組合式錳銅壓力測量計、采用其的測定裝置及其制備方法與流程

本發明涉及測量領域，尤其是測量裝置領域，具體為一種組合式錳銅壓力測量計、采用其的測定裝置及其制備方法。本發明作為一種新的、組合式壓力計，其能夠實現對測量中不同沖擊波運動位置的多點狀態測定，具有較好的應用前景。

背景技術：

炸藥的沖擊起爆一直是爆轟學領域非常令人關注的研究課題，其主要研究炸藥中傳播的沖擊波逐步發展，并轉化為爆轟波的過程。炸藥在生產加工、貯存、運輸及使用過程中發生的誤爆，也與炸藥的沖擊起爆密切相關。研究炸藥的沖擊起爆過程對于研究其起爆機理、安全性能，均有非常重要的意義；同時，對炸藥的應用，包括各類武器彈藥的發展，也具有重要的實際意義。

為了獲得更豐富、更準確、更可靠的試驗數據，國內外許多學者對炸藥沖擊起爆試驗方法進行了大量、深入的研究。測量方法從電探針、石英計、高速攝影技術，到錳銅壓力計、電磁粒子速度計的應用，測試精度和時間分辨率越來越高，測試數據也趨于更豐富。

當前，錳銅壓力計是一種應用于炸藥沖擊起爆實驗較為廣泛的設備。然而，現有的錳銅壓力計由于是單計，所以每發試驗只能獲得一個數據點；為了獲得受試炸藥的沖擊起爆性能，需要進行多發試驗，試驗成本較高。

因此，迫切需要一種新的裝置或設備，以解決上述問題。

技術實現要素：

本發明的發明目的在于：針對目前現有的錳銅壓力計只能實現單點測定，每發試驗只能獲得一個數據點，在進行受試炸藥的沖擊起爆性能測試時，需要進行多發試驗，試驗成本較高的問題，提供一種組合式錳銅壓力測量計、采用其的測定裝置及其制備方法。本發明提供一種小型高幅值壓力測量技術，其通過沖擊波過后物質的壓力狀態的測量表征沖擊波狀態，能夠用于研究炸藥沖擊起爆過程，且能在單發實驗中測量不同沖擊波運動位置多點的壓力狀態等特性。同時，本發明制備的組合式壓力計具有體積小、響應靈敏、測量壓力高、成本低等優點，具有較高的應用價值和應用前景，對于受試炸藥起爆性能的研究具有重要的意義。

為了實現上述目的，本發明采用如下技術方案：

一種組合式錳銅壓力測量計，包括聚四氟乙烯層、氟化乙丙烯層、組合壓力測量片，所述組合壓力測量片由至少兩個錳銅測量片組成，所述錳銅測量片上分別設置有電源線引腳、信號線引腳，所述錳銅測量片并列設置且互不相連，所述錳銅測量片設置在聚四氟乙烯層內，所述氟化乙丙烯層為兩組且分別設置在聚四氟乙烯層外側，所述聚四氟乙烯層、氟化乙丙烯層構成封裝材料層。

所述組合壓力測量片由兩至十個錳銅測量片組成。

所述錳銅測量片的阻值相同且阻值為1~500Ω。

所述錳銅測量片的阻值為30~50Ω。

采用前述組合式錳銅壓力測量計的測定裝置，包括下端面炸藥層、上端面炸藥層、組合式錳銅壓力測量計，所述下端面炸藥層沿豎直方向的剖面呈直角三角形，所述組合式錳銅壓力測量計設置在下端面炸藥層的斜面上，所述上端面炸藥層沿豎直方向的剖面呈倒直角三角形且上端面炸藥層與下端面炸藥層相配合。

前述組合式錳銅壓力測量計的制備方法，包括如下步驟：

（1）根據阻抗匹配，確定組合壓力測量片中單個錳銅測量片敏感段的阻值，根據錳銅測量片的阻值、長度設計相應錳銅測量片的寬度，完成組合壓力測量片的設計；

（2）將平整干凈的錳銅箔放入激光雕刻機進行雕刻，制備出組合壓力測量片；

（3）在真空條件下，將氟化乙丙烯熔融后，再在外壓下將組合壓力測量片設置于氟化乙丙烯內，然后將氟化乙丙烯的外層與聚四氟乙烯層粘結在一起，實現組合式錳銅壓力測量計在無粘結劑條件下的封裝，從而在組合壓力測量片上形成氟化乙丙烯層，并在氟化乙丙烯層上形成聚四氟乙烯層，封裝完成后，自然冷卻，即得產品。

