冲击波超压传感器IEPE电路设计

对压电式冲击波超压传感器压电集成电路(IEPE)的优点、原理及结构进行了分析与探讨,设计了基于分立式器件的IEPE电路。对电路进行了仿真和验证试验,得到了电路的放大倍数、幅频特性、线性度及温度特性。试验结果表明电路频响带宽大于600 kHz,线性度约为0.4%,全温下频响的波动程度小于4.3%,能够满足冲击波超压传感器对IEPE电路的要求。避免了电磁干扰等因素对冲击波压力测试系统的影响,实现了电路小型化,简化了测试系统。对实现IEPE压电式超压传感器有实际意义。     

激光冲击波在铝靶中衰减特性研究

本文利用PVDF新型压电传感器对激光冲击波进行了多点实时测量，得到了激光冲击波在铝中的衰减规律．所得结果对激光冲击强化以及材料本构和动态断裂研究等均具有十分重要的价值．     

冲击波超压无线式存储测试系统的研究

本文提出一种冲击波超压无线式存储测试系统,该系统以无线通讯的方式对存储测试装置设置触发电平、采样频率等参数,还可以控制装置上电、下电、触发和传感器的增益选择,通讯距离可达到200m以上。该系将压力传感器、适配电路、A/D转换器、控制电路、ZigBee无线通讯模块和电源紧凑的封装在坚固的壳体中,构成一种可相对独立工作的便携式冲击波场超压测试仪。实验证明,该系统具有抗干扰性强和无需电缆引线的优点,特别适宜于大范围多测点的试验场合。     

基于WLAN的近地冲击波超压存储测试系统设计

由于爆炸场近地冲击波超压测试节点数量众多且分散性大,难以集中管理和有效监控各个测点的工作状态,并且在爆炸现场测试参数一旦设定后无法更改。针对上述问题,将wlan技术与存储测试技术结合设计了一种新型的冲击波超压测试系统,提高了测试数据的可靠性和系统灵活性。结合上述两种技术,设计了总体硬件电路和基于软件控制的具有无线传输功能的测试节点模块,有效降低了系统功耗。系统已多次成功应用于靶场冲击波超压试验中,试验结果表明该系统可靠性高、操作方便,有很好的应用前景和推广价值。     

强激光诱导冲击波的实验研究

为了提高利用激光冲击波改进材料性能的技术,采用响应快、测量范围大的绝缘膜组合式高聚物压电传感器和示波器对激光诱发的冲击波进行了研究。通过测量无约束层和有约束层时的压电波形,得出相应的激光冲击波波形并进行比较。结果表明,有约束层时激光冲击波的脉宽是激光脉冲宽度的3倍左右,峰值压力较无约束层时明显提高。激光冲击波在不锈钢材料中的平均传播速度为5.72×103m/s,与声波纵波的传播速度一致。     

有机玻璃中冲击波衰减特性的研究

为了研究等离子冲击波在有机玻璃中的衰减特性,提出了卸载波追赶效应的分析模型。采用自行研制的光偏转测试系统对该冲击波进行了多点测量。得到了强激光诱导的等离子体冲击波在有机玻璃中的传输速度及压力随传输距离的变化关系。结果表明,理论分析模型和实验测试结果能很好地吻合,冲击波在有机玻璃中传输时具有明显的衰减规律,该衰减耗散特性主要源于卸载波的追赶效应。该结论对研究冲击波在介质中传播具有重要的意义。     

冲击波超压测试系统U盘读数盒的设计

针对野外环境进行的冲击波测试读数和擦除操作繁琐的情况,为了提高冲击波超压测试的效率,提出自带电源、带有擦除功能的U盘读数盒的设计 。该读数盒通过USB控制芯片CY7C68013的GPIF接口与测试装置通信并向测试装置发送时钟信号和控制信号,将Flash中的数据暂时读入到其内部FIFO中。然后通过68013内部增强型8051单片机控制U盘文件管理芯片CH376S将数据存入到U盘中,实现对测试装置的U盘读数。通过现场实验证实,该读数盒可以简化野外冲击波测试繁琐的操作,提高冲击波测试的效率。     

