[实用新型]用于高速运动金属飞片测试的组合式电探针

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种冲击波物理和爆轰物理测试用传感器领域的电探针，用于高速运动金属飞片测试的组合式电探针。

背景技术

在炸药的爆轰性能和冲击压缩下材料的高压物性等基础研究领域，飞片运动状态是基本的测量对象，用以表征炸药做功能力和金属材料的高压物理性能；在战斗部研制过程中，炸药爆轰做功驱动金属飞片运动是表征产品设计性能的重要特征，反映了产品的杀伤效果、穿甲能力和会聚压缩程度等性能，是评估产品能否达到设计指标的依据，也是检验库存产品经过长期贮存后性能是否下降的依据。国内外都投入了大量人力和物力进行这方面的专门研究，并且取得了很大进展。

由于飞片运动速度高，通常采用电探针测试飞片到达特定位置的时间。实验中将电探针接入电脉冲形成的网络电路中，实验前将该网络中的电容器充电，将金属飞片接入低电位，将电探针接入高电位。当高速运动的飞片与电探针碰撞时会输出一个电脉冲，由记录仪器采集作为时间信号，电探针的功能相当于电路中的高速脉冲开关。战斗部设计和可靠性检验以及相应的基础研究对时间测量的精度要求高，测量的不确定度要求在几十ns以内，因而对电探针的形状、尺寸、抗干扰能力和输出电性能都提出了特殊要求。

文献《经福谦.实验物态方程导引(第二版).北京：科学出版社，1999》和《孙承纬.应用爆轰物理学.北京：国防工业出版社，2000》中提供了多种用于冲击波物理和爆轰物理实验测试所用的电探针种类、形状、尺寸、材料和主要性能，具体如下：

球头式电探针：是一种结构简单的电探针，主体结构是一根金属导体，用于测量飞片飞行时间，测试飞片的的飞行速度一般小于1.5km/s。为了保证使用中的刚度，导体直径一般在1mm左右，如使用的探针较短，可以做到0.5mm直径。

螺纹电探针：是在球头式电探针的基础上，增加探针的定位结构，以利于测量特定位置的飞片飞行时间，测试飞片的飞行速度一般小于1.5km/s。

导电胶电探针：是在球头式电探针外部套一个金属管，内外两层金属用导电胶粘接，主要作用是要提高球头式电探针的刚度。测试飞片的的飞行速度一般小于1.5km/s。

盖帽式电探针：是在球头式电探针外部套一个金属管，内外两层金属用绝缘漆粘接，这种探针的头部还有金属盖帽作为加强结构。由于头部特殊结构，可以克服飞片前空气冲击波的干扰，所测试飞片的飞行速度一般在1km/s～5km/s。

同轴电缆电探针：可将同轴电缆直接用于飞片飞行时间测量，这种电探针抗空间电磁干扰能力强。测试飞片的飞行速度一般小于1.5km/s，由于需要进行结构加固，这种探针尺寸较大。

另有开口球头电探针和开口平头电探针，均是在球头式电探针外部包套不同的结构，用以增加探针的结构强度。测试飞片的飞行速度一般小于1.5km/s。

上述文献介绍的电探针和目前实际使用的电探针都是独立结构，其尺寸较大。对应测试飞片的飞行速度在1.5km/s的探针，其直径一般在1mm以上。测试飞片的飞行速度在1km/s～5km/s的盖帽式电探针，其直径一般在2mm以上。当高速运动的飞片与电探针碰撞时会产生金属喷溅物，成圆锥形分布，这种金属喷溅物速度高于飞片的速度，会在飞片到达前，对周围物体产生破坏作用。实验表明，当高速运动的飞片与金属细杆碰撞时，产生的金属喷溅物向周围扩散，其范围可以达到金属细杆直径的10倍。距离越近，喷溅物密度越高，当金属喷溅物的密度达到一定值后，可以形成导电的回路。对于飞片与电探针碰撞的场景，在5倍探针直径范围内，由于喷溅物密度较高，可以和飞片形成导电通道，导致探针周围5倍直径范围的电探针都会受其干扰，输出金属喷溅物到达的时间信号，而不是实验需要的飞片运动时间信号。

在炸药爆轰驱动飞片的实验中，由于边侧稀疏波的影响、炸药装药结构的影响和飞片结构的影响等，飞片在运动过程中变形严重，对应飞片上不同的位置，其运动速度不一样。由于每根电探针只能给出一个时间数据，所以要测量大变形飞片运动状态，必须要密集布设探针，才能反应不同位置的变形量。使用原有的电探针会带来两方面不利的后果：一是由于探针直径较大，在飞片下方不能够布置较密集的电探针，但由于战斗部设计的特殊性，炸药爆轰驱动的飞片在运动过程会产生较大的变形，布设间距过大的探针不能全面反映飞片的变形量；二是战斗部设计需要了解飞片上某个位置连续运动的行为，由于探针之间干扰严重，不可能将单根探针捆绑在一起使用，因而也就无法连续测量飞片上某一位置连续运动的行为，必须要多发爆轰实验才能获得飞片连续运动的数据，增大了研发成本和实验成本。

实用新型内容