爆炸瞬变温度场中目标物体热剂量测量装置及测量方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了爆炸瞬变温度场中目标物体热剂量测量装置及测量方法，目的是解决现有测量装置和方法中存在的易受电磁干扰、系统复杂、需电测设备辅助、精度不足的缺点。装置由密封壳体、受热面板、n

【技术实现步骤摘要】
爆炸瞬变温度场中目标物体热剂量测量装置及测量方法
本专利技术属于温度检测领域，涉及一种物体目标在瞬变温度场中受热测量装置。更具体的，涉及一种利用记忆合金弹簧热变形特性对物体目标在爆炸温度场中热剂量进行检测的测量装置。
技术介绍
常规炸药爆炸的毁伤效应主要有冲击波超压、爆炸产物以及热效应等。目前，国内外针对凝聚相炸药研究的重点是冲击波毁伤效应以及破片损伤，但对高能凝聚相炸药爆炸后产生热辐射作用的研究较少。造成这一现象的原因有以下两个方面：一是冲击波有效作用范围比热辐射作用距离大；二是由于凝聚相炸药反应的时间极短，相应的热作用没有累积效应，无法产生热辐射毁伤，测试条件恶劣，测试手段受环境影响较大，难以进行可行测试。现有热效应毁伤准则有热通量准则、热剂量准则以及热通量-热剂量准则，由于爆炸瞬态温度场热效应作用时间短，因此采用热剂量准则进行热效应毁伤评估更为合理。目前，爆炸温度场热剂量测量装置主要为电学传感器，包括光纤测温传感器、荧光测温传感器、热电偶测温传感器等，具有易受冲击波损坏、测温系统布设复杂、受环境条件影响(例如光源、空气密度等环境条件)等缺点。对应于现有热剂量测温装置，爆炸温度场热剂量测试方法主要为电学传感器对温度场参数进行测量，在计算分析得到爆炸温度场特点，按照传感器与温度场接触特点，电学传感器测温方法分为两种：接触测温法和非接触测温法。接触测温法是指利用热电偶进行测温，热电偶测温过程中，需要传感器直接接触目标，传感器产生热传导，根据热力学平衡定律，冷端和热端达到平衡时，检测元件输出电信号。接触法测温方法主要运用的是热传导和热交换，由热力学第一定律得到，达到热平衡时检测元件的温度就可以看作被测介质的温度。由于需要接触待测物体，在瞬变高温测试中，热电偶易受电磁干扰，且对于爆炸温度场，热电偶还无法实现抗冲击波破坏。非接触测温法方法主要为红外辐射测温，根据红外辐射基本定律的原理对温度进行测量。爆炸产生的火球向四周发射的红外辐射携带温度信息，与火球表面自身的温度存在着精确的定量关系，可通过红外辐射基本定律推导。通过测量火球发射的红外辐射能量，能够准确计算出火球的实际温度及其温度场分布，从而进一步分析其热毁伤效应。但是测量结果受被测目标发射率影响而无法测得真实温度，而且无法测量高温空气等透明物体，且存在测量系统建设成本高、需要使用光源进行主动测量，这样会增加测试复杂程度，且对环境条件要求高。综上所述，现有爆炸温度场热剂量电学测温方法至少存在如下技术问题：1.接触测温法中现有电测传感器法存在易受干扰、测试系统成本高、测量后处理程序繁琐、安装过程和传感器自身影响测试结果等难题。2.非接触测温法中受环境、待测目标发射率影响较大，且存在测量系统建设成本高、需要使用光源进行主动测量(增加测试复杂程度和环境条件)。形状记忆合金是一种具有超弹性、高阻尼特性、线电阻特性(形状记忆合金电阻和温度呈线性关系)的新型材料，其弹性模量与温度变化呈现正相关性质。按其加热变形特征，形状记忆合金可分为三类：(1)单程记忆合金。指合金在较低的温度下变形，加热后可恢复变形前形状。这种只在加热过程中存在记忆效应的合金称为单程记忆合金。(2)双程记忆合金。指合金在加热时恢复高温相形状，冷却时又恢复低温相形状，称为双程记忆合金。(3)全程记忆合金。合金在加热时恢复高温相形状，冷却时变成形状相同而取向相反的低温相形状，称为全程记忆合金。