强激光驱动高压冲击波特性研究

利用响应快、测压范围宽的新型绝缘膜组合式高聚物压电传感器 (PVDF压电传感器 )以及PIN硅光二极管和 PHIL IPS PM 332 0 A型示波器 ,实现了对激光引发的冲击波压力的实时测量。得到了激光冲击波在铝靶中的平均传播速度为 6 .38× 10 3 m/ s,与通常的声波纵波在铝中的传播速度 (6 4 0 0 m / s)很相近。激光引发的冲击波峰值压力在铝中的衰减规律是指数型的。     

激光冲击波诱导2024铝合金表面动态应变特性试验研究及理论分析

为研究脉冲激光冲击波诱导2024铝合金表面的动态应变特性,采用脉冲激光对2024铝合金试样表面进行冲击,并利用聚偏氟乙烯(PVDF)压电传感器测量了脉冲激光作用下2024铝合金表面的动态应变,建立了脉冲激光冲击波加载2024铝合金表面的动态应变模型,并通过试验数据对该模型进行了分析验证。研究结果表明,通过调整脉冲激光的作用参数可以控制激光冲击波与表面波不产生耦合;2024铝合金在激光冲击波诱导高应变率作用下的动态应力-应变关系曲线与在静力拉伸条件下的静态应力-应变关系曲线类似;脉冲激光冲击波加载2024铝合金表面动态应变的模型与试验结果一致。     

基于无线控制的多参数冲击波存储测试系统

针对大威力武器、弹药等研制与试验过程中对毁伤程度进行评估的需求,介绍了一种基于无线控制的通用型多参数测试系统,可分别对弹药爆炸时的压力、温度、爆炸时刻以及加速度的测量。它由传感器与模拟适配模块、电源管理模块、采集编码与存储以及无线通讯模块组成。通过靶场实测试验数据表明：该系统运行稳定可靠,能有效捕获多种参量,并能实现无线控制与数据传输。     

PVDF传感器在液体压力激波测试中的应用

针对液体压力激波具有高温、高压和高应变的特点,研制了一种基于聚偏氟乙烯(PVDF)压电薄膜的液体压力激波传感器,并通过霍普金斯(Hopkinson)压杆对压电传感器的压电系数进行了精确标定,在此基础上构建了液体压力激波测试系统.在小压力幅值下,与水听器进行了对比测试试验,测试结果具有很高的吻合性,在满量程(0.1～1.0 MPa)内,与水听器偏差在5%范围内;大压力幅值下,通过对单元和多阵元液体压力激波发生器系统的测试,掌握了激励电压、脉冲频率、阵元个数等对激波的影响规律,为液体压力激波加工系统的改进和工程应用提供了试验依据.     

冲击波测试系统中GPS同步技术研究

针对冲击波测试中各测点因物理上分散隔离导致无法同步的现状,提出了一种基于全球定位系统(GPS)的同步方法。阐述了冲击波测试系统的基本原理以及组成结构,对比了现有同步技术的优缺点,从软硬件方面对GPS同步单元进行了分析和设计。在冲击波测试中进行GPS同步性能检测,系统对冲击波传播时间的测量误差小于0. 02%,同步精度优于1us。结果表明,所提方法可以解决大当量战斗部测试中各分布测点同步的问题,现场操作简单,易于工程实现。     

电磁式冲击波发生器的研究

设计并制作了一种电磁式冲击波发生器,该发生器包括激励源和换能器两部分。分析了激励源及换能器的工作原理;对换能器振动系统的基频频率进行测量,依据周边嵌定振动板的基频与各次泛频的关系得到换能器振动系统的各次泛频;换能器在较高频率振动时,还应具有足够的电声转换效率和较高的输出功率,采用得到的振动系统的各次泛频作为机电耦合的匹配频率来满足这一要求。检测结果表明,设计制作的电磁式冲击波发生器达到预期设计要求。     