所述步驟3中，真空度為0.1~100Pa。

針對前述問題，本發明提供一種組合式錳銅壓力測量計、采用其的測定裝置及其制備方法。在一個具體實例中，該組合式錳銅壓力測量計采用如下步驟制成。首先，為了保證壓力計與電纜之間有良好的阻抗匹配，防止出現電纜的始、終端出現反射干擾，將組合式壓力計中每個敏感段的阻值設計成50Ω，然后根據阻值、每個敏感段的長度設計相應的寬度，采用繪圖軟件（如AutoCAD）將設計好的組合壓力計繪圖。然后，將10μm厚的錳銅箔進行平整并清潔干凈，將設計圖紙輸入激光雕刻機，采用錳銅箔雕刻組合式壓力計。其中，組合壓力測量片由至少兩個錳銅測量片組成，且錳銅測量片上分別設置有電源線引腳、信號線引腳。再在高溫下，將組合壓力計封裝材料內層的氟化乙丙烯熔融，使之具有粘結作用；在壓力作用下，使氟化乙丙烯內與雕刻完成的錳銅元件（即本發明的組合壓力測量片）粘結，另一面粘結聚四氟乙烯，實現無粘結劑情況下的自我封裝；封裝要求在真空度小于一百帕條件下進行；封裝壓力計完成后，為避免熱脹冷縮對組合壓力計造成的危害，通過保壓使封裝完成的組合式壓力計自然冷卻，要求在封裝過程中確保組合式壓力計周圍沒有封入空氣。在封裝時，采用純凈水循環冷卻系統使熱壓機隔熱板以外的溫度不超過50℃，以減小對熱壓機其他元器件的高溫危害。該實例中，制作完成的組合式壓力計的厚度大約為110μm。

本發明中，該組合式錳銅壓力測量計包括聚四氟乙烯層、氟化乙丙烯層、組合壓力測量片，組合壓力測量片由至少兩個錳銅測量片組成，錳銅測量片上分別設置有電源線引腳、信號線引腳，錳銅測量片并列設置且互不相連。錳銅測量片組成的組合壓力測量片設置在聚四氟乙烯層內，氟化乙丙烯層為兩組且分別設置在聚四氟乙烯層外側，聚四氟乙烯層、氟化乙丙烯層構成封裝材料層。作為優選，組合壓力測量片由三至六個錳銅測量片組成。

傳統錳銅壓力計為單計設計，本發明制備的壓力計為組合式壓力計，通過將多個錳銅測量片進行組合，并封裝成為一個整體，從而使得本發明的組合式錳銅壓力測量計能在一發沖擊起爆試驗中，即可獲得沖擊波發展不同距離處的壓力剖面，有效節約試驗成本，消除不同發試驗之間的加工、安裝誤差。

同時，為了保證壓力計與電纜之間有良好的阻抗匹配，防止出現電纜的始、終端出現反射干擾，本發明將組合式壓力計中每個敏感段的阻值設計成相同阻值，并根據阻值、每個敏感段的長度設計相應的寬度，并將設計圖紙輸入激光雕刻機進行雕刻，制作出高精度的錳銅測量片。另外，為避免熱脹冷縮對組合壓力計造成的危害，本發明將通過保壓使封裝完成的組合式壓力計自然冷卻。

與現有技術相比，本發明具有如下優點：1）在一發試驗中，能測量不同沖擊波運動位置處的多點壓力狀態，實現多點測量；2）本發明的測量精度高，測量數據重復性好，壓力測量誤差不大于7%，具有極高的測定精度；3）本發明在0.9GPa~9.6 GPa的測量壓力范圍內，計的響應時間小于200ns，靈敏度高；4）本發明的組合式錳銅壓力測量計的體積小巧，厚度能控制在110μm，測量部分的平面尺寸小于20×25mm²，計的總體尺寸小于50×60mm²；5）實驗成本低，通過一發試驗即可獲得不同沖擊波運動位置處的壓力剖面。

綜上所述，本發明首次設計出具有多個錳銅測量片的組合壓力測量片，并通過采用激光雕刻技術、熱壓封裝技術、絕緣封裝設計，成功的實現了組合式、體積小、成本低、精度相對較高的組合式錳銅壓力計的制備。本發明對于受試炸藥的沖擊起爆性能測試，具有重要的應用價值，值得大規模推廣和應用。

附圖說明

本發明將通過例子并參照附圖的方式說明，其中：

圖1為本發明中組合式錳銅壓力測量計的結構示意圖。

圖2為圖1的A-A向剖視圖。

圖3為實施例1中測定裝置的結構示意圖。

圖4為圖3的B-B向剖視圖。

圖5為實施例1中組合式壓力計獲得的壓力剖面信號圖。

具體實施方式

本說明書中公開的所有特征，或公開的所有方法或過程中的步驟，除了互相排斥的特征和/或步驟以外，均可以以任何方式組合。

本說明書中公開的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個特征只是一系列等效或類似特征中的一個例子而已。

實施例1

本實施例中，組合式錳銅壓力測量計采用如下步驟制備而成。

（1） 首先根據阻抗匹配，確定組合式壓力計中每個敏感段的阻值為50Ω，然后根據阻值、每個敏感段的長度設計相應的寬度，采用AutoCAD將設計好的組合壓力計繪圖。本實施例中，采用五個錳銅測量片并列設置。

