[發明專利]一種環向動態大應變測量方法及裝置

有效

• 申請號: 201310737647.8
• 申請日: 2013-12-24
• 公開（公告）號: CN103743335B
• 公開（公告）日: 2017-03-29
• 發明（設計）人: 熊琛;李進;李運良;張德志;馬艷軍;秦學軍;王昭;盧強;徐海斌;譚書舜
• 申請（專利權）人: 西北核技術研究所
• 主分類號: G01B7/16
• 分類號: G01B7/16
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司61211
• 代理人: 王少文

技術領域

本發明屬于應變測量方法及裝置，涉及一種環向動態大應變的測量方法及裝置，尤其涉及一種爆炸力學測量領域中容器或殼體的環向動態大應變測量方法及裝置。

背景技術

在爆炸力學領域中，應變測量是極為常見，也是非常重要的應力分析手段，它是材料性能分析、結構設計、安全監護等多項工作的重要依據。電阻應變計是多種應變測量方式中發展最早，應用最為廣泛的測量方式，其具有廣泛的適用環境，包括空間、水中、土中等，也適用于多種測量對象，包括金屬、玻璃、木材、塑料、巖土等。

目前，電阻應變計在準靜態條件下可測得應變值高達20%，而動態條件下，尤其是當應力波與形變發生方向垂直時，僅能測到2%。超過2%時，應變計在垂向應力波作用下與被測對象之間便會出現剝離和脫落，無法實現有效測量。

為此，需要一種動態條件下可測量高應變值的應變測量裝置。

發明內容

本發明提出了一種以合金絲作為敏感導電材料，脈沖恒流源作為前置儀器，示波器作為記錄儀器的環向動態大應變測量裝置，解決了環向動態大應變測量中電阻應變計容易受垂向應力波作用而發生剝離的問題，該測量裝置可以實現上升時間大于120μs，峰值達20%的環向動態大應變測量，應變峰值誤差小于5%。

本發明的技術解決方案為：

一種環向動態大應變測量方法，其特殊之處在于：包括以下步驟：

1】在待測容器的外表面纏繞單路或多路導電細絲；其中的每一路導電細絲纏繞一圈；

2】第一次向導電細絲加載脈沖電流，測量并記錄此時導電細絲上的兩端電壓本底波形；

3】在待測容器的形變激勵源啟動的同時，再次向導電細絲加載脈沖電流，測量并記錄形變過程中導電細絲上的兩端電壓實測波形；

4】由實測電壓波形減去本底波形，得被測容器形變過程中合金絲兩端電壓變化量波形；

5】由變化量波形對應除以本底波形，得合金絲伸長率變化曲線；

6】利用靜態拉伸條件下所得合金絲伸長率和電阻變化率對應公式，得被測容器環向應變曲線。

上述在待測容器的外表面纏繞單路或多路導電細絲具體是采用雙股并行的纏繞方法。

上述第一次向導電細絲加載脈沖電流是采用手動觸發方式；所述再次向導電細絲加載脈沖電流是采用與形變激勵源聯動觸發方式。

一種環向動態大應變測量裝置，其特殊之處在于：

包括激勵單元、測量單元和記錄單元；

所述激勵單元包括脈沖恒流源；

所述測量單元包括合金絲、第一層絕緣膜和安裝件；

所述記錄單元包括匹配電阻和記錄儀器；

所述脈沖恒流源的輸出端、合金絲的其中一個輸出端、匹配電阻的一端電連接；

所述匹配電阻的另一端通過同軸電纜與示波器輸入端電連接；

所述脈沖恒流源的接地端、合金絲的另一個輸出端、同軸電纜的屏蔽層、記錄儀器接地端接地；

所述脈沖恒流源的觸發端口、記錄儀器觸發端口均與待測容器的形變激勵源電連接；

所述合金絲對折后，其對折端套接固定在安裝件上，其并繞的兩個輸出端纏繞在被測容器表面一圈后固定在安裝件上，所述第一層絕緣膜設置在合金絲和被測容器表面之間。

上述安裝件包括基座，所述基座中部設置有將上表面分成左右兩塊的直槽，所述基座上表面左右兩塊上均設置有貫通斜槽，所述合金絲的對折端套接在其中一個斜槽與直槽圍成的凸塊上。

上述測量單元還包括設置在合金絲和安裝件最外層的第二層絕緣膜。

上述合金絲為直徑介于0.4至0.5mm的漆包康銅絲或漆包錳銅絲；所述絕緣膜為0.05mm厚的聚乙烯膜、聚酯樹脂膜、聚酰胺酰亞胺樹脂膜或聚酰亞胺樹脂膜。

上述脈沖恒流源為輸出峰值達9A、持續時間達1ms的脈沖恒流源；所述記錄儀器采用DPO4034型數字示波器，或帶寬達500MHz、采樣率達100MS/s、記錄長度達1MS、垂直分辨率達8Bits的數字示波器。

本發明的優點是：

1、本發明利用合金絲將被測物形變轉換為電阻變化，在脈沖電流加載下最終轉換為電壓信號，從而為環向動態大應變的測量難題提供了一種可行的解決方案，并實現了上升時間大于120μs，峰值達20%的環向動態大應變測量，應變峰值誤差小于5%。

2、本發明所提供的環向動態大應變測量裝置，使用脈沖電流加載方式將電阻信號轉換為電壓信號，而不是常用的惠更斯電橋方式，從而避免了電橋方式下因敏感電阻阻值較小會引起較大誤差的問題。