一種雙敏感元件壁面壓力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于爆炸沖擊波超壓場(chǎng)測(cè)量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種雙敏感元件壁面壓力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0002]在空中爆炸或水中爆炸沖擊波超壓場(chǎng)中測(cè)量作用在構(gòu)件表面的沖擊波超壓或測(cè)量沖擊波掠過(guò)地面反射后形成的地面超壓時(shí)，必須測(cè)量沖擊波壓力場(chǎng)壁面壓力；目前測(cè)量沖擊波壓力場(chǎng)壁面壓力的方法主要有壓力罐法和壁面壓力傳感器電測(cè)法，壓力罐法應(yīng)用測(cè)量反復(fù)注入液體水的體積來(lái)推測(cè)膜片變形量，進(jìn)而估算沖擊波超壓結(jié)果，測(cè)量難以精確可靠，更難以完成快速實(shí)時(shí)準(zhǔn)確測(cè)量。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的壁面壓力傳感器以壓電陶瓷為壓電晶體為主，壓電陶瓷壓電性強(qiáng)、介電常數(shù)高、可以加工成任意形狀，但機(jī)械品質(zhì)因子較低、電損耗較大、穩(wěn)定性差，適合于大功率換能器和寬帶濾波器等應(yīng)用，但對(duì)高頻、高穩(wěn)定應(yīng)用不理想。石英晶體的壓電單晶壓電性弱，介電常數(shù)很低，受切型限制存在尺寸局限，但穩(wěn)定性很高，機(jī)械品質(zhì)因子高。測(cè)量沖擊波超壓的石英晶體壓電壓力傳感器主要源于國(guó)外進(jìn)口，價(jià)格昂貴。
[0003]在野外爆炸試驗(yàn)中，要求壁面壓力傳感器必須具有以下一些性能:
[0004](1)足夠?qū)挼牧砍?，如上限量程?00MPa，下限量為0.5MPa ；
[0005](2)足夠高的靈敏度，如 40pc/MPa ?200pc/MPa ；
[0006](3)靈敏度非線性，如彡1%
[0007](4)足夠低的溫度漂移，如0.01pc/oC?0.001pc/oC ；
[0008](5)工作溫度，如-20 V?60 V
[0009](6)具有對(duì)水密封的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種雙敏感元件壁面壓力傳感器，用于測(cè)量壁面沖擊波的壓力或掠過(guò)地表面沖擊波的壓力。
[0011]本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0012]—種雙敏感元件壁面壓力傳感器，包括:墊片、芯電極、彈性元件、絕緣套1、支撐芯桿、殼體、絕緣套I1、芯桿、輸出殼體、絕緣套II1、壓電元件1、壓電元件II和導(dǎo)線；
[0013]所述彈性元件為一端開放的圓柱形殼體，
[0014]所述支撐芯桿為階梯型圓柱，在支撐芯桿大直徑段的端面開有圓形盲孔；
[0015]所述殼體為帶軸向通孔的圓柱；
[0016]所述絕緣套II為一端開放一端封閉的圓柱套；
[0017]所述芯桿為階梯型圓柱；
[0018]所述輸出殼體為帶軸向通孔的階梯型圓柱，圓柱的內(nèi)圓周面設(shè)有臺(tái)階面；
[0019]其連接關(guān)系如下:殼體的外圓周面與輸出殼體大直徑段的內(nèi)圓周面連接，絕緣套III固定在輸出殼體小直徑段的內(nèi)圓周面；支撐芯桿套裝在殼體的內(nèi)圓周面上，支撐芯桿的小直徑段位于遠(yuǎn)離輸出殼體的一端；絕緣套II套裝在支撐芯桿的盲孔中，芯桿的大直徑段與絕緣套II的內(nèi)圓周面孔軸配合安裝，芯桿的小直徑段與絕緣套III的內(nèi)圓周面孔軸配合安裝，支撐芯桿的端面、絕緣套II的端面及芯桿的臺(tái)階面均抵觸在輸出殼體的臺(tái)階面及絕緣套III的端面形成的環(huán)形臺(tái)階面上；
