一種可用于測(cè)量水中爆炸壓力的傳感器設(shè)計(jì)

引 言

　　為了測(cè)量炸藥在水中的爆炸壓力，因測(cè)量介質(zhì)與常規(guī)測(cè)量的不同，測(cè)量環(huán)境比較惡劣，所以，對(duì)傳感器
傳感器

　　凡是利用一定的物性（物理、化學(xué)、生物）法則、定理、定律、效應(yīng)等把物理量或化學(xué)量轉(zhuǎn)變成便于利用的電信號(hào)的器件。傳感器是測(cè)量系統(tǒng)中的一種前置部件，它將輸入變量轉(zhuǎn)換成可供測(cè)量的信號(hào)”。按照Gopel等的說(shuō)法是：“傳感器是包括承載體和電路連接的敏感元件”，而“傳感器系統(tǒng)則是組合有某種信息處理(模擬或數(shù)字)能力的系統(tǒng)”。傳感器是傳感系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，它是被測(cè)量信號(hào)輸入的第一道關(guān)口。 [全文]

就要有一些特殊的要求：首先，傳感器要有較高的頻率響應(yīng)，水下爆炸的壓力是一個(gè)高速變化的過(guò)程；其次傳感器要有較強(qiáng)的抗干擾能力，以便減小測(cè)量誤差，提高測(cè)試精度；再者，傳感器要有足夠的強(qiáng)度、良好的密封性能和較強(qiáng)的防腐蝕能力。因此，以電氣石為敏感元件的傳感器則被應(yīng)用于水中爆炸壓力的測(cè)量。由于在水中爆炸壓力的測(cè)量中，傳感器的基本性能指標(biāo)為：測(cè)量范圍上限為250MPa；測(cè)量精度≤2％FS；上升前沿≤2.5μs。根據(jù)系統(tǒng)性能指標(biāo)要求，確定了用于水中爆炸壓力測(cè)量傳感器的結(jié)構(gòu)，同時(shí)，克服了選材和工藝方面的技術(shù)難題。

　　1 傳感器的選材及其結(jié)構(gòu)

　　1.1 敏感元件材料的選擇

　　敏感元件是傳感器的關(guān)鍵元件，因?yàn)樗鼪Q定著傳感器的原理和特性。因此，是傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)首先要考慮的問(wèn)題。根據(jù)測(cè)試對(duì)象，對(duì)炸藥在水中爆炸產(chǎn)生的壓力進(jìn)行測(cè)量，故采用壓電式壓力傳感器
壓力傳感器

　　 壓力傳感器是 將壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出的傳感器，通常把壓力測(cè)量?jī)x表中的電測(cè)式儀表。壓力傳感器一般由彈性敏感元件和位移敏感元件（或應(yīng)變計(jì)）組成。彈性敏感元件的作用是使被測(cè)壓力作用于某個(gè)面積上并轉(zhuǎn)換為位移或應(yīng)變，然后由位移敏感元件或應(yīng)變計(jì)轉(zhuǎn)換為與壓力成一定關(guān)系的電信號(hào)。有時(shí)把這兩種元件的功能集于一體。壓力傳感器廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)。 [全文]

。所以，敏感元件選用壓電晶體，壓電晶體種類較多，如，石英、電氣石、鈮酸鋰、鋯鈦酸鉛、鈦酸鋇等，根據(jù)幾種常用的壓電晶體性能，由于電氣石晶體具有體壓電效應(yīng)的特點(diǎn)，而且，國(guó)內(nèi)外在對(duì)炸藥在水中爆炸產(chǎn)生的壓力進(jìn)行測(cè)試時(shí)，均采用電氣石晶體作為壓電式壓力傳感器是能夠感測(cè)各種動(dòng)態(tài)、靜態(tài)力的大小并轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的器件，是力學(xué)測(cè)量的重要器件。

的敏感元件，所以，敏感元件材料選擇電氣石晶體。

　　1.2 傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理

　　水中爆炸壓力傳感器
壓力傳感器

　　 壓力傳感器是 將壓力轉(zhuǎn)換為電信號(hào)輸出的傳感器，通常把壓力測(cè)量?jī)x表中的電測(cè)式儀表。壓力傳感器一般由彈性敏感元件和位移敏感元件（或應(yīng)變計(jì)）組成。彈性敏感元件的作用是使被測(cè)壓力作用于某個(gè)面積上并轉(zhuǎn)換為位移或應(yīng)變，然后由位移敏感元件或應(yīng)變計(jì)轉(zhuǎn)換為與壓力成一定關(guān)系的電信號(hào)。有時(shí)把這兩種元件的功能集于一體。壓力傳感器廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)。

結(jié)構(gòu)如圖1所示。

　　該傳感器以具有壓電效應(yīng)的電氣石為敏感元件，內(nèi)部填充硅油，采用高絕緣密封膠
密封膠

　　密封膠(Adhesive Sealant) 用于靜止接合面間的密封。在涂敷前是具有流動(dòng)性的液狀粘稠物，易于填滿兩個(gè)接合面之間的縫隙，起較好的密封作用。包括液態(tài)密封膠、厭氧性密封膠、硅酮密封膠等。 [全文]

進(jìn)行密封。工作時(shí)，將傳感器放入水下離爆炸源一定的距離，當(dāng)炸藥爆炸后產(chǎn)生的壓力通過(guò)水，以沖擊波的形式向各個(gè)方向傳播，電氣石晶體將感受到的壓力信號(hào)轉(zhuǎn)換成的電信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換。