单程形状记忆合金弹簧在温度场中响应速度快，受热变形与温度变化具有定量关系，设计不同材料成分，不同奥氏体温度、不同弹簧尺寸可以得到多种温度-形变曲线，以便于制作不同量程、不同灵敏度系数的记忆合金热通量传感器，形状记忆合金弹簧由形状记忆合金丝制作而成，因此两者具有相同的热变形情况。根据已有文献数据，形状记忆合金弹簧变形与温度存在定量关系，并根据热剂量与温度之间的函数关系反推得到热效应参数热剂量。目前尚无公开文献涉及采用形状记忆合金弹簧制作爆炸瞬变温度场中目标物体热剂量测量装置的技术方案。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种爆炸瞬变温度场中目标物体热剂量测量装置及测量方法，该测量装置基于形状记忆合金热变形特性，解决现有测量装置和测量方法中存在的易受电磁干扰、测试系统复杂等难题和需电测设备辅助测试、测试精度不足的缺点。该测量装置结构简单、成本低且可重复使用、抗电磁干扰能力强、结果后处理方便、测量精度高、可用于不同地域条件下瞬变温度场快速定量测量，为温度场热剂量测量提供一种新的参考选择。技术方案是：结合爆炸热效应特点，本专利技术选用单程形状记忆合金作为热剂量传感器的核心构件。由于线状记忆合金丝的伸缩范围有限，不利于爆炸温度场中的高温环境，因此本专利技术采用记忆合金弹簧作为装置的敏感元件，扩大伸缩范围，进而扩大热剂量传感器测定量程。本专利技术利用形状记忆合金弹簧热变形特性将热效应中的热剂量参数定量转化为弹簧变形量，从而实现对爆炸热效应的快速定量测量。此外，单程形状记忆合金弹簧受热变形后结构稳定，爆炸温度场消散后不会回弹，便于测定变形长度，且可重复性利用，节约试验成本，非常适用于需要回收的测量爆炸温度场特性的无源传感器。本专利技术爆炸瞬变温度场中物体热剂量测量装置由密封壳体、受热面板、n3根导热金属管、绝热构件、n3根形状记忆合金弹簧组成。形状记忆合金弹簧采用单程形状记忆合金制备，沿导热金属管长度方向放置于导热金属管内部，形状记忆合金弹簧与导热金属管同轴。密封壳体用于装载形状记忆合金弹簧、受热面板、导热金属管、绝热构件，为长方体型，长度L1满足120mm≤L1≤150mm；宽度W1满足100mm≤W1≤150mm；高度H1满足50m≤H1≤80m；壁厚t1满足2mm≤t1≤5mm；密封壳体底部用以固定导热金属管，密封壳体底部厚度满足密封壳体采用高强金属制成，要求材料满足：屈服强度σ1>120MPa，密度ρ1>1g/cm3，导热系数λ1≤20W/m·K。基本原则是在爆炸冲击波作用下不变形，即对内部结构起到保护作用；具有较好的隔热性能，能够避免其他方向热流对温度测定带来误差。受热面板用于接收传感器上表面传导的瞬态温度场热流，形状为矩形，覆盖在导热金属管上表面，其长度L2满足L2＝L1-2×t1；宽度W2满足W2＝W1-2×t1；厚度H2满足H2≤H1，优选30mm≤H2≤50mm。受热面板材料为高强度金属，要求材料满足：屈服强度σ2>100MPa，密度ρ2>1g/cm3，导热系数λ2≥50W/m·K。基本原则是在爆炸冲击波作用下不变形，对内部导热金属管和形状记忆合金弹簧不产生挤压变形；且受热面板材料具有较好的导热性能，保证形状记忆合金弹簧能够有效感受受热面板的传导热量。受热面板厚度H2可以根据材料强度做调整，若材料强度大于200MPa，H2可适当降低，满足20mm≤H2≤30mm；若材料强度小于100MPa，H2可适当调高，满足50mm≤H2≤60mm。导热金属管用于装载和固定记忆合金弹簧，为薄壁空心方形金属管，其长度L3满足L3＝L本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种爆炸瞬变温度场中目标物体热剂量测量装置，其特征在于：爆炸瞬变温度场中物体热剂量测量装置由密封壳体(1)、受热面板(2)、n