[0020]絕緣套I套裝在支撐芯桿小直徑段外圓周面和殼體的內(nèi)圓周面形成的環(huán)形間隙中，壓電元件1、芯電極、壓電元件II及墊片依次套裝在絕緣套I的內(nèi)圓周面，其中，壓電元件I的端面抵觸支撐芯桿小直徑段的端面；彈性元件固定在殼體的外圓周面上，且墊片的端面抵觸在彈性元件封閉端的內(nèi)表面，絕緣套I的端面與彈性元件封閉端的內(nèi)表面之間留有間隙；導(dǎo)線的一端通過(guò)焊接固定在芯電極上，另一端通過(guò)焊接固定在芯桿上。
[0021]進(jìn)一步的，所述墊片、芯電極、壓電元件I及壓電元件II均為圓板；所述壓電元件
I和壓電元件II為敏感元件。
[0022]進(jìn)一步的，所述彈性元件的內(nèi)圓周面加工有內(nèi)螺紋；所述殼體的兩端均設(shè)有外螺紋；所述輸出殼體的小直徑段加工有外螺紋，圓柱的大直徑段加工有內(nèi)螺紋；殼體的兩端分別與輸出殼體及彈性元件的連接方式為螺紋連接。
[0023]進(jìn)一步的，所述絕緣套III的外圓周面設(shè)有臺(tái)階面；絕緣套III的臺(tái)階面抵觸在輸出殼體內(nèi)圓周面的臺(tái)階面上。
[0024]進(jìn)一步的，還包括:密封墊圈，密封墊圈套裝在殼體外圓周面，且密封墊圈的端面抵觸輸出殼體大直徑段的端面。
[0025]進(jìn)一步的，芯桿的小直徑段開有沿其軸向的圓形盲孔及矩形盲孔，其中圓形盲孔的開孔長(zhǎng)度大于矩形盲孔的開孔長(zhǎng)度，矩形盲孔的兩側(cè)貫穿芯桿的外圓周面，在芯桿大直徑段的外圓周面開有徑向通孔。
[0026]進(jìn)一步的，所述墊片、芯電極、彈性元件、芯桿的材料均采用磷青銅；絕緣套1、絕緣套I1、絕緣套III的材料均采用聚四氟乙烯；支撐芯桿、殼體、輸出殼體的材料均采用不銹鋼；壓電元件I和壓電元件II的材料均采用石英；導(dǎo)線為耐高溫導(dǎo)線。
[0027]其安裝工藝流程為:(1)將殼體的外圓周面通過(guò)螺紋安裝在輸出殼體大直徑段的內(nèi)圓周面，但并不將殼體與輸出殼體鎖緊；
[0028](2)將導(dǎo)線的一端焊接在芯電極的焊點(diǎn)上；
[0029](3)將絕緣套I套裝在支撐芯桿小直徑段的外圓周面，將壓電元件1、帶導(dǎo)線的芯電極、壓電元件II及墊片依次套裝在絕緣套I的內(nèi)圓周面；
[0030](4)將絕緣套I1、芯桿依次安裝在支撐芯桿的大直徑段的盲孔中；
[0031](5)將導(dǎo)線的另一端焊接在所述焊孔中；
[0032](6)將絕緣套III套裝在輸出殼體小直徑段的內(nèi)圓周面；
[0033](7)將帶絕緣套1、壓電元件1、導(dǎo)線、芯電極、壓電元件I1、墊片、絕緣套II及芯桿的支撐芯桿套裝在殼體內(nèi)圓周面，并將芯桿的小直徑段套裝在絕緣套III中；
[0034]將件不銹鋼支撐芯桿裝配在件不銹鋼內(nèi)并與件L不銹鋼輸出接口合在一起，再緊固件磷青銅和件不銹鋼殼體，
[0035](8)將彈性元件固定在殼體的外圓周面；
[0036](9)將殼體與接口殼體鎖緊。
[0037]工作原理:將本發(fā)明的傳感器安裝在被測(cè)構(gòu)件或與測(cè)點(diǎn)附近的地面上，且使彈性元件封閉端的外表面與被測(cè)構(gòu)件的上表面平齊，或與測(cè)點(diǎn)附近的地表平齊，芯桿的盲孔與低噪聲電纜的插頭連接；
