一種雙敏感元件壁面壓力傳感器的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于爆炸沖擊波超壓場測量技術領域，具體涉及一種雙敏感元件壁面壓力傳感器。
【背景技術】
[0002]在空中爆炸或水中爆炸沖擊波超壓場中測量作用在構件表面的沖擊波超壓或測量沖擊波掠過地面反射后形成的地面超壓時，必須測量沖擊波壓力場壁面壓力；目前測量沖擊波壓力場壁面壓力的方法主要有壓力罐法和壁面壓力傳感器電測法，壓力罐法應用測量反復注入液體水的體積來推測膜片變形量，進而估算沖擊波超壓結果，測量難以精確可靠，更難以完成快速實時準確測量。國內生產的壁面壓力傳感器以壓電陶瓷為壓電晶體為主，壓電陶瓷壓電性強、介電常數(shù)高、可以加工成任意形狀，但機械品質因子較低、電損耗較大、穩(wěn)定性差，適合于大功率換能器和寬帶濾波器等應用，但對高頻、高穩(wěn)定應用不理想。石英晶體的壓電單晶壓電性弱，介電常數(shù)很低，受切型限制存在尺寸局限，但穩(wěn)定性很高，機械品質因子高。測量沖擊波超壓的石英晶體壓電壓力傳感器主要源于國外進口，價格昂貴。
[0003]在野外爆炸試驗中，要求壁面壓力傳感器必須具有以下一些性能:
[0004](1)足夠寬的量程，如上限量程為200MPa，下限量為0.5MPa ；
[0005](2)足夠高的靈敏度，如 40pc/MPa ?200pc/MPa ；
[0006](3)靈敏度非線性，如彡1%
[0007](4)足夠低的溫度漂移，如0.01pc/oC?0.001pc/oC ；
[0008](5)工作溫度，如-20 V?60 V
[0009](6)具有對水密封的性能。

【發(fā)明內容】

[0010]有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種雙敏感元件壁面壓力傳感器，用于測量壁面沖擊波的壓力或掠過地表面沖擊波的壓力。
[0011]本發(fā)明是通過下述技術方案實現(xiàn)的:
[0012]—種雙敏感元件壁面壓力傳感器，包括:墊片、芯電極、彈性元件、絕緣套1、支撐芯桿、殼體、絕緣套I1、芯桿、輸出殼體、絕緣套II1、壓電元件1、壓電元件II和導線；
[0013]所述彈性元件為一端開放的圓柱形殼體，
[0014]所述支撐芯桿為階梯型圓柱，在支撐芯桿大直徑段的端面開有圓形盲孔；
[0015]所述殼體為帶軸向通孔的圓柱；
[0016]所述絕緣套II為一端開放一端封閉的圓柱套；
[0017]所述芯桿為階梯型圓柱；
[0018]所述輸出殼體為帶軸向通孔的階梯型圓柱，圓柱的內圓周面設有臺階面；
[0019]其連接關系如下:殼體的外圓周面與輸出殼體大直徑段的內圓周面連接，絕緣套III固定在輸出殼體小直徑段的內圓周面；支撐芯桿套裝在殼體的內圓周面上，支撐芯桿的小直徑段位于遠離輸出殼體的一端；絕緣套II套裝在支撐芯桿的盲孔中，芯桿的大直徑段與絕緣套II的內圓周面孔軸配合安裝，芯桿的小直徑段與絕緣套III的內圓周面孔軸配合安裝，支撐芯桿的端面、絕緣套II的端面及芯桿的臺階面均抵觸在輸出殼體的臺階面及絕緣套III的端面形成的環(huán)形臺階面上；
[0020]絕緣套I套裝在支撐芯桿小直徑段外圓周面和殼體的內圓周面形成的環(huán)形間隙中，壓電元件1、芯電極、壓電元件II及墊片依次套裝在絕緣套I的內圓周面，其中，壓電元件I的端面抵觸支撐芯桿小直徑段的端面；彈性元件固定在殼體的外圓周面上，且墊片的端面抵觸在彈性元件封閉端的內表面，絕緣套I的端面與彈性元件封閉端的內表面之間留有間隙；導線的一端通過焊接固定在芯電極上，另一端通過焊接固定在芯桿上。
[0021]進一步的，所述墊片、芯電極、壓電元件I及壓電元件II均為圓板；所述壓電元件
I和壓電元件II為敏感元件。
[0022]進一步的，所述彈性元件的內圓周面加工有內螺紋；所述殼體的兩端均設有外螺紋；所述輸出殼體的小直徑段加工有外螺紋，圓柱的大直徑段加工有內螺紋；殼體的兩端分別與輸出殼體及彈性元件的連接方式為螺紋連接。
[0023]進一步的，所述絕緣套III的外圓周面設有臺階面；絕緣套III的臺階面抵觸在輸出殼體內圓周面的臺階面上。
[0024]進一步的，還包括:密封墊圈，密封墊圈套裝在殼體外圓周面，且密封墊圈的端面抵觸輸出殼體大直徑段的端面。
[0025]進一步的，芯桿的小直徑段開有沿其軸向的圓形盲孔及矩形盲孔，其中圓形盲孔的開孔長度大于矩形盲孔的開孔長度，矩形盲孔的兩側貫穿芯桿的外圓周面，在芯桿大直徑段的外圓周面開有徑向通孔。
