本發(fā)明涉及金屬減振降噪技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種振動傳感器的減沖裝置及其制備方法。

背景技術(shù)：

三軸向振動傳感器能夠同時測量一個測點相互正交的X、Y、Z三個方向的振動信號，在軍事和航空航天領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。

導彈或火箭的發(fā)動機是一個非常巨大的振源，它在提供飛行動力的同時，也引起噪聲和機體結(jié)構(gòu)的振動，一級艙段和二級艙段分離時，還會產(chǎn)生高量級的沖擊環(huán)境，這都會影響到機體結(jié)構(gòu)、機載測試設(shè)備的安全與壽命。安裝在級間段的振動傳感器和其它測試設(shè)備在承受這些大量級振動和沖擊的同時，還要保證正確地測試出環(huán)境的參數(shù)。

目前彈/箭上使用的振動傳感器能夠抗受的沖擊環(huán)境為12000g～15000g，這主要是由于振動傳感器敏感芯體內(nèi)部的鍵合工藝決定的。但是隨著航空航天領(lǐng)域探索外部環(huán)境的深入，彈/箭上配套振動傳感器承受的環(huán)境條件越來越惡劣，大量級的振動條件和高量級的沖擊條件越來越多，例如某型號的的沖擊響應(yīng)譜已達到20000g(具體沖擊響應(yīng)譜見圖4)，這是常規(guī)振動傳感器無法通過的試驗條件。也即新一代導彈要求的環(huán)境條件為20000g，這會破壞掉振動傳感器內(nèi)部的鍵合工藝，導致振動傳感器無法進行振動參數(shù)的正確測量。

針對新一代武器型號提出的大沖擊試驗條件，為滿足振動傳感器繼續(xù)在原有型號上配套使用，直觀的想法是重新研制新型的抗高沖擊類振動類傳感器芯片，但是由于目前國內(nèi)外新型的振動傳感器最高沖擊響應(yīng)譜量級只能達到18000g左右，且體積較大，不能滿足20000g沖擊試驗的條件，即使根據(jù)目前的技術(shù)水平，重新研制的芯片能夠達到該沖擊條件，也需要較長的研制周期，會嚴重影響彈/箭的發(fā)射進度。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

(一)要解決的技術(shù)問題

本發(fā)明一種振動傳感器的減沖裝置及其制備方法，利用減沖裝置減小對振動傳感器的沖擊以解決常規(guī)振動傳感器不能滿足高量級沖擊試驗的問題。

(二)技術(shù)方案

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種振動傳感器的減沖裝置，所述減沖裝置包括依次上下間距設(shè)置的三層板，上層板與中間層板通過垂直穿過上層板和中間層板的板面的第一固定組件固定連接，下層板與中間層板通過垂直穿過中間層板和下層板的板面的第二固定組件固定連接；

其中，所述第一固定組件與所述第二固定組件錯位設(shè)置。

進一步地，所述三層板上下依次為上層鋁板、中層板和底層鋁板，其中，所述中層板包括依次上下契合的第一鋁片、第一銅片、玻璃布片、第二銅片、第二鋁片。

進一步地，所述減沖裝置的三層板上下依次對齊設(shè)置，且每層板均為大致矩形結(jié)構(gòu)，所述第一固定組件包括兩個第一螺釘，所述第二固定組件包括兩個第二螺釘，兩個所述第一螺釘分別靠近中間板的兩相對側(cè)邊設(shè)置，兩個所述第二螺釘分別靠近中間板的另兩相對側(cè)邊設(shè)置。

進一步地，所述第一螺釘和第二螺釘?shù)谋砻娓采w有防止螺釘松動的粘結(jié)膠。

進一步地，所述上層鋁板與所述中層板之間的空隙以及所述中層板與所述底層鋁板之間的空隙分別填充有灌封膠。

進一步地，所述上層鋁板和底層鋁板的材質(zhì)為7A04型號的硬鋁，所述第一鋁片和所述第二鋁片的材質(zhì)為2A12型號的鋁，所述第一銅片和第二銅片的材質(zhì)為QBe2型號的鈹青銅，所述玻璃布片的材質(zhì)為F3248型號的環(huán)氧酚醛玻璃布。