【技术特征摘要】
1.一种爆炸瞬变温度场中目标物体热剂量测量装置，其特征在于：爆炸瞬变温度场中物体热剂量测量装置由密封壳体(1)、受热面板(2)、n3根导热金属管(3)、绝热构件(4)、n3根形状记忆合金弹簧(5)组成；n3根形状记忆合金弹簧(5)分别沿导热金属管(3)长度方向放置于n3个导热金属管(3)中，形状记忆合金弹簧(5)与导热金属管(3)同轴，记忆合金弹簧(5)伸缩方向和导热金属管(3)长度方向一致；
密封壳体(1)用于装载形状记忆合金弹簧(5)、受热面板(2)、导热金属管(3)、绝热构件(4)，为长方体型，长度为L1，宽度为W1，高度为H1，壁厚为t1；密封壳体(1)底部用以固定导热金属管(3)，密封壳体(1)底部厚度为密封壳体(1)采用的金属要求在爆炸冲击波作用下不变形，且避免其他方向热流对温度测定带来误差；
受热面板(2)用于接收传感器上表面传导的瞬态温度场热流，形状为矩形，覆盖在导热金属管(3)上表面，其长度L2满足L2＝L1-2×t1；宽度W2满足W2＝W1-2×t1；厚度H2满足H2≤H1；受热面板(2)材料为金属，要求满足在爆炸冲击波作用下不变形，对内部导热金属管(3)和形状记忆合金弹簧(5)不产生挤压变形，且导热性能满足形状记忆合金弹簧(5)感受受热面板(2)的传导热量；
导热金属管(3)用于装载和固定记忆合金弹簧，为薄壁空心方形金属管，其长度L3满足L3＝L2；导热金属管(3)外壁宽度W3和高度H3满足W3＝H3<H1-H2；导热金属管(3)数量n3满足n3×W3≤0.8×W2；导热金属管(3)采用的材料要求保证导热金属管(3)在冲击波作用下不发生塑性变形，且能够对爆炸温度场热流产生衰减，导热金属管(3)内壁光滑；
绝热构件(4)用于隔绝相邻导热金属管(3)之间温度场相互影响，避免带来测量误差，绝热构件(4)分布于相邻导热金属管(3)间隔部位和导热金属管(3)底部与密封壳体(1)底部之间；分布于相邻导热金属管(3)间隔部位的矩形块称为第一绝热构件(41)，分布于导热金属管(3)底部与密封壳体(1)底部之间的方形板称为第二绝热构件(42)；第一绝热构件(41)的长度L4满足L4＝L3，宽度W4和高度H4满足W4＝H4＝0.8×W3＝0.8×H3，第一绝热构件(41)数量n4满足n4＝n3+1；第二绝热构件(42)长度满足宽度满足高度满足第一绝热构件(41)和第二绝热构件(42)均采用绝热材料，要求保证单根导热金属管(3)不受到相邻金属管以及外壳带来的温度测量误差；
形状记忆合金弹簧(5)采用单程记忆合金制备，用于转换温度场参数为弹簧形变，形状记忆合金弹簧(5)的材料要求马氏体相变温度TM满足80℃≤TM≤120℃，在热效应作用下形状记忆合金弹簧(5)产生收缩变形。


2.如权利要求1所述的炸瞬变温度场中目标物体热剂量测量装置，其特征在于：密封壳体(1)长度L1满足120mm≤L1≤150mm；宽度W1满足100mm≤W1≤150mm；高度H1满足50m≤H1≤80m；壁厚t1满足2mm≤t1≤5mm；密封壳体(1)底部厚度满足


3.如权利要求1所述的炸瞬变温度场中目标物体热剂量测量装置，其特征在于：受热面板(2)的厚度H2满足30mm≤H2≤50mm。


4.如权利要求3所述的炸瞬变温度场中目标物体热剂量测量装置，其特征在于：若受热面板(2)的材料强度大于200MPa，受热面板(2)的厚度H2满足20mm≤H2≤30mm；若受热面板(2)的材料强度小于100MPa，H2满足50mm≤H2≤60mm。


5.如权利要求1所述的炸瞬变温度场中目标物体热剂量测量装置，其特征在于：导热金属管(3)外壁宽度W3和高度H3满足W3＝H3≤30mm；管壁厚度t3满足3mm≤t3≤5mm。


6.如权利要求1所述的炸瞬变温度场中目标物体热剂量测量装置，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：林玉亮，韩国振，祁子真，张玉武，陈荣，李志斌，梁民族，李翔宇，卢芳云，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43