0 引 言

為了對炸藥在水中爆炸產(chǎn)生的威力進(jìn)行評估,，并提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù),，要有適合于測量用的傳感器，常規(guī)壓力測量用的傳感器是不適用于水中爆炸壓力測量的,。而以電氣石為敏感元件的傳感器則被用于水中爆炸壓力的測量,。由于在水中爆炸壓力的測量中，測量介質(zhì)與常規(guī)測量的不同,，測量環(huán)境比較惡劣,，所以，對傳感器就要有一些特殊的要求,。首先,，水下爆炸的壓力是一個高速變化的過程。所以,，傳感器要有較高的頻率響應(yīng),，以便準(zhǔn)確地捕捉到壓力的快速變化；其次為了減小測量誤差,，提高測試精度,，傳感器要有較強(qiáng)的抗干擾能力；再者,，傳感器是在水中高強(qiáng)度沖擊波的作用下進(jìn)行工作的,，因此，傳感器要有足夠的強(qiáng)度,、良好的密封性能和較強(qiáng)的防腐蝕能力,。傳感器的基本性能指標(biāo)：測量范圍上限為250MPa；測量精度≤2％FS,；上升前沿≤2.5μs,。根據(jù)系統(tǒng)性能指標(biāo)要求，確定了用于水中爆炸壓力測量傳感器的結(jié)構(gòu),，同時,，克服了選材和工藝方面的技術(shù)難題，通過多次裝配試驗(yàn),，經(jīng)過水中爆炸試驗(yàn)測試,，結(jié)果表明：本文作者研制的MCRI型傳感器的各項(xiàng)性能指標(biāo)達(dá)到使用要求,，且具有抗干擾能力強(qiáng)、上升前沿陡峭,、測量壓力范圍寬,、使用方便?？梢杂糜谡ㄋ幩斜▔毫Φ牧?。
1 傳感器的選材及其結(jié)構(gòu)
1.1 敏感元件材料的選擇
敏感元件是傳感器的關(guān)鍵元件，因?yàn)樗鼪Q定著傳感器的原理和特性,。因此,，是傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時首先要考慮的問題。根據(jù)測試對象,，對炸藥在水中爆炸產(chǎn)生的壓力進(jìn)行測量,，故采用壓電式壓力傳感器。所以,，敏感元件選用壓電晶體,，壓電晶體種類較多，如,，石英,、電氣石、鈮酸鋰,、鋯鈦酸鉛,、鈦酸鋇等，根據(jù)幾種常用的壓電晶體性能,，由于電氣石晶體具有體壓電效應(yīng)的特點(diǎn),，而且，國內(nèi)外在對炸藥在水中爆炸產(chǎn)生的壓力進(jìn)行測試時,，均采用電氣石晶體作為壓電式壓力傳感器的敏感元件,，所以，敏感元件材料選擇電氣石晶體,。
1.2 傳感器的結(jié)構(gòu)及工作原理
水中爆炸壓力傳感器的結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

該傳感器以具有壓電效應(yīng)的電氣石為敏感元件，內(nèi)部填充硅油,，采用高絕緣密封膠進(jìn)行密封,。工作時，將傳感器放入水下離爆炸源一定的距離,，當(dāng)炸藥爆炸后產(chǎn)生的壓力通過水,，以沖擊波的形式向各個方向傳播，電氣石晶體將感受到的壓力信號轉(zhuǎn)換成的電信號,，從而實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換,。
2 傳感器的性能檢測
2.1 傳感器的靜態(tài)標(biāo)定
（1）標(biāo)定設(shè)備：傳感器的校準(zhǔn)設(shè)備為JS-2500（250MPa）活塞壓力計(jì),；準(zhǔn)確度等級為0.02。
（2）標(biāo)定方法：采用加載法,，每個傳感器預(yù)壓3遍后開始校準(zhǔn),，校準(zhǔn)3次取平均值，按最小二乘直線法計(jì)算得出傳感器的靜態(tài)靈敏度,、非線性靜態(tài)標(biāo)定結(jié)果見表1。

