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用于测量水中爆炸压力的传感器设计

作者:时间:2012-09-09来源:网络收藏

引 言

  为了测量炸药在水中的,因测量介质与常规测量的不同,测量环境比较恶劣,所以,对就要有一些特殊的要求:首先,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的测量。由于在水中的测量中,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。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的结构如图1所示。

用于测量水中爆炸压力的传感器设计


  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。

  2 传感器的性能检测

  2.1 传感器的静态标定

  (1)标定设备:传感器的校准设备为JS-2500(250MPa)活塞压力计;准确度等级为0.02。

  (2)标定方法:采用加载法,每个传感器预压3遍后开始校准,校准3次取平均值,按最小二乘直线法计算得出传感器的静态灵敏度、非线性静态标定结果见表1。

用于测量水中爆炸压力的传感器设计

  由表1标定的结果得出:MCRI传感器的非性为1.36%。灵敏度为26.12pC/MPa。

  2.2 动态标定


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关键词: 爆炸压力 传感器

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