本發(fā)明屬于傳感器檢測(cè)，具體涉及一種pvdf靶標(biāo)內(nèi)嵌應(yīng)力傳感器工作特性檢校系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)：

1、對(duì)混凝土靶標(biāo)在內(nèi)爆、侵徹或外部爆炸載荷作用下內(nèi)部應(yīng)力的動(dòng)態(tài)變化過程進(jìn)行測(cè)試對(duì)于目標(biāo)的易損性性評(píng)估具有重要的意義。使用具有良好動(dòng)態(tài)特性的內(nèi)嵌式pvdf應(yīng)力傳感器進(jìn)行靶標(biāo)內(nèi)部動(dòng)態(tài)應(yīng)力測(cè)試是一種常見的混凝土靶標(biāo)內(nèi)部應(yīng)力測(cè)試手段。準(zhǔn)確獲取pvdf應(yīng)力傳感器的工作特性參數(shù)對(duì)于保證應(yīng)力的準(zhǔn)確測(cè)量具有重要的意義。

2、pvdf應(yīng)力傳感器靜態(tài)特性普遍較差，pvdf由于電荷泄露的存在，靜態(tài)校準(zhǔn)并不適用于pvdf傳感器。目前針對(duì)pvdf傳感器工作特性參數(shù)的校準(zhǔn)多為準(zhǔn)靜態(tài)校準(zhǔn)。準(zhǔn)靜態(tài)校準(zhǔn)為應(yīng)力傳感器常見的一種校準(zhǔn)方式。進(jìn)行準(zhǔn)靜態(tài)校準(zhǔn)時(shí)，通常需要將被檢校傳感器的敏感面安裝在造壓油缸內(nèi)部以保證可以向被校傳感器施加準(zhǔn)靜態(tài)壓力載荷。這要求造壓油缸上需要具有與被檢測(cè)傳感器相匹配的安裝接口。pvdf應(yīng)力傳感器通常使用粘結(jié)的方式固定在安裝支架上，并不具安裝螺紋等緊固結(jié)構(gòu)。除此之外，由于沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，pvdf應(yīng)力傳感器的尺寸與外形并不統(tǒng)一，大部分常見的pvdf應(yīng)力傳感器由于導(dǎo)線連接口的存在，并不是標(biāo)準(zhǔn)的圓形。這導(dǎo)致將pvdf應(yīng)力傳感器難以直接安裝在造壓油缸之內(nèi)，必須根據(jù)pvdf應(yīng)力傳感器的尺寸結(jié)構(gòu)單獨(dú)設(shè)計(jì)加工安裝工裝，甚至是整個(gè)造壓油缸組件。這給pvdf應(yīng)力傳感器的檢測(cè)及校準(zhǔn)帶來了極大的不便，造成了人力物力的浪費(fèi)，大大提高了傳感器校準(zhǔn)所需的時(shí)間以及難度。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提供一種pvdf靶標(biāo)內(nèi)嵌應(yīng)力傳感器工作特性檢校系統(tǒng)及方法。

2、實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為：一種pvdf靶標(biāo)內(nèi)嵌應(yīng)力傳感器工作特性檢校系統(tǒng)，包括設(shè)置在激勵(lì)載荷施加裝置工作平臺(tái)上的造壓油缸，造壓油缸上端設(shè)置連通油缸內(nèi)部的校準(zhǔn)用活塞桿，校準(zhǔn)用活塞桿的安裝平臺(tái)上表面上剛性連接待校準(zhǔn)pvdf應(yīng)力傳感器，待校準(zhǔn)pvdf應(yīng)力傳感器的敏感面上剛性連接橫截面與pvdf應(yīng)力傳感器敏感面相同的傳力質(zhì)量塊，傳力質(zhì)量塊為柱體；校準(zhǔn)用活塞桿的安裝平臺(tái)下表面安裝加速度傳感器，造壓油缸內(nèi)部填充造壓介質(zhì)，造壓油缸側(cè)面具有連通造壓油缸內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器安裝孔，用于安裝標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器；

3、激勵(lì)載荷施加裝置給傳力質(zhì)量塊上表面施加不同幅值的近半正弦的力載荷。

4、進(jìn)一步的，校準(zhǔn)用活塞桿的安裝平臺(tái)的面積大于待校準(zhǔn)pvdf應(yīng)力傳感器敏感面的面積。

5、進(jìn)一步的，待校準(zhǔn)pvdf應(yīng)力傳感器采用膠粘的方式安裝在校準(zhǔn)用活塞桿上端的安裝平臺(tái)上。

6、進(jìn)一步的，標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器的工作頻帶大于造壓油缸內(nèi)壓力信號(hào)的有效頻帶。

7、進(jìn)一步的，同時(shí)設(shè)置多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器，并以多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器測(cè)試結(jié)果的均值作為最終的測(cè)量結(jié)果。