（2） 將10μm厚的錳銅箔進行平整并清潔干凈，將設計圖紙輸入激光雕刻機，采用錳銅箔雕刻組合式壓力計。雕刻完成的結構，如圖1所示；其中，1a/1b、2a/2b、3a/3b、4a/4b、5a/5b是組合式壓力計上每個單計的電源線引腳，用以接入電流源的正負極；1c/1d、2c/2d、3c/3d、4c/4d、5c/5d是組合式壓力計上每個單計的信號線引腳，用以連接電纜接入示波器。

（3） 在高溫下，將組合壓力計封裝材料內層的氟化乙丙烯熔融，使之具有粘結作用，在壓力作用下，使其一面與雕刻完成的錳銅元件粘結，另一面粘結聚四氟乙烯，實現無粘結劑情況下的自我封裝，封裝要求在真空度小于一百帕條件下進行。同時，采用純凈水循環冷卻系統使隔熱板以外的溫度不超過50℃，減小對熱壓機其他元器件的高溫危害。封裝壓力計完成后，為避免熱脹冷縮對組合壓力計造成的危害，通過保壓使封裝完成的組合式壓力計自然冷卻，要求在封裝過程中確保組合式壓力計周圍沒有封入空氣，組合式錳銅壓力計完成后的結構如圖2所示。

（4） 將下端面炸藥層、上端面炸藥層、組合式錳銅壓力測量計共同組成測量裝置；其中，下端面炸藥層沿豎直方向的剖面呈直角三角形，組合式錳銅壓力測量計設置在下端面炸藥層的斜面上，上端面炸藥層沿豎直方向的剖面呈倒直角三角形且上端面炸藥層與下端面炸藥層相配合。圖3、圖4給出了采用這種組合式錳銅壓力計研究炸藥沖擊起爆性能時所采用的實驗裝置圖。

首先，將受試炸藥加工成圖中顯示的炸藥A和炸藥B的形狀，然后將兩塊受試炸藥、組合式錳銅壓力計按圖所示的方式進行安裝。將組合式錳銅壓力計與電流源和信號電纜連接，當向受試炸藥中傳入如圖所示的平面沖擊波時，就可以通過組合式錳銅壓力記錄沖擊波運動不同距離處的壓力剖面。

圖5給出了采用本發明的組合式壓力計研究JBO-9021炸藥在6.7GPa初始沖擊壓力下的沖擊起爆性能時獲得的沖擊波運動不同距離時的壓力剖面。圖5中，從左至右依次為1~5號樣品。實驗結果能夠看出，隨著沖擊波子在受試炸藥中運動距離的增加，炸藥中的壓力不斷上升，直到沖擊波達到4~5#錳銅計時，JBO-9021炸藥實現爆轟。JBO-9021炸藥在6.7GPa初始沖擊壓力下的沖擊轉爆轟距離為8~9mm。根據獲得的數據可進一步獲得受試炸藥的Pop關系和化學反應率方程參數。

實施例2

本實施例中，組合式錳銅壓力測量計采用如下步驟制備而成。

（1） 首先根據阻抗匹配，確定組合式壓力計中每個敏感段的阻值為60Ω，然后根據阻值、每個敏感段的長度設計相應的寬度，采用AutoCAD將設計好的組合壓力計繪圖。本實施例中，采用六個錳銅測量片并列設置。

（2） 將10μm厚的錳銅箔進行平整并清潔干凈，將設計圖紙輸入激光雕刻機，采用錳銅箔雕刻組合式壓力計。其中，單個錳銅測量片的兩端分別設置有電源線引腳，用以接入電流源的正負極；單個錳銅測量片的兩端還設置有信號線引腳，用以連接電纜接入示波器。

（3） 在高溫下，將組合壓力計封裝材料內層的氟化乙丙烯熔融，使之具有粘結作用，在壓力作用下，使其一面與雕刻完成的錳銅元件粘結，另一面粘結聚四氟乙烯，實現無粘結劑情況下的自我封裝，封裝要求在真空度小于一百帕條件下進行。同時，采用純凈水循環冷卻系統使隔熱板以外的溫度不超過50℃，減小對熱壓機其他元器件的高溫危害。封裝壓力計完成后，為避免熱脹冷縮對組合壓力計造成的危害，通過保壓使封裝完成的組合式壓力計自然冷卻，要求在封裝過程中確保組合式壓力計周圍沒有封入空氣。

（4）分別將受試炸藥加工成下端面炸藥層、上端面炸藥層，下端面炸藥層、上端面炸藥層沿豎直方向的剖面分別呈直角三角形。組裝時，依次從下至上設置下端面炸藥層、組合式錳銅壓力測量計、上端面炸藥層，下端面炸藥層倒置設置且與上端面炸藥層相配合，得到測定裝置。

將該測定裝置對受試炸藥進行測試，其在0.9GPa~9.6 GPa的測量壓力范圍內，計的響應時間在50~100ns范圍內，靈敏度高。

本發明并不局限于前述的具體實施方式。本發明擴展到任何在本說明書中披露的新特征或任何新的組合，以及披露的任一新的方法或過程的步驟或任何新的組合。