進一步地，所述第一鋁片和所述第二鋁片的厚度為0.5mm，所述第一銅片和第二銅片的厚度為0.5mm，所述玻璃布片的厚度為1mm。

進一步地，所述上層鋁板的外緣連接有第一安裝孔，所述底層鋁板的外緣連接有第二安裝孔，所述第一安裝孔用于與振動傳感器連接，所述第二安裝孔用于與待測設(shè)備連接，且所述第一安裝孔與所述第二安裝孔呈錯位設(shè)置。

作為本發(fā)明的另一方面，本發(fā)明還提供了一種振動傳感器的減沖裝置的制備方法，具體為：

將第一鋁片、第一銅片、玻璃布片、第二銅片、第二鋁片順次上下契合裝配完成，作為呈大致矩形形狀的中層板；

將上層鋁板與中間板采用穿過兩板面的兩個第一螺釘固定連接，將下層鋁板與中間層板采用穿過兩板面的兩個第二螺釘固定連接，其中，兩個第一螺釘分別靠近中間板的兩個相對的側(cè)邊設(shè)置，且第一螺釘位于其靠近的側(cè)邊的長度方向的中間部位設(shè)置，兩個第二螺釘分別靠近中間板的另兩個相對的側(cè)邊設(shè)置，且第二螺釘位于其靠近的側(cè)邊的長度方向的中間部位，第一螺釘和第二螺釘?shù)谋砻嬖谑褂脮r預(yù)先涂抹型號為914的粘結(jié)膠；

將組裝完成的裝置靜置2小時，待型號為914的粘結(jié)膠風干后，在所述上層鋁板與中層板之間的空隙以及中層板與底層鋁板之間的空隙灌封型號為DC-184的灌封膠；

將灌封后的裝置放到溫箱內(nèi)，在60℃的溫度下固化10～12小時，灌封膠充分固化后取出裝置。

(三)有益效果

本發(fā)明的上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點：本發(fā)明提供的振動傳感器的減沖裝置及其制備方法，減沖裝置用于箭/彈本體與振動傳感器安裝面之間，可以在不改變原有傳感器的結(jié)構(gòu)形式以及不影響振動傳感器正確測量振動信號的前提下減弱了高沖擊信號對振動傳感器的沖擊能量，從而滿足高量級沖擊試驗的條件；其研制和生產(chǎn)周期短，且可以配套現(xiàn)有的振動傳感器使用，所以制品和已經(jīng)生產(chǎn)完畢的振動傳感器產(chǎn)品均可以正常交付，不用做廢品處理，可以為航天型號節(jié)省時間和大量成本。

本發(fā)明振動傳感器的減沖裝置主要用于航空航天型號彈/箭配套振動傳感器，或結(jié)構(gòu)相似的傳感器或精密儀器使用，并能夠保證這些傳感器或儀器在受到振動、沖擊時不致?lián)p壞而保持其應(yīng)有的技術(shù)技能及精度。這種裝置在航天工業(yè)上具有相當重要的作用。

除了上面所描述的本發(fā)明解決的技術(shù)問題、構(gòu)成的技術(shù)方案的技術(shù)特征以及有這些技術(shù)方案的技術(shù)特征所帶來的優(yōu)點之外，本發(fā)明的其他技術(shù)特征及這些技術(shù)特征帶來的優(yōu)點，將結(jié)合附圖作出進一步說明。

附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例振動傳感器的減沖裝置的俯視圖；

圖2是本發(fā)明實施例振動傳感器的減沖裝置的側(cè)視圖；

圖3是本發(fā)明實施例振動傳感器的減沖裝置的沖擊信號衰減原理圖；

圖4是沖擊環(huán)境為20000g的沖擊響應(yīng)譜。

圖中：1：上層鋁板；21：第一螺釘，22：第二螺釘；3：灌封膠；4：中層板，41：第一鋁片，42：第一銅片，43：玻璃布片，44：第二銅片，45：第二鋁片；5：底層鋁板；61：第一安裝孔，62：第二安裝孔，71：沖擊信號，72：輸出信號，73：金屬結(jié)構(gòu)。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明的一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動的前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

