CN109282941A - 一种基于整体式霍普金森杆pvdf传感器的冲击测试系统 - Google Patents

一种基于整体式霍普金森杆pvdf传感器的冲击测试系统 Download PDF

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张旭
陈宝成
刘兴宇
徐兴烨
刘志远
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Abstract

一种基于整体式霍普金森杆PVDF传感器的冲击测试系统，本发明属于PVDF传感器测试标定技术领域，具体涉及一种基于整体式霍普金森杆PVDF传感器的冲击测试系统。本发明是为了解决现有采用分离式霍普金森杆每个冲击脉冲仅能标定一个PVDF传感器，如多传感器同时标定会出现冲击脉冲信号叠加不均匀现象以及标定量程短的问题。一种基于整体式霍普金森杆PVDF传感器的冲击测试系统由整体式霍普金森杆、PVDF传感器测试组件、信号采集系统组成；所述整体式霍普金森杆为一体式结构；PVDF传感器测试组件通过螺纹固定于整体式霍普金森杆的待测样品处；本发明结构简单，可以实现多批次PVDF样品同时标定。

Description

一种基于整体式霍普金森杆PVDF传感器的冲击测试系统
技术领域
本发明属于PVDF传感器测试标定技术领域，具体涉及一种基于整体式霍普金森杆PVDF传感器的冲击测试系统。
背景技术
PVDF(聚偏四氟乙烯薄膜材料)是一种新型高分子压电薄膜材料，具有较好的压电特性，由PVDF薄膜制成的PVDF传感器具有柔性好、频响宽、噪声信号小、阻抗匹配性好等特点，在爆炸力学、冲击力学等利于中有着广泛的应用。由于测试爆炸冲击压力普通的压电传感器难以对该冲击力进行监测，PVDF传感器的监测可达20Gpa冲击力，同时测试量程大于0.3Gpa以上具有良好的线性度，所以广泛应用于爆炸冲击的压力监测环境中。
对于PVDF的动态压电特性、频率响应、力学特性及材料本身的均匀性等问题目前研究较少，PVDF的压电系数标定局限于冲击压力大于0.3Gpa采用空气炮系统进行标定、冲击压力小于0.3Gpa采用分离式霍普金森杆进行标定，而采用分离式霍普金森杆在小于100Mpa试验标定时，子弹速度接近最低触发速度，容易出现误触发状态，脉冲信号无法传到样品表面，以致标定失败；同时采用分离式霍普金森杆每个冲击脉冲仅能标定一个PVDF传感器，如多传感器同时标定会出现脉冲信号叠加不均匀现象。
发明内容
本发明是为了解决现有采用分离式霍普金森杆每个冲击脉冲仅能标定一个PVDF传感器，如多传感器同时标定会出现脉冲信号叠加不均匀现象以及标定量程短的问题，而提供一种基于整体式霍普金森杆PVDF传感器的冲击测试系统。
本发明一种基于整体式霍普金森杆PVDF传感器的冲击测试系统由整体式霍普金森杆、PVDF传感器测试组件、信号采集系统组成；所述整体式霍普金森杆为一体式结构；所述PVDF传感器测试组件通过螺纹固定于整体式霍普金森杆的待测样品处；所述PVDF传感器测试组件由夹具上盖、夹具底座、夹具固定螺丝和若干个PVDF传感器组成，所述夹具上盖和夹具底座呈凹凸紧配合且通过夹具固定螺丝螺纹固定，所述若干个PVDF传感器装夹在夹具上盖和夹具底座之间；所述信号采集系统由示波器和电荷放大器组成；所述单个PVDF传感器外接有测试线，所述测试线的一端连接在PVDF传感器的正负极上，所述测试线的另一端连接在电荷放大器的正负极上；所述电荷放大器的信号输出端与示波器的信号接收端相连。
本发明的有益效果：
本发明所述的一种基于整体式霍普金森杆PVDF传感器的冲击测试系统采用整体式霍普金森杆完成PVDF传感器标定，PVDF传感器测试组件可以将冲击脉冲均匀施加至待标定传感器表面，且可以一个冲击脉冲，实现多只传感器的标定；同时PVDF传感器测试组件在冲击试验中，可以作为质量块，调节冲击脉冲的量级，增加了标定的量程；该测试系统具有操作简单、标定范围大、计算简洁，可实现单冲击脉冲信号完成多传感器标定的特点。
附图说明
图1为一种基于整体式霍普金森杆PVDF传感器的冲击测试系统的结构示意图；
图2为PVDF传感器测试组件的结构示意图；
图3为图2的剖面视图；
图4为夹具底座的侧视图；
图5为夹具上盖的侧视图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1～图5说明，本实施方式一种基于整体式霍普金森杆PVDF传感器的冲击测试系统由整体式霍普金森杆1、PVDF传感器测试组件2、信号采集系统3组成；所述整体式霍普金森杆1为一体式结构；所述PVDF传感器测试组件2通过螺纹固定于整体式霍普金森杆1的待测样品处；所述PVDF传感器测试组件2由夹具上盖21、夹具底座22、夹具固定螺丝23和若干个PVDF传感器24组成，所述夹具上盖21和夹具底座22呈凹凸紧配合且通过夹具固定螺丝23螺纹固定，所述若干个PVDF传感器24装夹在夹具上盖21和夹具底座22之间；所述信号采集系统3由示波器和电荷放大器组成；所述单个PVDF传感器24外接有测试线，所述测试线的一端连接在PVDF传感器24的正负极上，所述测试线的另一端连接在电荷放大器的正负极上；所述电荷放大器的信号输出端与示波器的信号接收端相连。
