[发明专利]并联组合式介电弹性体的冲击波压力测量装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种并联组合式介电弹性体的冲击波压力测量装置及测试方法。该装置包括底板，布设于底板上表面的四组矩形传感单元，每组传感单元的四个边角由角块通过螺钉固定于底板，传感单元由上下表面均匀涂刷柔性电极的单层介电弹性体薄膜和柔性导电布组成，上表面的柔性电极通过柔性导电布与传感单元左下角螺钉连接，下表面的柔性电极通过柔性导电布与传感单元右下角螺钉连接，四组传感单元左下角螺钉的底端和右下角螺钉的底端按顺序分别通过导线连接并接入电容测量仪，本发明同时还公开了该测量装置的测试方法；本发明通过并联组合的方式提高了冲击波压力测量的精度，且装置具有制作成本低廉，测量方法简单的特点。

技术领域

本发明属于毁伤试验测试领域，具体涉及一种并联组合式介电弹性体的冲击波压力测量装置及测量方法。

背景技术

冲击波压力是爆炸威力场中最主要的毁伤元，其载荷大小的准确测量对于分析目标结构的毁伤效果具有重要意义。当前，在爆炸试验中主要采用压力传感器和效应靶装置对冲击波压力进行测量，压力传感器虽然能较为准确得到冲击波压力大小，但该方法的使用成本较高，无法在爆炸威力测试中大量使用；效应靶装置主要是基于金属薄板的塑性变形来表征压力峰值，但该装置在确定最大变形位置以及最大变形值测量等方面存在人为误差，且压力幅值过大时铝膜由于较大的塑性变形而被击穿，这时无法通过膜片的有效变形来获取冲击波压力幅值。为了更好地适应复杂多变的冲击波超压测试环境，需要设计一种能够承受较大变形、成本低廉、可以自动获取参数的冲击波压力测量装置。

介电弹性体是一种智能型薄膜软材料，在材料上下表面均匀涂刷柔性电极即组成典型的电容器，当外界压力作用下产生变形时，电容器的电容发生改变，通过电容与压力的映射关系得到压力峰值。发明专利“一种基于介电高弹聚合物的柔性压力传感器及传感压力的方法”中给出了基于介电弹性体的压力测量装置，根据压力与薄膜变形而表现出电容改变的关系得到压力大小，该装置采用了多层薄膜夹芯结构的串联组合，结合电容的串联特性，测量得到的电容值会随串联薄膜层数的增加而降低，从而导致压力测量精度的下降，且在压力载荷作用下串联组合后各层薄膜的变形不均匀，导致测量结果的稳定性下降。

发明内容

针对现有压力测量装置的不足，本发明的目的在于提供了一种并联组合式介电弹性体的冲击波压力测量装置及测量方法。本发明通过并联组合的方式把四组传感单元连接起来，可提高基于介电弹性体的传感单元的测量精度，且采用了单层介电弹性体薄膜，在压力载荷作用下薄膜变形均匀，提高测量的稳定性。该装置具有测量方法简便、结构简单、价格低廉和测量精度高等特点，适用于爆炸威力场中冲击波压力的测量。

为了实现上述发明目的，本发明采取的技术方案是：

一种并联组合式介电弹性体的冲击波压力测量装置，该装置包括底板，布设于底板上表面的四组矩形传感单元，每组传感单元的四个边角由角块通过螺钉固定于底板，传感单元由上下表面涂刷柔性电极的单层介电弹性体薄膜和柔性导电布组成，上表面的柔性电极通过柔性导电布与传感单元左下角螺钉连接，下表面的柔性电极通过柔性导电布与传感单元右下角螺钉连接，四组传感单元左下角螺钉底端和右下角螺钉的底端按顺序分别通过导线连接并接入电容测量仪，电容测量仪通过螺钉固定与底板的上表面.

进一步优选的，所述的四组传感单元中单层介电弹性体薄膜采用聚氨酯或硅橡胶材料，柔性电极采用碳膏，并均匀涂抹于单层介电弹性体薄膜的上下表面；

进一步优选的，所述的四组矩形传感单元的长度、宽度、厚度均相等，相邻两组传感单元之间的间距ΔL≥0.3L，L为两组传感单元相邻边的最大长度；

进一步优选的，所述的四组传感单元左下角螺钉的底端通过导线按顺序连接并与电容测量仪左侧的连接点连接，四组传感单元右下角螺钉的底端通过导线按顺序连接并与电容测量仪左侧的连接点连接，导线与螺钉底端通过焊接固定；

进一步优选的，所述的螺钉为选用金属导体，螺钉从角块贯穿，并通过螺纹与底板连接固定，且下端从底板下表面外延1mm；