[0026]進一步的，所述墊片、芯電極、彈性元件、芯桿的材料均采用磷青銅；絕緣套1、絕緣套I1、絕緣套III的材料均采用聚四氟乙烯；支撐芯桿、殼體、輸出殼體的材料均采用不銹鋼；壓電元件I和壓電元件II的材料均采用石英；導線為耐高溫導線。
[0027]其安裝工藝流程為:(1)將殼體的外圓周面通過螺紋安裝在輸出殼體大直徑段的內圓周面，但并不將殼體與輸出殼體鎖緊；
[0028](2)將導線的一端焊接在芯電極的焊點上；
[0029](3)將絕緣套I套裝在支撐芯桿小直徑段的外圓周面，將壓電元件1、帶導線的芯電極、壓電元件II及墊片依次套裝在絕緣套I的內圓周面；
[0030](4)將絕緣套I1、芯桿依次安裝在支撐芯桿的大直徑段的盲孔中；
[0031](5)將導線的另一端焊接在所述焊孔中；
[0032](6)將絕緣套III套裝在輸出殼體小直徑段的內圓周面；
[0033](7)將帶絕緣套1、壓電元件1、導線、芯電極、壓電元件I1、墊片、絕緣套II及芯桿的支撐芯桿套裝在殼體內圓周面，并將芯桿的小直徑段套裝在絕緣套III中；
[0034]將件不銹鋼支撐芯桿裝配在件不銹鋼內并與件L不銹鋼輸出接口合在一起，再緊固件磷青銅和件不銹鋼殼體，
[0035](8)將彈性元件固定在殼體的外圓周面；
[0036](9)將殼體與接口殼體鎖緊。
[0037]工作原理:將本發(fā)明的傳感器安裝在被測構件或與測點附近的地面上，且使彈性元件封閉端的外表面與被測構件的上表面平齊，或與測點附近的地表平齊，芯桿的盲孔與低噪聲電纜的插頭連接；
[0038]當進行野外爆炸試驗時，被測構件表面的受到爆炸的沖擊波壓力或沖擊波掠過地面反射后的壓力同時作用在與被測構件或地表平齊的傳感器的彈性元件上，彈性元件將受到的壓力通過墊片傳遞給芯電極兩端的壓電元件I及壓電元件II，由于支撐芯桿固定不動，因此，壓電元件I及壓電元件II的一端均受到墊片的向靠近芯桿的作用力，壓電元件I及壓電元件II的另一端均受到支撐芯桿的向靠近墊片的支撐作用力，壓電元件I及壓電元件II受擠壓將壓力轉換為電信號，通過芯電極傳遞給芯桿，芯桿將電信號傳遞出去。
[0039]有益效果:(1)本發(fā)明的彈性元件將受到的壓力傳遞給兩個壓電元件，通過兩個壓電元件受擠壓將壓力轉換為電信號使得傳感器具有足夠寬的量程、足夠高的靈敏度、足夠低的溫度漂移性能、足夠寬的工作溫度范圍和對水密封性能。
[0040](2)本發(fā)明由墊片、芯電極和兩個壓電元件組成的壓電測試結構可實現(xiàn)高于單個壓電元件50%電荷量采集，有利于測試遠場小信號的沖擊波超壓。
【附圖說明】
[0041 ] 圖1為本發(fā)明的組成結構圖。
[0042]圖2為本發(fā)明的絕緣套I的結構圖。
[0043]圖3?5為本發(fā)明的支撐芯桿的結構圖。
[0044]圖6為本發(fā)明的絕緣套II的結構圖。
[0045]圖7為本發(fā)明的芯桿的結構圖。
[0046]其中，1-墊片，2-芯電極，3-彈性元件，4-絕緣套I，5_支撐芯桿，6-密封墊圈，7-殼體，8-絕緣套II，9-芯桿，10-輸出殼體，11-絕緣套III，12-壓電元件I，13-壓電元件
II，14-導線。
【具體實施方式】
[0047]下面結合附圖并舉實施例，對本發(fā)明進行詳細描述。
[0048]本發(fā)明提供了一種雙敏感元件壁面壓力傳感器，參見附圖1，包括:墊片1、芯電極
2、彈性元件3、絕緣套I 4、支撐芯桿5、密封墊圈6、殼體7、絕緣套II 8、芯桿9、輸出殼體10、絕緣套III 11、壓電元件I 12、壓電元件II 13和導線14 ;
[0049]所述墊片1、芯電極2、壓電元件I 12及壓電元件II 13均為圓板；所述壓電元件I 12和壓電元件II 13為敏感元件；芯電極2的外圓周面上設有凸臺，所述凸臺為焊點；
[0050]所述彈性元件3為一端開放的圓柱形殼體，彈性元件3的內圓周面加工有內螺紋；
[0051]參見附圖2，所述絕緣套I 4為兩端開放且側面不封閉的圓柱套；
[0052]參見附圖3?5，所述支撐芯桿5為階梯型圓柱，在支撐芯桿5大直徑段的端面開有圓形盲孔，在支撐芯桿5大直徑段的外圓周面開有徑向通孔及與徑向通孔相通的凹槽，所述凹槽的長度方向與支撐芯桿5的軸向一致；
[0053]所述殼體7為帶軸向通孔的圓柱，圓柱的兩端均設有外螺紋；
[0054]參見附圖6，所述絕緣套II 8為一端開放一端封閉的圓柱套，在圓柱套的外圓周面開有徑向通孔；
[0055]參見附圖7，所述芯桿9為階梯型圓柱，芯桿9的小直徑段開有沿其軸向的圓形盲孔及矩形盲孔，其中圓形盲孔的開孔長度大于矩形盲孔的開孔長度，矩形盲孔的兩側貫穿芯桿9的外圓周面，在芯