PVDF探针在低压测量中的应用

应用两种以PVDF膜为敏感元件的探针分别测量了某平面冲击装置的冲击波出减压层波形和减压层与铁电陶瓷之间的界面压力。得到冲击波到达时间总平均值为48．696μs，标准偏差为0．147μs，极差为0．409μs；得到减压层与铁电陶瓷之间的界面平均峰值压力为3.449GPa。为此冲击装置的结构性能改进提供了参考数据。     

基于PVDF复合压电效应的低强度冲击波柔性测量

为探索低强度冲击波的柔性测量技术,对PVDF(polyvinylidene fluoride)压力传感器开展冲击波加载和灵敏度标定实验,评估其低强度冲击波压力测量的可靠性。基于微结构设计改进薄膜传感器,获得适用于低强度冲击波压力测量的高灵敏柔性传感器,结果表明:单一压电工作模式的薄膜传感器测量低强度冲击波时有效输出电荷量和信噪比较低,测量结果容易受压电膜力电响应非线性、结构表面变形振动以及封装因素的影响,灵敏度系数不稳定、个体差异性大。采用周向固支的微结构设计能够将作用于薄膜传感器表面幅值较低的冲击波转换为幅值较高的面内拉应力,产生的复合压电效应可大幅提高传感器名义灵敏度系数、降低个体差异性。研制的柔性传感器在0.2～0.7 MPa压力范围内名义灵敏度约900～1 350 pC/N,相对测量误差不大于±13%。     

用PVDF实时测量激光诱导的冲击波压力

本文用自己研制的ＰＶＤＦ（ｐｏｌｙｖｅｎｙｌｉｄｅｎｆｌｕｏｒｉｄｅ）压电传感器测量了０．２ｍｍ厚铝和２．０８ｍｍ厚Ｔ３００／环氧复合材料中激光诱导的冲击波压力，首次获得了这些材料中激光冲击波压力的时间演化波形。实验在中国科大强激光实验室的ＹＡＧ脉冲激光器上进行，激光波长１．０６μｍ，脉宽３３ｎｓ，靶面平均功率密度为１０９Ｗ／ｃｍ２量级。从所得数据估计了表面入射压力，其值与已有结果符合良好。实验结果证实，ＰＶＤＦ压电传感器频响高，量程宽，多次使用重复性好，可有效应用于激光冲击波压力的实时测量     

PVDF膜的冲击电响应研究

应用射弹撞击加载技术和电荷、压力及弹速测量技术,研究了ＰＶＤＦ膜在垂直入射冲击波压缩下的冲击电响应。测量了已被极化的ＰＶＤＦ聚合物膜在不同冲击波压力作用下通过电荷积分电路输出的电荷;用锰铜压计测量了相应的冲击波压力;给出了单位面积ＰＶＤＦ膜输出的电荷峰值ｑ与冲击波压力峰值ｐ间的相互关系,最后建立了与其相应的ＰＶＤＦ膜冲击电响应的理论模型及数值模拟方法。计算结果表明,计算值与实验结果吻合较好。     

Mylar膜对电探针导通过程的影响

分析了用于测量金属冲击波到达时间的电探针导通过程，讨论了作为绝缘层的Mylar膜对电探针导通过程的影响。分析认为，在低压下导通过程以支柱穿孔和相变迟豫为主，测量的时间分散性较大；在高压下导通时间分散性很小，可用于冲击波到达时间的精确测量。     

PVDF在动态应变测量中的应用

研究了用PVDF压电薄膜进行动态应变测量的原理和方法,在单向应变块上对两种PVDF应变片的应变电荷常数进行了标定,并对一维应力杆中的应变波形进行了测量。实验给出了较好的测量精度。研究结果表明,PVDF应变片在动态应变测量中具有很好的应用潜力。     

