一种可用于测量水中爆炸压力的传感器设计

引 言

　　为了测量炸药在水中的爆炸压力，因测量介质与常规测量的不同，测量环境比较恶劣，所以，对传感器
传感器

　　凡是利用一定的物性（物理、化学、生物）法则、定理、定律、效应等把物理量或化学量转变成便于利用的电信号的器件。传感器是测量系统中的一种前置部件，它将输入变量转换成可供测量的信号”。按照Gopel等的说法是：“传感器是包括承载体和电路连接的敏感元件”，而“传感器系统则是组合有某种信息处理(模拟或数字)能力的系统”。传感器是传感系统的一个组成部分，它是被测量信号输入的第一道关口。 [全文]

就要有一些特殊的要求：首先，传感器要有较高的频率响应，水下爆炸的压力是一个高速变化的过程；其次传感器要有较强的抗干扰能力，以便减小测量误差，提高测试精度；再者，传感器要有足够的强度、良好的密封性能和较强的防腐蚀能力。因此，以电气石为敏感元件的传感器则被应用于水中爆炸压力的测量。由于在水中爆炸压力的测量中，传感器的基本性能指标为：测量范围上限为250MPa；测量精度≤2％FS；上升前沿≤2.5μs。根据系统性能指标要求，确定了用于水中爆炸压力测量传感器的结构，同时，克服了选材和工艺方面的技术难题。

　　1 传感器的选材及其结构

　　1.1 敏感元件材料的选择

　　敏感元件是传感器的关键元件，因为它决定着传感器的原理和特性。因此，是传感器结构设计时首先要考虑的问题。根据测试对象，对炸药在水中爆炸产生的压力进行测量，故采用压电式压力传感器
压力传感器

　　 压力传感器是 将压力转换为电信号输出的传感器，通常把压力测量仪表中的电测式仪表。压力传感器一般由弹性敏感元件和位移敏感元件（或应变计）组成。弹性敏感元件的作用是使被测压力作用于某个面积上并转换为位移或应变，然后由位移敏感元件或应变计转换为与压力成一定关系的电信号。有时把这两种元件的功能集于一体。压力传感器广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。 [全文]

。所以，敏感元件选用压电晶体，压电晶体种类较多，如，石英、电气石、铌酸锂、锆钛酸铅、钛酸钡等，根据几种常用的压电晶体性能，由于电气石晶体具有体压电效应的特点，而且，国内外在对炸药在水中爆炸产生的压力进行测试时，均采用电气石晶体作为压电式压力传感器是能够感测各种动态、静态力的大小并转换为电信号的器件，是力学测量的重要器件。

的敏感元件，所以，敏感元件材料选择电气石晶体。

　　1.2 传感器的结构及工作原理

　　水中爆炸压力传感器
压力传感器

　　 压力传感器是 将压力转换为电信号输出的传感器，通常把压力测量仪表中的电测式仪表。压力传感器一般由弹性敏感元件和位移敏感元件（或应变计）组成。弹性敏感元件的作用是使被测压力作用于某个面积上并转换为位移或应变，然后由位移敏感元件或应变计转换为与压力成一定关系的电信号。有时把这两种元件的功能集于一体。压力传感器广泛应用于各种工业自控环境，涉及水利水电、铁路交通、智能建筑、生产自控、航空航天、军工、石化、油井、电力、船舶、机床、管道等众多行业。

结构如图1所示。

　　该传感器以具有压电效应的电气石为敏感元件，内部填充硅油，采用高绝缘密封胶
密封胶

　　密封胶(Adhesive Sealant) 用于静止接合面间的密封。在涂敷前是具有流动性的液状粘稠物，易于填满两个接合面之间的缝隙，起较好的密封作用。包括液态密封胶、厌氧性密封胶、硅酮密封胶等。 [全文]

进行密封。工作时，将传感器放入水下离爆炸源一定的距离，当炸药爆炸后产生的压力通过水，以冲击波的形式向各个方向传播，电气石晶体将感受到的压力信号转换成的电信号，从而实现能量的转换。