此外，在本發(fā)明的描述中，除非另有說明，“多個”、“多根”、“多組”的含義是兩個或兩個以上，“若干個”、“若干根”、“若干組”的含義是一個或一個以上。

如圖1、2所示，本發(fā)明實施例提供的振動傳感器的減沖裝置，所述減沖裝置包括依次上下間距設(shè)置的三層板，相鄰板層之間通過錯位設(shè)置的固定組件固定連接，為了方便描述，定義連接上層板與中間層板的固定組件為第一固定組件，定義連接下層板與中間層板的固定組件為第二固定組件。具體而言，如圖2所示，第一固定組件垂直穿過上層板和中間層板的板面將其固定為一體，第二固定組件垂直穿過中間層板和下層板的板面將其固定為一體，且第一固定組件和第二固定組件為錯位設(shè)置。

可以理解的是，第一固定組件和第二固定組件為錯位設(shè)置的意思是，第一固定組件和第二固定組件與中間板的連接位置不在垂直于板面的同一直線上。

本實施例振動傳感器的減沖裝置內(nèi)的沖擊信號從上層板通過第一固定組件傳遞到中層板上，傳遞到中層板的信號從第一固定組件的位置傳遞到第二固定組件的位置，再通過第二固定組件傳遞到下層板上，由于第一固定組件和第二固定組件呈錯位設(shè)置，所以信號的傳遞過程中信號傳遞方向由豎直方向轉(zhuǎn)變?yōu)樗椒较蛟俎D(zhuǎn)換為豎直方向，這樣信號就經(jīng)過了兩次衰減。根據(jù)如圖3所示的沖擊信號的衰減原理圖，沖擊信號71在金屬結(jié)構(gòu)72內(nèi)每經(jīng)過90°方向的轉(zhuǎn)變后，信號的能量都會相應(yīng)的衰減，本實施例振動傳感器的減沖裝置正是基于這種思想，通過合理增加信號的彎折路徑，從而將沖擊信號的能量控制到一個理想的量級。圖3中標號73表示的是輸出信號。

本實施例振動傳感器的減沖裝置，可以應(yīng)用于箭/彈本體與振動傳感器安裝面之間，在不改變原有安裝狀態(tài)的前提下，保證了振動傳感器的正常工作。

本實施例振動傳感器的減沖裝置的使用，極大地消弱了振動傳感器承受的沖擊信號能量，避免了整機結(jié)構(gòu)遭到破壞，保證了低頻振動信號的正確測量，同時，振動傳感器無需重新研制，在制品和已經(jīng)生產(chǎn)完畢的產(chǎn)品均可以正常交付，為航天工業(yè)高密度發(fā)射節(jié)省了寶貴的時間和大量成本。

如圖2所示，作為一種優(yōu)選的實施例，本實施例減沖裝置的第一固定組件和第二固定組件均為2個螺釘，為了方便描述，分別定義為第一螺釘和第二螺釘。

作為一種優(yōu)選的實施方式，所述減沖裝置包括依次上下間距的上層鋁板1、中層板4和底層鋁板5，其中，所述中層板4包括依次上下設(shè)置的第一鋁片41、第一銅片42、玻璃布片43、第二銅片44、第二鋁片45。

第一螺釘21垂直穿過上層鋁板1和中層板4的板面將上層鋁板1和中層板4固定連接，第二螺釘22垂直穿過中層板4和底層鋁板5的板面將中層板4和底層鋁板5固定連接，其中，優(yōu)選的，如圖2所示，兩個第一螺釘21分別靠近中間板4的兩個相對的側(cè)邊設(shè)置，且第一螺釘21位于其靠近的側(cè)邊的長度方向的中間部位設(shè)置，兩個第二螺釘22分別靠近中間板的另兩個相對的側(cè)邊設(shè)置，且第二螺釘22位于其靠近的側(cè)邊的長度方向的中間部位。