8、進(jìn)一步的，激勵(lì)載荷施加裝置為擺錘式液壓發(fā)生裝置，校準(zhǔn)時(shí)，將安裝好的造壓油缸放置在擺錘式液壓發(fā)生裝置的工作平臺(tái)上；且保證擺錘式液壓發(fā)生裝置的錘頭的落點(diǎn)在校準(zhǔn)用活塞桿的中軸線上；擺錘式液壓發(fā)生裝置通過控制安裝在連桿上的錘頭以不同的高度落下，從而給傳力質(zhì)量塊上表面不同幅值的近半正弦的力載荷。

9、一種采用上述的系統(tǒng)進(jìn)行pvdf靶標(biāo)內(nèi)嵌應(yīng)力傳感器工作特性檢校的方法，包括如下步驟：

10、步驟(1)：通過擺錘式液壓發(fā)生裝置將連桿轉(zhuǎn)動(dòng)到指定角度并放錘；錘頭將在重力的作用下自由擺動(dòng)，最終撞擊在傳力質(zhì)量塊上，在待校準(zhǔn)pvdf傳感器敏感面上產(chǎn)生近半正弦的應(yīng)力載荷，同時(shí)向下的壓力通過待校準(zhǔn)pvdf傳感器傳導(dǎo)到校準(zhǔn)用活塞桿上，校準(zhǔn)用活塞桿壓縮造壓油缸內(nèi)部的造壓介質(zhì)，在造壓油缸中產(chǎn)生一個(gè)近半正弦壓力信號(hào)；

11、步驟(2)：加速度傳感器監(jiān)測(cè)校準(zhǔn)用活塞桿的加速度a(t)，讀取標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器的壓力監(jiān)測(cè)壓力值p(t)，根據(jù)校驗(yàn)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型求解出待校準(zhǔn)pvdf應(yīng)力傳感器所受到的等效應(yīng)力曲線以及待校準(zhǔn)pvdf應(yīng)力傳感器的輸出曲線；

12、步驟(3)：調(diào)節(jié)連桿以及錘頭下落的角度、從而調(diào)節(jié)在待校準(zhǔn)pvdf應(yīng)力傳感器中產(chǎn)生的載荷的大??；通過步驟(2)的方法通過多次試驗(yàn)獲取到待校準(zhǔn)pvdf應(yīng)力傳感器在不同幅值的應(yīng)力載荷激勵(lì)下的輸出曲線；

13、步驟(4)：依靠最小二乘法對(duì)待校準(zhǔn)pvdf應(yīng)力傳感器的受到的等效應(yīng)力與輸出值進(jìn)行擬合得到待校準(zhǔn)pvdf應(yīng)力傳感器的工作特性曲線，并計(jì)算得到待校準(zhǔn)pvdf應(yīng)力傳感器的工作特性參數(shù)指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)pvdf應(yīng)力傳感器工作特性的校準(zhǔn)。

14、進(jìn)一步的，步驟(2)中的動(dòng)力學(xué)模型為：

15、s2σ(t)-s1p(t)-f＝(m1+m2+m3)(a(t)-g)

16、式中，s2為pvdf應(yīng)力傳感器的敏感面面積、s1為校準(zhǔn)用活塞桿的橫截面積、σ(t)為pvdf應(yīng)力傳感器所受的應(yīng)力載荷、p(t)為通過標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器檢測(cè)所得造壓油缸內(nèi)部壓力值，f為校準(zhǔn)用活塞桿移動(dòng)時(shí)受到的阻力，m1為校準(zhǔn)用活塞桿質(zhì)量、m2為pvdf應(yīng)力傳感器質(zhì)量、m3為加速度傳感器質(zhì)量、a(t)為通過加速度傳感器的測(cè)試結(jié)果，g為重力加速度；

17、理想潤滑情況下忽略阻力f的影響，待校準(zhǔn)pvdf應(yīng)力傳感器(4)受到應(yīng)力載荷σ(t)與標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器(2)的監(jiān)測(cè)得到的壓力值p(t)以及加速度傳感器(6)監(jiān)測(cè)得到的加速度a(t)的關(guān)系為：

18、

19、通過上式計(jì)算出pvdf應(yīng)力傳感器(4)受到的等效應(yīng)力曲線以及pvdf應(yīng)力傳感器的輸出曲線。

20、本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于：

21、將pvdf應(yīng)力傳感器安裝在精密活塞桿之上，采用標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器監(jiān)測(cè)pvdf應(yīng)力傳感器受力時(shí)造壓油缸內(nèi)部產(chǎn)生的壓力，并在校準(zhǔn)用活塞桿上安裝加速度傳感器實(shí)現(xiàn)活塞桿加速度監(jiān)測(cè)，從而進(jìn)一步計(jì)算pvdf應(yīng)力傳感器所受的等效應(yīng)力，從而實(shí)現(xiàn)應(yīng)力傳感器的比對(duì)式校準(zhǔn)；這種校準(zhǔn)方式中pvdf應(yīng)力傳感器的安裝靈活方便，且更加接近實(shí)際使用中pvdf傳感器的安裝方式，避免了校準(zhǔn)時(shí)需針對(duì)不同規(guī)格的pvdf應(yīng)力傳感器重新設(shè)計(jì)具有對(duì)應(yīng)安裝接口的造壓油缸，使pvdf應(yīng)力傳感器的校準(zhǔn)更加便捷。