PVDF应力测量技术及在混凝土冲击实验中的应用

介绍了使用PVDF(polyvinylidene fluoride,聚偏二氟乙烯)应力计的应力直接测量技术。在SHPB装置上进行自制PVDF应力计动态压电系数的标定实验,分析了应力集中、横向泊松效应、摩擦效应对PVDF应力计信号及动态压电系数的影响。用PVDF应力计进行了混凝土的冲击压缩实验。利用混凝土前后端面PVDF应力计信号分析了实验过程中混凝土试样的应力均匀性。与应变计直测应变技术相结合得到了混凝土的动态应力-应变关系。     

石英光纤探针在非金属材料冲击实验中的应用

使用石英光纤探针成功测量了Teflon样品中的冲击波速度和电炮加载的厚度为75 m的Mylar膜飞片的平均速度和到达时间一致性。实验证明,石英光纤探针技术为非金属材料的冲击实验提供了一种直接的、不受电磁干扰的、精确的测量手段。     

冲击波加载区域对冲击波速度和衰减的影响

以工程采用的冲击波衰减电探针测试方法为基础,通过数值模拟研究了冲击波加载区域对冲击波传播速度和冲击波衰减测量结果的影响。结果表明:对非一维平面正冲击波,冲击波的径向几何弥散对冲击波传播速度影响显著;针对本文算例,当电探针离自由面0.05mm时,冲击加载半径R=10mm、R=20mm比R=80mm所测电探针导通时间分别长7.79μs、1.28μs,一维平面波理论高估了实际测试的冲击波传播速度,冲击加载面积越小,冲击波衰减越快;在同一时刻(30μs)和同一位置(L=80mm),加载半径R=80mm的冲击压力是R=20mm的5倍还多,一维平面波理论低估了冲击波衰减程度,点撞击引起的散心冲击波则相反。因此目前获得的各种冲击波衰减经验公式应强调其加载条件和适用范围,特别是散心冲击波实验获得的冲击衰减拟合公式有可能降低设计安全阈值。     

可用于冲击波灵敏探测的小型PZT弹簧探针

介绍了小型PZT弹簧探针的制作工艺、检测方法以及利用小型PZT弹簧探针进行冲击波测量的实验结果。结果表明，所制作的小型PZT弹簧探针可满足低压下冲击波的灵敏探测。     

含铝炸药水中爆炸近场冲击波特性研究测试与分析技术探讨

采用锰铜压力计和PVDF压力计的多计测试技术以及高速扫描实验技术,对含铝炸药水中爆炸近场冲击波进行了测量。压力计的测试结果表明,采用一个锰铜压力计和多个PVDF计同时测量炸药水中爆炸近场冲击波压力是可行的,但不能同时采用多个锰铜压力计进行测量。高速扫描相机记录了冲击波自出炸药端面到约60mm距离内冲击波传播轨迹,经过数字化分析计算得到了冲击波峰值压力随距离变化曲线。分析表明,压力计和高速扫描相机的测试结果符合较好,说明测试技术和分析方法是可行的。将压力计和高速扫描相机结合起来,有助于更好地研究含铝炸药水中爆炸近场冲击波特性。     

压电层合圆板传感器的非线性静力耦合分析

本文基于von Karman薄板非线性理论，压电基本方程和经典层合板理论，对上，下表面粘有压电传感膜层的圆薄板压力传感器的力-电耦合特性进行了定理分析。首先，针对压电层合圆板传感器件建立了考虑几何非线性变形的力-意耦合模型。给出了压电薄膜层感应电量的计算公式；然后，采用级数解法进行了求解，得到了非线性静力耦合问题的幂级数精确解，给出了传感器静态测量过程中所关心的压力-电量特征曲线和中心挠度，电量特征曲线；同时，定量讨论了压电二次效应对感应电量和层合结构中心挠度的影响。通过所得结果，在压电式压力传感器设计中，为采用电信号直接输出有关结构的变形和外界载荷等待测参量提供了依据。     

