[发明专利]一种抗压型壁面压力传感器

说明书

技术领域

本发明属于爆炸冲击波超压场测量技术领域，具体涉及一种抗压型壁面压力传感器。

背景技术

在空中爆炸或水中爆炸冲击波超压场中测量作用在构件表面的冲击波超压或测量冲击波掠过地面反射后形成的地面超压时，必须测量冲击波压力场壁面压力；目前测量冲击波压力场壁面压力的方法主要有压力罐法和壁面压力传感器电测法，压力罐法应用测量反复注入液体水的体积来推测膜片变形量，进而估算冲击波超压结果，测量难以精确可靠，更难以完成快速实时准确测量。国内生产的壁面压力传感器以压电陶瓷为压电晶体为主，压电陶瓷压电性强、介电常数高、可以加工成任意形状，但机械品质因子较低、电损耗较大、稳定性差，适合于大功率换能器和宽带滤波器等应用，但对高频、高稳定应用不理想。石英晶体的压电单晶压电性弱，介电常数很低，受切型限制存在尺寸局限，但稳定性很高，机械品质因子高。测量冲击波超压的石英晶体压电压力传感器主要源于国外进口，价格昂贵。

在野外爆炸试验中，要求壁面压力传感器必须具有以下一些性能：

(1)足够宽的量程，如上限量程为200MPa，下限量为0.5MPa；

(2)足够高的灵敏度，如40pc/MPa～200pc/MPa；

(3)灵敏度非线性，如≤1％

(4)足够低的温度漂移，如0.01pc/℃～0.001pc/℃；

(5)工作温度，如-20℃～60℃

(6)具有对水密封的性能。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种抗压型壁面压力传感器，用来测量壁面冲击波是否超压或掠过地表面冲击波是否超压。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种抗压型壁面压力传感器，包括：绝缘套、内壳体、承压垫、外壳体、芯电极、定位套、弹性元件、压电元件和平面垫片；

所述内壳体和外壳体均为带轴向通孔的阶梯型圆柱，圆柱的内圆周面带有台阶面；且内壳体的内径大端与外壳体的内径小端相等；

所述芯电极为阶梯型圆柱；

所述弹性元件为一端开放的圆柱形壳体；

其连接关系如下：内壳体的大直径段的外圆周面与外壳体的大直径段的内圆周面连接；绝缘套固定在内壳体小直径段的内圆周面上；承压垫套装在内壳体大直径段的内圆周面，并抵触内壳体内圆周面的大台阶面及绝缘套的端面；定位套与外壳体小直径段的内圆周面及内壳体大直径段的内圆周面配合安装，定位套抵触承压垫的端面；芯电极与绝缘套、承压垫及绝缘套形成的内表面孔轴配合安装，芯电极大直径段的台阶面抵触承压垫的端面；压电元件和平面垫片依次套装定位套的内圆周面，压电元件位于芯电极与平面垫片之间；弹性元件固定在外壳体小直径段的外圆周面上，平面垫片与弹性元件封闭端的内表面相抵触，定位套的端面及外壳体小直径段的端面均与弹性元件封闭端的内表面之间留有间隙。

进一步的，所述内壳体的两端均加工有外螺纹，外壳体的大直径段加工有内螺纹，小直径段加工有外螺纹；弹性元件的内圆周面设有内螺纹；外壳体与内壳体和弹性元件的连接方式为螺纹连接。

进一步的，所述绝缘套为带轴向通孔的圆柱，圆柱的内圆周面和外圆周面均设有台阶面；绝缘套外圆周面的台阶面抵触在内壳体内圆周面的小台阶面上，绝缘套的两个端面分别与内壳体小直径段的端面及内壳体内圆周面的大台阶面位于同一平面，且芯电极小直径段的台阶面抵触在绝缘套内圆周面的台阶面。

进一步的，所述芯电极的小直径段开有沿其轴向的圆形盲孔及矩形盲孔，其中圆形盲孔的开孔长度大于矩形盲孔的开孔长度，矩形盲孔的两侧贯穿芯电极的外圆周面。

进一步的，所述绝缘套的材料采用聚四氟乙烯；内壳体和外壳体的材料均采用不锈钢；承压垫的材料采用玻璃钢；芯电极、弹性元件及平面垫片的材料均采用磷青铜；定位套的材料采用有机玻璃；压电元件的材料采用石英。

安装的工艺流程：(1)将内壳体的大直径段的外圆周面通过螺纹安装在外壳体的大直径段的内圆周面，但并不将内壳体与外壳体锁紧；

(2)将绝缘套、承压垫、定位套、芯电极、压电元件和平面垫片依次安装在内壳体和外壳体的内表面；

(3)将弹性元件通过螺纹连接固定在外壳体小直径段的外圆周面；

(4)将内壳体与外壳体锁紧，同时使得平面垫片抵触在弹性元件封闭端的内表面。