本实施方式通过PVDF传感器测试组件将整体式霍普金森杆发出的冲击脉冲均匀施加至PVDF传感器表面，利用PVDF传感器的压电特性，将冲击脉冲转化为对应电信号，由霍普金森杆中标准传感器测得的力学值，和信号采集系统采集的PVDF传感器输出的电压值，通过计算建立待标定PVDF传感器压电系数标定曲线。
本实施方式固定传感器的接触面表面光滑、平整度高。
本实施方式所述PVDF传感器装夹在夹具上盖和夹具底座之间无相对位移。
本实施方式中PVDF传感器测试组件可以作为质量块，通过控制PVDF传感器测试组件的材料、体积、形状来控制质量块的重量，进而对冲击脉冲大小进行控制。
本实施方式整体式霍普金森杆1的待测样品处设置在PVDF传感器测试组件的中心位置。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述PVDF传感器24与夹具上盖21和夹具底座22的接触面涂覆凡士林。其他与具体实施方式一相同。
本实施方式可以增强冲击脉冲信号传递。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述整体式霍普金森杆1中的标准传感器所测得标准力学值为加速度。其他与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述夹具上盖21和夹具底座22均为正多边形结构，所述若干个PVDF传感器24均布在各个边上。其他与具体实施方式一至三之一相同。
本实施方式若干个PVDF传感器的测试线的另一端可以连接在同一个电荷放大器不同通道的正负极上也可以连接在多个独立的电荷放大器的正负极上；电荷放大器可以与一个示波器不同通道或多个示波器配合。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：单个所述PVDF传感器24的两端并联有电容或电阻。其他与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述电容的电容值为1μF，电阻的电阻值为10Ω。其他与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：一种基于整体式霍普金森杆PVDF传感器的冲击测试系统的使用方法具体按以下步骤进行：打开整体式霍普金森杆1的气体阀门，通过PC控制整体式霍普金森杆1的脉冲信号加速度值的大小，冲击结束后，记录整体式霍普金森杆1中标准传感器显示的加速度值，并获取示波器触发记录的电压值，通过相关计算建立PVDF传感器的压力标定曲线；通过夹具上盖21和夹具底座22的质量将加速值转换为力值；然后通过改变夹具上盖21和夹具底座22的质量来实现对冲击脉冲信号大小的二次控制。其他与具体实施方式一至五之一相同。
本实施方式整体式霍普金森杆1的脉冲信号加速度值的大小需要根据标定点要求进行调节。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述示波器的放大倍数为100倍。其他与具体实施方式一至六之一相同。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：一种基于整体式霍普金森杆PVDF传感器的冲击测试系统由整体式霍普金森杆1、PVDF传感器测试组件2、信号采集系统3组成；所述整体式霍普金森杆1为一体式结构；所述PVDF传感器测试组件2通过螺纹固定于整体式霍普金森杆1的待测样品处；所述PVDF传感器测试组件2由夹具上盖21、夹具底座22、夹具固定螺丝23和若干个PVDF传感器24组成，所述夹具上盖21和夹具底座22呈凹凸紧配合且通过夹具固定螺丝23螺纹固定，所述若干个PVDF传感器24装夹在夹具上盖21和夹具底座22之间；所述信号采集系统3由示波器和电荷放大器组成；所述单个PVDF传感器24外接有测试线，所述测试线的一端连接在PVDF传感器24的正负极上，所述测试线的另一端连接在电荷放大器的正负极上；所述电荷放大器的信号输出端与示波器的信号接收端相连；所述PVDF传感器24与夹具上盖21和夹具底座22的接触面涂覆凡士林；所述夹具上盖21和夹具底座22均为正六边形结构，六个PVDF传感器24均布在六个边上；所述基于整体式霍普金森杆PVDF传感器的冲击测试系统的使用方法具体按以下步骤进行：打开整体式霍普金森杆1的气体阀门，通过PC控制整体式霍普金森杆1的脉冲信号加速度值的大小，冲击结束后，记录整体式霍普金森杆1中标准传感器显示的加速度值，并获取示波器触发记录的电压值，通过相关计算建立PVDF传感器的压力标定曲线；通过夹具上盖21和夹具底座22的质量将加速值转换为力值；然后通过改变夹具上盖21和夹具底座22的质量来实现对冲击脉冲信号大小的二次控制。
本实施例整体式霍普金森杆的脉冲信号加速度值的大小需要根据标定点要求进行调节。所述示波器的放大倍数为100倍。
所述的一种基于整体式霍普金森杆PVDF传感器的冲击测试系统采用整体式霍普金森杆完成PVDF传感器标定，PVDF传感器测试组件可以将冲击脉冲均匀施加至待标定传感器表面，且可以一个冲击脉冲，实现多只传感器的标定；同时PVDF传感器测试组件在冲击试验中，可以作为质量块，调节冲击脉冲的量级，增加了标定的量程；该测试系统具有操作简单、标定范围大、计算简洁，可实现单冲击脉冲信号完成多传感器标定的特点。