由表1標(biāo)定的結(jié)果得出：MCRI傳感器的非性為1.36％．靈敏度為26.12pC/MPa,。
2.2 動態(tài)標(biāo)定
（1）標(biāo)定設(shè)備：美國PCB公司913B02型水動力脈沖標(biāo)定裝置（含內(nèi)裝電荷放大器的136A型標(biāo)準(zhǔn)傳感器）,。
（2）標(biāo)定方法：采用比較校準(zhǔn)落球標(biāo)定法，將傳感器按照靜態(tài)靈敏度配置模塊式電荷放大器,，然后,，與標(biāo)準(zhǔn)傳感器同時安裝在標(biāo)定接頭上，將鋼球從不同的高度自由下落,，撞擊高壓液壓裝置中的活塞,，產(chǎn)生的半正弦波壓力（也是一種脈沖壓力）經(jīng)過液壓油傳遞給傳感器，以參考傳感器為基準(zhǔn),。將被校傳感器的曲線與標(biāo)準(zhǔn)傳感器的曲線進(jìn)行幅值和波形一致性的校準(zhǔn),，求得傳感器的動態(tài)校準(zhǔn)非線和靈敏度。傳感器的動態(tài)標(biāo)定結(jié)果見表2,。

由表2的結(jié)果可以得出：傳感器的非線性為0.17％,；平均靈敏度為123.76mV/MPa。
由靜態(tài)和動態(tài)標(biāo)定得到的傳感器的非線性值不一樣,，這是因?yàn)楫?dāng)傳感器的絕緣電阻不是很高時,，在靜態(tài)標(biāo)定中，由于加載時間較長,，傳感器會產(chǎn)生一定的零漂,，從而影響傳感器的線性指標(biāo)；另外,，動態(tài)標(biāo)定使用的設(shè)備,，由于密封的問題，標(biāo)定只能到達(dá)29MPa的壓力,，遠(yuǎn)低于量程上限,，所以，動態(tài)標(biāo)定的非線性比靜態(tài)標(biāo)定的非線性指標(biāo)高,。
3 水池試驗(yàn)
（1）試驗(yàn)條件：水池直徑為85m,，深度為15m；爆炸源為RS211,，重量為1.01kg,；傳感器安裝深度為5m,，離爆炸源水平距離為3m。
（2）試驗(yàn)方法：試驗(yàn)時,，將研制的傳感器及測試系統(tǒng)與美國PCB公司的138型激波傳感器和專用的信號采集裝置同時進(jìn)行測量對比,。試驗(yàn)波形曲線如圖2所示。傳感器的爆炸沖擊波能及氣泡能測試測試數(shù)據(jù)見表3,。

從傳感器的沖擊波能及氣泡能測試波形曲線,，得到MCRI 5#，MCRI 6#的沖擊波形上升前陡峭,，抗干擾能力強(qiáng),，與美國PCB公司生產(chǎn)的 PCB138-1傳感器測量結(jié)果的比較，獲得的沖擊波波形基本一致,?？傊蓽y試結(jié)果可以證時：獲得的沖擊波波形基本一致,?？傊蓽y試結(jié)果可以證明：整個測試系統(tǒng)的動態(tài)測試具有抗干擾能力強(qiáng),、強(qiáng)度高,、測量壓力范圍寬。
4 結(jié)束語
通過對研制的MCRI型傳感器進(jìn)行靜態(tài),、動態(tài)壓力的標(biāo)定及水池試驗(yàn),，與美國PCB公司同類產(chǎn)品進(jìn)行比對的結(jié)果表明：該水中爆炸壓力傳感器的設(shè)計(jì)方案正確，上升前沿,、靈敏度,、精度等技術(shù)指標(biāo)達(dá)到使用要求，且使用方便,、節(jié)約成本,，適合于水中爆炸壓力的測量。