[0038]當(dāng)進(jìn)行野外爆炸試驗(yàn)時(shí)，被測(cè)構(gòu)件表面的受到爆炸的沖擊波壓力或沖擊波掠過(guò)地面反射后的壓力同時(shí)作用在與被測(cè)構(gòu)件或地表平齊的傳感器的彈性元件上，彈性元件將受到的壓力通過(guò)墊片傳遞給芯電極兩端的壓電元件I及壓電元件II，由于支撐芯桿固定不動(dòng)，因此，壓電元件I及壓電元件II的一端均受到墊片的向靠近芯桿的作用力，壓電元件I及壓電元件II的另一端均受到支撐芯桿的向靠近墊片的支撐作用力，壓電元件I及壓電元件II受擠壓將壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，通過(guò)芯電極傳遞給芯桿，芯桿將電信號(hào)傳遞出去。
[0039]有益效果:(1)本發(fā)明的彈性元件將受到的壓力傳遞給兩個(gè)壓電元件，通過(guò)兩個(gè)壓電元件受擠壓將壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)使得傳感器具有足夠?qū)挼牧砍獭⒆銐蚋叩撵`敏度、足夠低的溫度漂移性能、足夠?qū)挼墓ぷ鳒囟确秶蛯?duì)水密封性能。
[0040](2)本發(fā)明由墊片、芯電極和兩個(gè)壓電元件組成的壓電測(cè)試結(jié)構(gòu)可實(shí)現(xiàn)高于單個(gè)壓電元件50%電荷量采集，有利于測(cè)試遠(yuǎn)場(chǎng)小信號(hào)的沖擊波超壓。
【附圖說(shuō)明】
[0041 ] 圖1為本發(fā)明的組成結(jié)構(gòu)圖。
[0042]圖2為本發(fā)明的絕緣套I的結(jié)構(gòu)圖。
[0043]圖3?5為本發(fā)明的支撐芯桿的結(jié)構(gòu)圖。
[0044]圖6為本發(fā)明的絕緣套II的結(jié)構(gòu)圖。
[0045]圖7為本發(fā)明的芯桿的結(jié)構(gòu)圖。
[0046]其中，1-墊片，2-芯電極，3-彈性元件，4-絕緣套I，5_支撐芯桿，6-密封墊圈，7-殼體，8-絕緣套II，9-芯桿，10-輸出殼體，11-絕緣套III，12-壓電元件I，13-壓電元件
II，14-導(dǎo)線。
【具體實(shí)施方式】
[0047]下面結(jié)合附圖并舉實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)描述。
[0048]本發(fā)明提供了一種雙敏感元件壁面壓力傳感器，參見附圖1，包括:墊片1、芯電極
2、彈性元件3、絕緣套I 4、支撐芯桿5、密封墊圈6、殼體7、絕緣套II 8、芯桿9、輸出殼體10、絕緣套III 11、壓電元件I 12、壓電元件II 13和導(dǎo)線14 ;
[0049]所述墊片1、芯電極2、壓電元件I 12及壓電元件II 13均為圓板；所述壓電元件I 12和壓電元件II 13為敏感元件；芯電極2的外圓周面上設(shè)有凸臺(tái)，所述凸臺(tái)為焊點(diǎn)；
[0050]所述彈性元件3為一端開放的圓柱形殼體，彈性元件3的內(nèi)圓周面加工有內(nèi)螺紋；
[0051]參見附圖2，所述絕緣套I 4為兩端開放且側(cè)面不封閉的圓柱套；
[0052]參見附圖3?5，所述支撐芯桿5為階梯型圓柱，在支撐芯桿5大直徑段的端面開有圓形盲孔，在支撐芯桿5大直徑段的外圓周面開有徑向通孔及與徑向通孔相通的凹槽，所述凹槽的長(zhǎng)度方向與支撐芯桿5的軸向一致；
[0053]所述殼體7為帶軸向通孔的圓柱，圓柱的兩端均設(shè)有外螺紋；
[0054]參見附圖6，所述絕緣套II 8為一端開放一端封閉的圓柱套，在圓柱套的外圓周面開有徑向通孔；
[0055]參見附圖7，所述芯桿9為階梯型圓柱，芯桿9的小直徑段開有沿其軸向的圓形盲孔及矩形盲孔，其中圓形盲孔的開孔長(zhǎng)度大于矩形盲孔的開孔長(zhǎng)度，矩形盲孔的兩側(cè)貫穿芯桿9的外圓周面，在芯