技術(shù)特征：

1.一種pvdf靶標(biāo)內(nèi)嵌應(yīng)力傳感器工作特性檢校系統(tǒng)，其特征在于，包括設(shè)置在激勵(lì)載荷施加裝置工作平臺(tái)上的造壓油缸(1)，造壓油缸(1)上端設(shè)置連通油缸內(nèi)部的校準(zhǔn)用活塞桿(3)，校準(zhǔn)用活塞桿(3)的安裝平臺(tái)上表面上剛性連接待校準(zhǔn)pvdf應(yīng)力傳感器(4)，待校準(zhǔn)pvdf應(yīng)力傳感器(4)的敏感面上剛性連接橫截面與pvdf應(yīng)力傳感器敏感面相同的傳力質(zhì)量塊(5)，傳力質(zhì)量塊(5)為柱體；校準(zhǔn)用活塞桿(3)的安裝平臺(tái)下表面安裝加速度傳感器(6)，造壓油缸(1)內(nèi)部填充造壓介質(zhì)，造壓油缸(1)側(cè)面具有連通造壓油缸(1)內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器安裝孔，用于安裝標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器(2)；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的檢校系統(tǒng)，其特征在于，校準(zhǔn)用活塞桿(3)的安裝平臺(tái)的面積大于待校準(zhǔn)pvdf應(yīng)力傳感器(4)敏感面的面積。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的檢校系統(tǒng)，其特征在于，待校準(zhǔn)pvdf應(yīng)力傳感器(4)采用膠粘的方式安裝在校準(zhǔn)用活塞桿(3)上端的安裝平臺(tái)上。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的檢校系統(tǒng)，其特征在于，標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器(2)的工作頻帶大于造壓油缸(1)內(nèi)壓力信號(hào)的有效頻帶。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的檢校系統(tǒng)，其特征在于，同時(shí)設(shè)置多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器，并以多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器測(cè)試結(jié)果的均值作為最終的測(cè)量結(jié)果。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的檢校系統(tǒng)，其特征在于，激勵(lì)載荷施加裝置為擺錘式液壓發(fā)生裝置(9)，校準(zhǔn)時(shí)，將安裝好的造壓油缸放置在擺錘式液壓發(fā)生裝置(9)的工作平臺(tái)上；且保證擺錘式液壓發(fā)生裝置(9)的錘頭(7)的落點(diǎn)在校準(zhǔn)用活塞桿(3)的中軸線上；擺錘式液壓發(fā)生裝置(9)通過控制安裝在連桿(8)上的錘頭(7)以不同的高度落下，從而給傳力質(zhì)量塊(5)上表面不同幅值的近半正弦的力載荷。

7.一種采用權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的系統(tǒng)進(jìn)行pvdf靶標(biāo)內(nèi)嵌應(yīng)力傳感器工作特性檢校的方法，其特征在于，包括如下步驟：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征在于，步驟(2)中的動(dòng)力學(xué)模型為

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明為一種PVDF靶標(biāo)內(nèi)嵌應(yīng)力傳感器工作特性檢校系統(tǒng)及方法。包括設(shè)置在激勵(lì)載荷施加裝置工作平臺(tái)上的造壓油缸，造壓油缸上端設(shè)置連通油缸內(nèi)部的校準(zhǔn)用活塞桿，校準(zhǔn)用活塞桿的安裝平臺(tái)上表面上剛性連接待校準(zhǔn)PVDF應(yīng)力傳感器，待校準(zhǔn)PVDF應(yīng)力傳感器的敏感面上剛性連接橫截面與PVDF應(yīng)力傳感器敏感面相同的傳力質(zhì)量塊；校準(zhǔn)用活塞桿的安裝平臺(tái)下表面安裝加速度傳感器，造壓油缸側(cè)面具有連通造壓油缸內(nèi)部的標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器安裝孔。本發(fā)明將傳感器安裝在造壓油缸活塞桿上端面，通過敲擊傳感器上的傳力質(zhì)量塊對(duì)傳感器施加載荷，依靠安裝在油缸側(cè)面的標(biāo)準(zhǔn)壓力傳感器監(jiān)測(cè)油缸內(nèi)部產(chǎn)生的壓力幅值計(jì)算應(yīng)力傳感器內(nèi)產(chǎn)生的等效應(yīng)力，實(shí)現(xiàn)PVDF應(yīng)力傳感器的工作特性檢測(cè)。

技術(shù)研發(fā)人員：孔德仁,王傳志,徐春冬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：南京理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19