Claims (7)

1.一种基于整体式霍普金森杆PVDF传感器的冲击测试系统，其特征在于基于整体式霍普金森杆PVDF传感器的冲击测试系统由整体式霍普金森杆(1)、PVDF传感器测试组件(2)、信号采集系统(3)组成；所述整体式霍普金森杆(1)为一体式结构；所述PVDF传感器测试组件(2)通过螺纹固定于整体式霍普金森杆(1)的待测样品处；所述PVDF传感器测试组件(2)由夹具上盖(21)、夹具底座(22)、夹具固定螺丝(23)和若干个PVDF传感器(24)组成，所述夹具上盖(21)和夹具底座(22)呈凹凸紧配合且通过夹具固定螺丝(23)螺纹固定，所述若干个PVDF传感器(24)装夹在夹具上盖(21)和夹具底座(22)之间；所述信号采集系统(3)由示波器和电荷放大器组成；所述单个PVDF传感器(24)外接有测试线，所述测试线的一端连接在PVDF传感器(24)的正负极上，所述测试线的另一端连接在电荷放大器的正负极上；所述电荷放大器的信号输出端与示波器的信号接收端相连。
2.根据权利要求1所述的一种基于整体式霍普金森杆PVDF传感器的冲击测试系统，其特征在于所述PVDF传感器(24)与夹具上盖(21)和夹具底座(22)的接触面涂覆凡士林。
3.根据权利要求1所述的一种基于整体式霍普金森杆PVDF传感器的冲击测试系统，其特征在于所述整体式霍普金森杆(1)中的标准传感器所测得标准力学值为加速度。
4.根据权利要求1所述的一种基于整体式霍普金森杆PVDF传感器的冲击测试系统，其特征在于所述夹具上盖(21)和夹具底座(22)均为正多边形结构，所述若干个PVDF传感器(24)均布在各个边上。
5.根据权利要求4所述的一种基于整体式霍普金森杆PVDF传感器的冲击测试系统，其特征在于单个所述PVDF传感器(24)的两端并联有电容或电阻。
6.根据权利要求5所述的一种基于整体式霍普金森杆PVDF传感器的冲击测试系统，其特征在于所述电容的电容值为1μF，电阻的电阻值为10Ω。
7.根据权利要求1所述的一种基于整体式霍普金森杆PVDF传感器的冲击测试系统，其特征在于基于整体式霍普金森杆PVDF传感器的冲击测试系统的使用方法具体按以下步骤进行：打开整体式霍普金森杆(1)的气体阀门，通过PC控制整体式霍普金森杆(1)的脉冲信号加速度值的大小，冲击结束后，记录整体式霍普金森杆(1)中标准传感器显示的加速度值，并获取示波器触发记录的电压值，通过相关计算建立PVDF传感器的压力标定曲线；通过夹具上盖(21)和夹具底座(22)的质量将加速值转换为力值；然后通过改变夹具上盖(21)和夹具底座(22)的质量来实现对冲击脉冲信号大小的二次控制。
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