亚胺树脂膜中的一种。安装件为中部带双斜槽的15mm×6.5mm×2mm尼龙材质安装块，其与绝缘膜、合金丝以及待测物之间采用302型改性丙烯酸酯胶黏剂粘接。脉冲恒流源，可输出峰值达9A、持续时间达1ms的脉冲恒流。记录仪器采用DPO4034型数字示波器，或其他带宽达500MHz、采样率达100MS/s、记录长度达1MS、垂直分辨率达8Bits的数字示波器。由记录仪器所测得电压信号，经过适当的数据处理，并参考预先测量的合金丝不同拉伸条件下的电阻特性曲线，可以得到被测物体由变形开始至最大值的应变历程。图1和图2为本专利技术实施例中环向动态大应变测量装置的应变传感器部分结构示意图。首先将安装件3和第一层绝缘膜2a沿环向粘接于待测容器或柱壳1表面，单根对折合金丝4，将其对折端套接到安装件3的斜槽中，再将合金丝4双股缠绕待测容器或柱壳1一周后嵌入安装件3的直槽中，合金丝4与安装件3及绝缘膜2a接触处使用粘结剂固定。最后，将第二层绝缘膜2b粘接于最外层，以起到对合金丝约束和加固的作用。粘接剂采用302型改性丙烯酸酯胶黏剂。图3为本专利技术实施例中环向动态大应变测量装置的电路结构示意图。脉冲恒流源5与合金丝6并联，再经阻抗匹配电阻7和SYV507同轴电缆8与记录仪器—示波器9并联。同时，脉冲恒流源触发端口、示波器触发端口均与待测容器的形变激励源相联。本专利技术测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种环向动态大应变测量方法，其特征在于：包括以下步骤：1】在待测容器的外表面缠绕单路或多路导电细丝；其中的每一路导电细丝缠绕一圈；2】第一次向导电细丝加载脉冲电流，测量并记录此时导电细丝上的两端电压本底波形；3】在待测容器的形变激励源启动的同时，再次向导电细丝加载脉冲电流，测量并记录形变过程中导电细丝上的两端电压实测波形；4】由实测电压波形减去本底波形，得被测容器形变过程中合金丝两端电压变化量波形；5】由变化量波形对应除以本底波形，得合金丝伸长率变化曲线；6】利用静态拉伸条件下所得合金丝伸长率和电阻变化率对应公式，得被测容器环向应变曲线。

【技术特征摘要】
1.一种环向动态大应变测量方法，其特征在于：包括以下步骤：1】在待测容器的外表面缠绕单路或多路合金丝；其中的每一路合金丝缠绕一圈；2】第一次向合金丝加载脉冲电流，测量并记录此时合金丝上的两端电压本底波形；3】在待测容器的形变激励源启动的同时，再次向合金丝加载脉冲电流，测量并记录形变过程中合金丝上的两端电压实测波形；4】由实测电压波形减去本底波形，得被测容器形变过程中合金丝两端电压变化量波形；5】由变化量波形对应除以本底波形，得合金丝伸长率变化曲线；6】利用静态拉伸条件下所得合金丝伸长率和电阻变化率对应公式，得被测容器环向应变曲线。2.根据权利要求1所述环向动态大应变测量方法，其特征在于：所述在待测容器的外表面缠绕单路或多路合金丝具体是采用双股并行的缠绕方法。3.根据权利要求1或2所述环向动态大应变测量方法，其特征在于：所述第一次向合金丝加载脉冲电流是采用手动触发方式；所述再次向合金丝加载脉冲电流是采用与形变激励源联动触发方式。4.一种环向动态大应变测量装置，包括激励单元、测量单元和记录单元；所述激励单元包括脉冲恒流源；所述记录单元包括匹配电阻和记录仪器；其特征在于：所述测量单元包括合金丝、第一层绝缘膜和安装件；所述脉冲恒流源的输出端、合金丝的其中一个输出端、匹配电阻的一端电连接；所述匹配电阻的另一端通过同轴电缆与示波器输入端电连接；...

【专利技术属性】
技术研发人员：熊琛，李进，李运良，张德志，马艳军，秦学军，王昭，卢强，徐海斌，谭书舜，
申请(专利权)人：西北核技术研究所，
类型：发明
国别省市：