[發明專利]一種測定微尺度裝藥爆轟波陣面曲率的MEMS壓電式傳感器

有效

• 申請號: 202010635028.8
• 申請日: 2020-07-04
• 公開（公告）號: CN111780908B
• 公開（公告）日: 2021-04-27
• 發明（設計）人: 趙玉龍;劉元;張國棟;任煒;韋學勇;李慧;余旺;張一中
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G01L5/14
• 分類號: G01L5/14
• 代理公司: 西安智大知識產權代理事務所 61215
• 代理人: 賀建斌

一種測定微尺度裝藥爆轟波陣面曲率的MEMS壓電式傳感器，包括基底，基底上濺射有下層輸出電極及下層焊盤，下層輸出電極與下層焊盤通過下層導線連接，構成下層輸出層；下層輸出層上旋涂并固化形成PVDF?TrFE薄膜層，對PVDF?TrFE薄膜層進行硅油浴極化，通過離子刻蝕得到PVDF?TrFE敏感元件，構成PVDF?TrFE壓電層；PVDF?TrFE壓電層上濺射有上層輸出電極及上層焊盤，上層輸出電極與上層焊盤通過上層導線連接，構成上層輸出層；下、上層輸出電極采用上下軸向對齊的布置方式；下、上層焊盤采用由下層導線、上層導線連接并垂直的布置方式；上層輸出層上涂覆有保護層；該傳感器具有敏感元件尺寸小、精度高、多點采集等特點，適用于多種測試條件下微尺度裝藥爆轟波陣面曲率的測量。

技術領域

本發明屬于壓電式傳感器技術領域，具體涉及一種測定微尺度裝藥爆轟波陣面曲率的MEMS壓電式傳感器。

背景技術

隨著國防科技應用的需要，傳統火工品技術融入微機電系統技術、微納含能材料技術等高新技術從而形成了以序列集成化、換能信息化、結構微型化為主要特點的新型火工品，國內將具有此類特征火工品稱之為第四代火工品。與傳統火工品相比，新型火工品在設計與應用過程中通常包含微尺度裝藥條件下含能材料的能量傳遞和響應特性的問題，因此新型火工品在設計與起爆過程中存在與傳統火工品不一致的新理論與新現象，其中微尺度裝藥條件下爆轟波陣面曲率測試成為了一項亟待解決的關鍵問題。爆轟波陣面曲率的研究可以表征微尺度裝藥條件下火工品的輸出能力，加速新型火工品研制，促進微小型火工品爆轟規律研究，并對微尺度裝藥下爆轟波理論提供指導，因此具有重要的研究意義。

爆轟波在實際爆轟傳遞中為非一維平面波，波面曲率受裝藥種類、裝藥密度、裝藥直徑、裝藥長徑比、約束條件等多個因素影響。爆轟理論有多種爆轟模型對爆轟波陣面曲率進行量化描述，但都存在一定的局限性，常用的爆轟模型有C-J爆轟模型、Z-N-D爆轟模型、W-K爆轟模型等。C-J模型和Z-N-D模型屬于理想一維爆轟模型，它們假設定常爆轟波陣面的形狀是平面；W-K模型為非理想爆轟模型，W-K模型本質上是Z-N-D模型的二維拓展，因此這些理論模型都不適用于推導微尺度裝藥條件下的爆轟波陣面曲率。

現有的爆轟波陣面曲率測試方法，主要有高速攝影法和光纖法。高速攝影法是以分幅照相機高速掃描的方式記錄爆轟波陣面沿裝藥方向的發光軌跡，通過對發光軌跡的分析計算得到爆轟波陣面曲率，但其存在測試系統復雜昂貴、數據處理繁瑣的局限，使其不能廣泛應用于微尺度裝藥爆轟波陣面曲率測試。光纖法爆轟波陣面曲率測試是以安裝在爆轟波陣面前沿的多個光纖探頭接收到一定強度的光功率的時間差來確定爆轟波位置-時間的關系，進一步計算得出爆轟波陣面曲率，其方法存在以下問題，首先光纖需要基于藥柱軸向固定，導致光纖徑向端口位置難以精確定位，光纖位置具有不可重復性，影響數據精度；其次炸藥的透明度、裝藥的均勻度、光纖長度等因素都對光功率信號采集都有一定影響。

綜上所述，基于理論研究與實際應用的需要，設計制造一種能夠精確測定微尺度裝藥爆轟波陣面曲率的傳感器是非常必要的。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的是提供一種測定微尺度裝藥爆轟波陣面曲率的MEMS壓電式傳感器，該傳感器具有敏感元件尺寸小、精度高、輸出信號大、多點采集等特點，并采用MEMS柔性化制造工藝，適用于多種測試條件下微尺度裝藥爆轟波陣面曲率的測量。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案為：