可以理解的是，第一螺釘21和第二螺釘22分別設(shè)置在相對側(cè)邊上，這樣可以將其固定的兩層結(jié)構(gòu)采用相對側(cè)固定的方式牢固固定。

中層板4由5層不同材料的薄板疊合而成，利用不同的材料阻尼特性不同，通過多種材料的相互契合來調(diào)整該減沖裝置諧振峰的位置和幅值大小。

其中，經(jīng)過試驗，優(yōu)選的上層鋁板1和底層鋁板5采用的材料是硬鋁7A04,該材料輕、工藝性好，且具有較高的強度，對整個裝置提供支撐和保護。第一銅片42和第二銅片44的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)相同均采用0.5mm厚的鈹青銅材料，牌號為QBe2；該材料是一種沉淀硬化型合金，具有很高的強度、硬度、彈性極限和疲勞極限，彈性滯后小，并具有耐磨、耐低溫、耐腐蝕等優(yōu)點，它對整個結(jié)構(gòu)的阻尼特性和諧振峰形狀都有較大的影響。玻璃布片43采用的是1mm厚的環(huán)氧酚醛玻璃布層壓板，牌號為F3248；該材料具有附著力強、耐酸堿、控沖擊強度高、耐磨擦等優(yōu)點，非常適合減沖裝置使用，使用該材料主要是用來降低減沖裝置的諧振峰幅值大小，使用該環(huán)氧玻璃布板后，本裝置的諧振峰幅值可以降低到2倍左右。第一鋁片41和第二鋁片45的結(jié)構(gòu)和材質(zhì)相同，其厚度為0.5mm，材料采用鋁2A12；兩層鋁板的作用是用來調(diào)節(jié)諧振峰的位置，可以將諧振峰調(diào)到理想的頻率段，通過以上材料組配后，本減沖裝置X向的諧振峰在1200Hz，Y、Z向諧振峰在900Hz左右，這樣既保證了200Hz以內(nèi)低頻信號的完好無損，又大大消弱了2000Hz以后的信號能量。

采用上述材質(zhì)的三層板制備的振動傳感器的減沖裝置，結(jié)構(gòu)形式簡單，具有耐低溫、耐高溫、耐油脂、不老化、環(huán)境適應(yīng)性強、使用壽命長、安裝方式簡單方便等優(yōu)點。

作為一種加強板層之間的優(yōu)選實施方式，所述螺釘?shù)谋砻娓采w有防止松動的914膠。所述上層鋁板與所述中層板之間的空隙、所述中層板與所述底層鋁板之間的空隙分別設(shè)置填充有型號為DC-184的灌封膠3(圖2中剖線部分除了第一螺釘和第二螺釘外均為灌封膠)。

可以理解的是，層和層之間的空隙采用灌封膠3進行灌封，用來防止螺釘松動并增加該結(jié)構(gòu)的阻尼特性。

為了實現(xiàn)減沖裝置的連接，如圖1所示，所述上層鋁板1的外緣連接有第一安裝孔61，所述底層鋁板5的外緣連接有第二安裝孔62，所述第一安裝孔61用于與振動傳感器連接，所述第二安裝孔62用于與待測設(shè)備連接，且所述第一安裝孔61與所述第二安裝孔62呈錯位設(shè)置。

優(yōu)選的減沖裝置的兩個安裝孔與傳感器安裝孔的尺寸和大小完全相同，這樣無需彈/箭總體組裝單位更改彈體上的安裝尺寸，振動傳感器和減沖裝置可以通過兩個M3×10的螺釘穿過振動傳感器的安裝孔以及第一安裝孔61安裝固定。減沖裝置上的第一安裝孔61和第二安裝孔62為錯位設(shè)計，安裝操作互不影響。

振動傳感器帶上本實施例減沖裝置后軸向(X向，上下的高度方向)只高出18mm，Y向平移了6mm，質(zhì)量增加37g左右，不影響彈/箭整機的結(jié)構(gòu)和其它測量儀器儀表的正常工作。且該裝置結(jié)構(gòu)簡單，體積小巧，便于安裝使用。