壁湍流相干结构的教学实验(二)──单丝热膜探针的标定

介绍热膜测速的基本原理,水探针校准器的基本构造以及标定单丝热膜探针的基本方法和步骤,为在水相中用热膜测速仪测量平板湍流边界层作准备。     

液电冲击波的实验研究

本文用水下电火花微爆炸产生重复性极佳的球形冲击波,用双曝光全息干涉法测量了液电冲击波的传播,并观察到冲击波与水下电极之间的相互作用.实验结果表明此法适用于液电冲击波的测量,特别适用于由冲击波波前位移来确定其峰值压力分布.     

微喷测量中真空度对Ф2mm压电石英传感器的影响初探

针对Ф2mm压电石英传感器有效测试面积小、信号弱、易受干扰的特点，对不同真空度、不同飞片速度下的空气冲击波压力进行计算分析，得出在20Pa以下的真空度中进行微喷测量时，残存空气对Ф2mm压电石英传感器的影响可以忽略；利用此条件下的实验数据，估算了影响Ф2mm压电石英传感器真空度的上限值。     

冲击作用下快响应光纤探针研究

为满足在特殊的环境条件下对冲击波速度、飞片速度等冲击波物理参数的精密测量要求 ,开发了一种快响应光纤探针技术。该光纤探针由一根一端镀膜的梯度石英光纤和一根金属套管构成。在测量爆轰波、飞片和冲击波到达时间的实验中 ,可达到纳秒甚至亚纳秒的时间响应。实验证明该技术是一种可靠的、高时间分辨率的测试手段。     

PVDF压力传感器的冲击压电特性研究

PVDF薄膜是一种新型的聚合物压电材料.为了研究PVDF薄膜在低压和一维应变下的压电特性,利用立式Hopkinson压杆和一级轻气炮标定了自研制PVDF压力传感器的压电曲线,实验表明该应力传感器频响高,波形稳定,线性度良好,拟合灵敏度系数K值在0～20MPa和100～450MPa压力范围分别为14.96pC/N和11.9pC/N,可以基本满足动态冲击应力测试的要求.但由于PVDF薄膜的系数K受多方面的影响,定量分析有相当难度,建议使用跟实际工作状况相近的标定K值.     

PVDF压力传感器标定及在激光推进实验中的应用

详细介绍了PVDF压力传感器的设计方法和2个等效测量电路.利用SHPB系统对PVDF压力传感器的动态灵敏度进行了标定,结果显示,不同并联电阻对于PVDF压力传感器动态灵敏度的影响不大,但对脉冲推力上升时间的测量结果有影响,选择较小的并联电阻可以获得更逼真的测试信号.     

层叠式PVDF压电作动器及圆柱壳的振动主动控制

设计了一个层叠式PVDF压电作动器用于壳结构的振动控制。考虑压电层、粘接层、壳体耦合关系,推导了表面局部粘贴层叠式PVDF压电作动器的圆柱壳的振动控制方程,给出了作动力与压电层和粘接层层数、厚度之间的关系以及作动力与作动器粘贴位置之间的关系。针对一端固定、另一端自由的圆柱壳,进行了振动控制仿真。结果表明层叠式PVDF压电作动器作动力与作动器层数近似成线性关系,增大作动器层数能有效增大作动力,在低控制电压下能显著抑制圆柱壳振动,作动器周向不完全粘贴时,在径向产生的径向作动力对壳体横向振动控制非常有利。说明了层叠式PVDF压电作动器是一种可用于壳体结构振动并具有良好作动效果的作动器。     

在开阔空间中水对爆炸冲击波的削波作用

用数值方法计算了开阔空间中布置在炸药周围的水对爆炸冲击波的削波作用。计算结果与实验测量数据进行了比较。计算表明 ,在炸药周围布置 1～ 5倍于炸药质量的水可以把爆炸冲击波峰值压力减小17%～ 46 %。