[发明专利]基于组合式铝蜂窝的无源测量冲击波能量的传感器装置

说明书

本发明公开了一种基于组合式铝蜂窝的无源测量冲击波能量的传感器装置，由封装壳体、驱动滑块、组合式铝蜂窝吸能构件、固壁止位板、活动螺栓、密封挡环组成。驱动滑块在冲击波作用下在封装壳体内运动，对组合式铝蜂窝吸能构件进行压缩，组合式铝蜂窝吸能构件产生塑性不可恢复变形。通过测量驱动滑块对组合式铝蜂窝吸能构件的塑性变形位移量，利用塑性变形位移量和所吸收能量之间的关系，可得到作用在驱动滑块上的冲击波能量。本发明结构简单、无需供电、布设使用方便、成本低、可重复使用，且组合式铝蜂窝吸能构件对较低冲击波的响应灵敏度高，可解决部分恶劣环境下难以对冲击波能量进行定量测试的技术难题。

技术领域

本发明属于测量检测领域，特别涉及一种爆炸产生的冲击波参数测量的传感器，更具体地，是涉及一种利用材料吸能特性对爆炸冲击波能量进行测量的无源传感器装置。

背景技术

在现有技术中，一般可以通过有源测量和无源测量两种方法来实现炸药爆炸产生的冲击波的压力、冲量、能量等参数测量。有源测量主要是依靠传统的各种电学传感器，虽然电学传感器测量技术相对成熟(市场上已有各类型号冲击波电测传感器)，但由于爆炸试验环境相对比较复杂，采用传统的电学传感器进行有源测量具有一定的局限性，尤其是在一些自然环境比较恶劣的条件下，比如沙漠、高原或者海岛上，无法布置精密电测装置或者布设难度很大、成本非常高；此外，炸药爆炸过程中产生的电磁干扰也会对电测传感器的使用产生一定的影响，从而可能使电测传感器无法获取信号，或者所获取的信号杂乱无章、信噪比下降，后续分析处理难度很大。因此，提供一种无源爆炸冲击波参数测量传感器，从而降低试验难度，提高冲击波测量结果的准确性和可靠性，就成为本领域技术人员亟待解决的问题。

在现有无源测量技术中，主要有采用压电应力薄膜计(如石英压电晶体、PVDF聚偏二氟乙烯)、霍普金森杆、效应物等方法测量冲击波压力参数。但是，压电应力薄膜计存在需要布置信号放大器或者无线电设备转换器等一系列有源辅助设备测量的缺点；霍普金森杆测量爆炸冲击波波阵面的压力虽可无有源设备辅助测量，但是存在系统过于复杂的缺点；自然效应物只能定性测量冲击波的强度范围，如通过判断爆炸冲击波过后松木板断裂、玻璃破碎、小动物死亡等。此外，虽然可以通过设计相对精确的人工效应靶相对准确地实现冲击波参数无源测量，但是这些人工效应靶往往存在需要定期保养维护、测量后处理程序比较繁琐的缺点。

综上所述，上述技术至少存在如下技术问题：

1.在现有技术中，要实现在相对恶劣的自然环境中冲击波能量的测量，现有电测有源传感器存在布线困难，电磁干扰等难题。

2.现有无源测量技术具有或需电测设备辅助测量，或测量系统复杂，或测量后处理程序繁琐的特点。

实际上，冲击波能量的无源测量可以通过某些吸能材料的变形测量而获得，一些轻质结构(例如泡沫、蜂窝等)材料是比较理想的吸能材料。其中，铝蜂窝具有密度低、比强度高、压缩应变大和能量吸收能力强等特性，是一种较为理想的轻质结构材料，铝蜂窝在变形过程中，由于蜂窝孔壁的变形折叠，导致在特定冲击波范围内，应变增加而应力基本不变，这样一种特殊的应力-应变特性，使其可以用于能量的吸收和定量测量。铝蜂窝根据孔格形状可以分为三角形蜂窝、四边形蜂窝、六边形蜂窝等，根据使用形式可以分为单层蜂窝和组合式蜂窝。其中，组合式铝蜂窝结构是多层铝蜂窝直接叠加不添加固体隔板的组合体，即蜂窝层间能够发生相互嵌入作用的蜂窝组合体。在组合式铝蜂窝结构中，同类型或不同类型，甚至不同截面积的铝蜂窝试样均可以构成组合体，组合结构的类型将极大丰富，在吸收能量定量测量方面将不再受蜂窝类型的限制，可获得大量的不同能量-变形位移精确对应的表征关系，提高冲击波能量测量的精度。同时，组合式铝蜂窝结构稳定，性能可靠，可长期保存和使用，也非常适合用于制作传感器测量装置。

发明内容