下面給出本實施例振動傳感器的減沖裝置的振動臺的掃頻驗證、沖擊試驗驗證以及高低溫下頻響曲線驗證：

振動臺的掃頻驗證:

使用該減沖裝置(樣機)在振動臺上進行10g，5-5000Hz的掃頻試驗。振動臺上和減沖裝置上各放置一個BK的標準傳感器，振動臺上傳感器作為控制，減沖裝置上傳感器作為測試，將兩個傳感器的輸出進行比對，從測試結(jié)果可以看到，該裝置可以將2KHz以上信號進行大幅衰減，對于200Hz以下信號經(jīng)過該裝置后幾乎沒有改變。校驗振動傳感器帶減沖裝置前、后的動態(tài)頻響特性，測試結(jié)果顯示帶裝置前、后的測試數(shù)據(jù)基本一致，說明該裝置對振動傳感器的低頻振動信號沒有影響，傳感器可以附帶該減沖裝置使用。

沖擊試驗驗證：

將配帶有該減沖裝置(樣機)的振動傳感器再次進行圖4的沖擊試驗，整個試驗過程中通電檢測，測試結(jié)果顯示，試驗中及試驗后振動傳感器的各項性能指標均工作正常，產(chǎn)品的外觀沒有任何變化，說明配帶該減沖裝置后，振動傳感器可以承受20000g的高沖擊量級。

高低溫下頻響曲線驗證

使用該減沖裝置(樣機)隨振動傳感器分別在高低溫環(huán)境下進行振動試驗，溫度點設(shè)置為常溫(25℃±5℃)、低溫(-40℃)、低溫(-55℃)和高溫(60℃)，每個溫度點保溫一個小時后再進行振動試驗，振動試驗為10g，5-400Hz的掃頻試驗，分別測試振動傳感器X向、Y向和Z向的頻響特性，測試結(jié)果顯示，各個溫度點下傳感器的頻響曲線基本一致，說明傳感器在高低溫環(huán)境下的動態(tài)特性輸出正常，可以進行正常的測試。

通過以上試驗驗證，說明配帶該減沖裝置的振動傳感器，不僅可以在導彈分離的大沖擊環(huán)境下正常工作，而且在航天型號經(jīng)常面臨的高低溫環(huán)境下也可以正常工作，驗證了該減沖裝置的環(huán)境適應(yīng)性。

綜上所述，本實施例振動傳感器的減沖裝置具有較輕的質(zhì)量、較強的剛度和硬度，適應(yīng)型號高、低溫，高沖擊，強振動等試驗條件且能保證振動傳感器的各項性能指標正常輸出。

本發(fā)明實施例還提供了制作上述振動傳感器的減沖裝置的制備方法，具體步驟如下：

將第一鋁片、第一銅片、玻璃布片、第二銅片、第二鋁片順次上下裝配完成，作為中層板。

將上層鋁板與中間板采用穿過兩板面的兩個第一螺釘固定連接，將下層鋁板與中間層板采用穿過兩板面的兩個第二螺釘固定連接，其中，兩個第一螺釘分別靠近中間板的兩個相對的側(cè)邊設(shè)置，且第一螺釘位于其靠近的側(cè)邊的長度方向的中間部位設(shè)置，兩個第二螺釘分別靠近中間板的另兩個相對的側(cè)邊設(shè)置，且第二螺釘位于其靠近的側(cè)邊的長度方向的中間部位，第一螺釘和第二螺釘?shù)谋砻嬖谑褂脮r預(yù)先涂抹型號為914的粘結(jié)膠。

將組裝完成的裝置靜置2小時，待型號為914的粘結(jié)膠風干后，在所述上層鋁板與中層板之間的空隙以及中層板與底層鋁板之間的空隙灌封型號為DC-184的灌封膠。

將灌封后的裝置放到溫箱內(nèi)，在60℃的溫度下固化10～12小時，灌封膠充分固化后取出裝置，并去除表面多余物便可成形。

最后應(yīng)說明的是：以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。