16～17 GHz体声波延迟线技术研究

通过优化高频低损耗换能器设计、极薄压电薄膜生长、微波网络匹配、高频气密封外壳的电磁兼容设计等技术,研制出了工作在16～17 GHz的微波声体波延迟线,其带宽为1 098 MHz,延迟时间0.34 μs,插入损耗-54 dB,三次渡越抑制28 dB,直通抑制44 dB.     

基于压电传感器的单一模态Lamb波损伤检测

基于压电传感器的板类结构兰姆(Lamb)波损伤检测,提出了一种利用单一模态Lamb波的无基准损伤检测方法,并在铝板上进行损伤检测实验。根据压电传感器的理论模型,实验中选取单一模态Lamb波检测频率,并从含损伤板的检测信号中准确识别出损伤反射回波信号,根据损伤反射回波传播时间及对应的理论群速度,计算了损伤与传感器的距离。针对理论群速度和实际群速度差异对距离计算造成的误差,提出了一种改进的计算方法,将误差降低到3%以下。结果表明,利用单一模态Lamb波可识别结构中的损伤散射信号,并可有效计算损伤与传感器的距离。     

基于声表面波技术数字微流体微混合器研究

报道了在128°旋转Y切割X传播方向LiNbO3基片上研制了数字微流体微混合器.它由压电基片上叉指换能器和反射栅组成,当由功率放大器放大后的射频电信号加到叉指换能器时,它激发的声表面波经微流体后转化为径向表面波驱动微流体,使其与同一路径上的另一微流体合并,在反射栅反射回的声表面波共同作用下,加速微流体内分子扩散运动,提高了微流体混合效率.采用1 μL的水和1 μL红墨水以及1 μL的红墨水和1 μL甘油各自进行混合实验,结果表明:在声表面波作用下,微混合器能快速混合微流体.为片上实验室提供了廉价、易集成的微混合单元,具有潜在的应用价值.     

压电式推力测试系统动态性能分析与改善

姿控火箭发动机推力测试系统的动态性能对于推力测量的准确性具有重要影响.采用方形脉冲力模拟发动机推力,对压电式推力测试系统进行了动态标定,根据频响特性曲线建立了测试系统的高阶传递函数模型并获得了动态性能指标.针对测试过程中的超调和振荡,基于高阶传递函数模型,采用阻尼补偿法对推力测试系统的输出进行补偿.结果表明,经过补偿后误差减小,改善了压电式推力测试系统的动态性能.     

激光等离子体空气冲击波前参量的测定及研究

根据空气中激光等离子体冲击波自由衰减条件下的波前传播方程和冲击波波阵面处动量、能量、质量守恒定律 ,给出了冲击波波阵面处温度、压强、气体密度、粒子运动速度等重要参数的计算公式 ,并与实验数据进行了比较。结果表明当波速小于空气中正常声速的 1 5倍时 ,波阵面处出现热力学量参数突变的冲击波模型不再适用 ,出现了冲击波向正常声波过渡的新特性     

基于激光冲击波三维无损打标的数值模拟

为了研究激光冲击波打标后标记区域的残余应力分布与材料变形情况,基于ANSYS/LS-DYNA建立了激光冲击波打标的三维有限元模型,通过激光诱导的冲击波加载,进行了打标的数值模拟.模拟结果表明,激光冲击波作用后的标记区域网格形成了与载荷直径相仿的凹坑,其残余应力均表现为压应力,并随着形变量的逐渐增加,在标记中心残余压应力达到最大值;材料厚度方向的残余压应力随着材料厚度的增加而不断减小,在1mm～1.4mm深度范围内载荷的作用效果不明显.这一结果可用于指导激光冲击波三维无损打标残余应力场的理论分析及其实验研究.