[发明专利]一种微型火工作动装置的高精度动态推力测试方法

说明书

所属技术领域

本发明涉及一种火工作动装置输出推力的测试方法，特别是微型火工作动装置高精度动态推力-时间关系的测试方法，属于火工品测试技术领域。

背景技术

微型火工作动装置和悬臂梁组成的保险与解除保险机构被广泛应用于微机电系统(MEMS)中，其设计方法的关系是对应一定弯曲强度-行程关系的悬臂梁来选择火工作动器推力、行程及悬臂梁材料、尺寸、位移量等参数。其中火工作动器的推力-时间参数设计是关键技术。传统的测量火工作动装置推力性能的方法有两种：推动重物法和压力传感器法。推动重物法即在火工作动装置的活塞上方加载一定重量的载荷如砝码，测试活塞将多大重量的载荷推起多高，测试中不断改变砝码的重量，以确定火工作动装置的做功能力范围。该方法测试误差大，受砝码重量大小影响大，且火工作动装置中的活塞在推动载荷一瞬间就会相互分离，无法测得动态推力-行程关系，对火工作动装置药量设计及悬臂梁强度设计的指导性差。而压力传感器法是在距离活塞末端一定距离处放置一个压力传感器，当活塞运动到此处时，会撞击到压力传感器上并被记录推力大小，以此来确定火工作动装置的推力。该方法中的传感器是固定不动的，没有随着活塞的运动而运动，只能得到火工作动装置在固定行程位置处的推力-时间关系，而且因活塞的运动会产生一定的冲击振动，对测试结果有一定的影响。显然这些传统测试方法都不能满足对微型火工作动装置输出推力-时间关系的测试要求。并且目前国内尚缺少火工作动装置的推力测试方法的标准和规范，也急需制定一个能够实现标准化测量的技术规范。

1996年鲁建存等人在《活塞作动器输出参数的计算与试验》中曾采用压力传感器对活塞作动器的输出推力-时间曲线进行了测试。从9发试验的测试结果看出，该活塞作动器的输出推力峰值为598～755N之间，但该方法也是基于传统的压力传感器法来测试的，实验中需要固定传感器不动，而火工作动装置的活塞通过火药气体的推动加速运动撞击到传感器上，这种方法有着明显的弊端，当传感器在受到活塞冲击载荷作用时，要产生很大的动应力和动变形，在极短的时间内，活塞的速度也会发生极大的变化，测得的推力并不是真实的火药作用下的活塞推力。2003年国防科技大学吴文杰在《火工品作动力动态测试系统设计与实现》中采用压电式力传感器和加速度传感器，在特制的砝码车上对活塞作动器产生的推力进行了直接测试，其测试系统主要包括推力传感器、测试台架、数据采集系统等。但是该系统中的砝码负载还不能代表实际应用情况，砝码不同，测得的推力也不同，而且砝码车的尺寸和推力量级不适合微型火工作动装置的推力-时间关系的测量。

可以说，对于现有的推力测试方法仅是从定性或半定量的角度来判断火工作动装置的做功性能，尚不能对火工作动装置进行全行程的推力-时间关系性能评估。要想达到现代微机电系统的技术要求，继续简单采用文献中的现有技术或组合是很难实现的，还需要探索新的测试原理才能解决上述的技术难题。

发明内容

为了克服上述测试方法中存在的不足，提高微型火工作动装置输出威力的测量精度，本发明提出基于悬臂梁式应变传感器的测试方法，通过静态标定悬臂梁在弹性变形阶段的应力-应变曲线，获得悬臂梁应力与应变传感器应变量的对应关系，再将贴有应变传感器且应力-应变关系已知的悬臂梁作为推力动态测量传感器，即可精确测量微型火工作动装置动态的推力-时间关系。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

基于悬臂梁式应变传感器的应变测试原理，通过静态标定悬臂梁在弹性变形阶段的应力-应变曲线，获得悬臂梁应力与应变传感器应变量的对应关系，在火工作动装置内的活塞开始运动时，推动悬臂梁发生弯曲，应变传感器感应悬臂梁发生弯曲量的应变-时间变化信号并通过信号调理器转换并放大信号后传输给数据采集系统，再由得到的应力-应变曲线计算获得微型火工作动装置动态的推力-时间关系。

按照本发明的测量原理，设计一个基于悬臂梁传感器的火工作动装置的推力特性测试系统，其组成主要包括被测火工作动装置、火工作动装置固定夹具、悬臂梁、应变传感器、悬臂梁固定夹具、信号调理器、数据采集系统、发火控制箱及电源，其中应变传感器通过粘结剂粘贴在距离悬臂梁顶端一定距离处，火工作动装置、火工作动装置固定装置、悬臂梁、悬臂梁固定夹具通过螺栓连接在一起，并且火工作动装置中活塞的顶端紧贴着悬臂梁并与悬臂梁顶部平齐。当火工作动装置的活塞开始运动时，推动悬臂梁发生弯曲变形，悬臂梁表面的应变传感器开始采集应变信号并传送给数据采集系统。