[发明专利]高量程动态压力测量装置及其测量方法

说明书

本发明属于压力传感器技术领域，具体涉及一种动态压力测量装置及其测量方法。该装置包括膜片、膜片测量探头和筒体，膜片安装于筒体的一端且与筒体内壁间隙配合，膜片测量探头安装于筒体的另一端；膜片测量探头与信号记录仪器相连。本发明解决了现有的压力传感器量程较低且易受电磁辐射干扰的技术问题。本发明通过测量膜片的运动参数，建立膜片运动参数与冲击压力之间的关系，进而完成压力测量，而不是利用常规的膜片形变量与压力之间的关系开展压力测量。结合光学干涉等技术，具有工作原理简单、成本低、频率响应快、抗电磁辐射能力强等优点，为瞬态压力测量提供新的途径。

技术领域

本发明属于压力传感器技术领域，具体涉及一种动态压力测量装置及其测量方法。

背景技术

在强冲击环境中，动态压力测量是常规的测试项目，压力历程的准确测量有助于判断冲击载荷特征，对兵器制造、防护工程等领域，有重要的参考价值。特别地，针对冲击波压力测量，要求压力传感器具有频率响应快、频带范围宽、量程高等特点。

目前常用的动态压力传感器有压电式、压阻式、压杆式(行波杆方法)等，而且现有市售高频响动态压力传感器均为压电类型，上升时间一般均大于μs量级，受压电晶体材料特性限制，其量程一般小于10MPa，易受电磁辐射干扰影响，容易损坏。而在近距离化爆等强动载环境中，冲击波压力峰值可达到GPa量级，且伴随有强电磁辐射，常规压力传感器已经不能适用。

发明内容

为了解决现有的压力传感器量程较低且易受电磁辐射干扰的技术问题，本发明提供一种高量程动态压力测量装置及其测量方法。

本发明的技术解决方案是：一种高量程动态压力测量装置，其特殊之处在于：包括膜片、膜片测量探头和筒体，所述膜片安装于筒体的一端且与筒体内壁间隙配合(可根据待测载荷特性选择多种支撑方式)，所述膜片测量探头安装于筒体的另一端；所述膜片测量探头与信号记录仪器相连。膜片的正面(即背向筒体的一面)受瞬态压力作用，是压力作用的效应物。筒体为膜片运动的限制机构，同时阻碍压力快速传播至膜片后方。膜片测量探头，用于测量膜片受压力作用后的位移或者速度等运动参数。膜片测量探头及其适配器的具体类型取决于测量方法的选择，例如PDV方法(一种激光干涉测速技术)、基于法布里-珀罗(Fabry-Perot,F-P)光学干涉的位移测量方法、基于光强调制的位移测量方法、电涡流式位移测量方法等。

进一步地，上述膜片可采用由声速大、强度高的材料制成的薄膜结构，例如钢或者钨合金制成的圆形薄膜。声速大，有利于减小压力测量的响应时间；强度高，可避免膜片在瞬态压力作用下发生断裂破坏。上述筒体可采用由声速小的材料(例如铅或者锌)制成的管状结构，有利于延长瞬态压力测量的有效时长。

进一步地，上述膜片可采用胶粘的方式安装于筒体的一端，优选为粘性较差的液体胶，实施方便而且可以减少膜片运动阻力。

进一步地，上述膜片卡接在筒体内壁上，确保膜片可以在筒体内沿轴向自由移动。

进一步地，上述膜片固定安装于一个圆管内，所述圆管外壁与筒体的内壁间隙配合，所述圆管的长度大于膜片的厚度，圆管可以将膜片平稳固定同时又不影响膜片在待测压力下的轴向运动。

进一步地，上述膜片通过类圆环波纹结构安装于筒体的一端，类圆环波纹结构对膜片的拉力可以忽略。

进一步地，上述膜片测量探头为单模光纤准直器，所述单模光纤准直器通过单模光纤与调理仪相连，所述调理仪与信号记录仪器相连。

本发明还提供一种基于高量程动态压力测量装置的测量方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1)将膜片安装于筒体一端，确保膜片可在筒体内沿轴向自由运动；

2)利用位于筒体另一端的膜片测量探头测量膜片在待测压力下的运动参数；