球面激波产生方法
【专利摘要】本发明的球面激波产生方法与装置以及形成的压力传感器动态校准装置三个技术方案，属于激波产生、压力传感器动态校准【技术领域】，该球面激波产生方法是在空间利用激光照射加热干冰块瞬间转化为CO2气体并膨胀产生球面激波；产生装置有：单片机或计算机系统及其控制的弹射机构、激光机构、测速机构、高速摄像机构和干冰块；动态校准装置还包括校准机构的标准压力传感器、被校准压力传感器、信号线缆、数据采集机构；以球面激波作校准机构的信号源，经标准与被校准压力传感器进行测量比对，得出被校准压力传感器的动态校准结果；本发明的方法与装置优点有：方法创新，在空间形成了理想的球面激波；动态校准装置优点有：便于溯源，能提高动态校准精度。
【专利说明】球面激波产生方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开的球面激波产生方法属于激波产生【技术领域】及压力传感器动态校准
【技术领域】，具体涉及的是一种在空间产生理想球面激波的方法及压力传感器动态校准装 置。
【背景技术】
[0002] 在火炮膛压测试及爆炸冲击波超压测试等压力动态测试领域中，被测的压力信号 具有上升时间短、峰值高、脉冲宽度窄等特点，这对测试所用的压力传感器性能指标提出了 很高的要求。在实际测试之前，须对压力传感器进行动态校准，动态校准可以衡量压力传感 器的动态性能指标，对于整个测试是非常有益的。
[0003] 以信号的特点可将动态校准方法所产生的压力信号分为两类：一是阶跃压力信 号，常用的校准装置为激波管；二是准S函数脉冲压力信号，常用的校准装置有高静压下 准δ函数脉冲压力校准装置、落锤校准装置等。
[0004] 激波管校准法是公认的压力传感器动态校准的可靠方法之一，激波管校准装置是 利用激波管内部高压室与低压室间的压差使两室之间的膜片破裂，高压室气体迅速进入低 压室形成激波，激波在管内传播，在测量段用于压力传感器的动态校准。由于激波管校准装 置是以破膜方式产生激波，阶跃压力信号上升沿时间较长，且激波管产生的激波为平面波。
[0005] 本发明利用激光照射加热干冰，在空间中产生近似理想的球面激波，该球面激波 产生的阶跃压力信号上升沿时间较短。利用大脉冲能量激光器照射加热悬于半空中的干冰 块，使干冰块瞬间转化为C0 2气体并膨胀产生球面激波；另外，为了不使干冰块的自身动能 影响球面激波而采用坚直向上发射干冰块的方法，待干冰块静止时再对其照射加热。如此 方法产生的C0 2气体激波更加接近于理想的球面激波，且该球面激波产生的阶跃压力信号 上升沿时间更短，应用于压力传感器校准的效果更好。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是：向社会提供球面激波产生方法及其产生装置，以及基于球面激 波产生方法形成的压力传感器动态校准装置三个技术方案。
[0007] 本发明的技术方案包括球面激波产生方法及其产生装置，以及基于球面激波产生 方法形成的压力传感器动态校准装置三部分。
[0008] 本发明关于球面激波产生方法的技术方案是这样的：这种球面激波产生方法，技 术特点在于：所述的球面激波产生方法是在空间利用激光照射加热干冰块瞬间转化为C0 2 气体并膨胀产生球面激波的方法。
[0009] 根据以上所述的球面激波产生方法，技术特点还有：所述的球面激波产生方法是 由单片机系统或计算机系统控制弹射机构对空间坚直向上发射干冰块，并当干冰块向上速 度为零的瞬间控制激光机构发出激光对准干冰块照射加热，干冰块迅速气化膨胀在空间 产生或形成近似理想的球面激波，在干冰块静止时对其照射加热从原理上保证了能产生球 面激波。
[0010] 根据以上所述的球面激波产生方法，技术特点还有：所述的单片机系统或计算机 系统控制的弹射机构的详细结构是利用气枪发射弹丸撞击可制冷的承载杆，干冰块置于圆 柱形承载杆上端，承载杆保持温度不高于干冰块的温度，保证了干冰块形状为规则球形，由 撞击产生的应力波将干冰块向上弹射，弹丸与承载杆选用钢材质、形状同为圆柱形、圆截面 积相等且截面半径R选择1厘米~1. 5厘米、圆柱长度L选择5厘米飞.5厘米。
[0011] 根据以上所述的球面激波产生方法，技术特点还有：所述的单片机系统或计算机 系统控制的激光机构是单片机系统或计算机系统控制的一台钇铝石榴石晶体激光器，即 Nd:YAG激光器，该激光器型号如是TITAN 5,在干冰块向上的速度为零的瞬间控制该钇铝石 榴石晶体激光器发射一单脉冲能量大于5焦耳、脉冲持续时间小于25纳秒的激光束，单脉 冲能量大于5焦耳、脉冲持续时间小于25纳秒两项技术指标可保证干冰块瞬间气化。
[0012] 根据以上所述的球面激波产生方法，技术特点还有：所述的单片机系统或计算机 系统控制发射的干冰块形状为球形，半径R选择6. 2毫米飞.8毫米，发射初速度V选择4. 43 米/秒飞.42米/秒，发射初速度决定了干冰块能够上升的高度。
[0013] 根据以上所述的球面激波产生方法，技术特点还有：a.所述的单片机系统或计算 机系统还控制有1?速摄像机构，该机构由1?速摄像机为主构成，该1?速摄像机记录速度大 于100000帧/秒，此外还有控制高速摄像机动作的控制器，镜头带有一系列同心圆环形刻 度，圆环形刻度用于测量球面激波的波速，镜头中心距离弹射机构承载杆上端的高度选择 为1米~1. 5米，此高度由干冰块发射初速度确定，目的是保证干冰块能静止于高速摄像机 镜头中心的位置，根据公知公用的牛顿运动学定律，忽略干冰块向上运动时所受的空气阻 力，干冰块所受唯一的外力为其重力，由公式：v t2=2gh，可知：初速度vt为4. 43米/秒时对 应高度h为1米，初速度vt为5. 42米/秒时对应高度h为1. 5米，公式中g为重力加速度， 发射初速度、高度与在发射前的情况对应统一。b.所述的单片机系统或计算机系统还控制 有测速机构，该机构由受控制的超声波测速仪为主构成，该超声波测速仪测量干冰块向上 飞行速度，当干冰块向上速度为零时发送反馈信号给单片机系统或计算机系统，单片机系 统或计算机系统接收到反馈信号后立即控制激光机构发射激光照射干冰块。
[0014] 关于球面激波产生方法采用的球面激波产生装置的技术方案是这样的：这种球面 激波产生装置，技术特点在于：所述的球面激波产生装置包括有：单片机系统或计算机系 统及其控制的弹射机构、激光机构、测速机构、高速摄像机构和干冰块。
[0015] 根据以上所述的球面激波产生装置，详细技术特点还有：a.所述的单片机系统或 计算机系统控制的弹射机构的详细结构是利用气枪发射弹丸撞击可制冷的承载杆，干冰块 置于圆柱形承载杆上端，承载杆保持温度不高于干冰块的温度，保证了干冰块形状为规则 球形，由撞击产生的应力波将干冰块向上弹射，弹丸与承载杆选用钢材质、形状同为圆柱 形、圆截面积相等且截面半径R选择1厘米~1. 5厘米、圆柱长度L选择5厘米飞.5厘米。 b.所述的单片机系统或计算机系统控制的激光机构是单片机系统或计算机系统控制的一 台钇铝石榴石晶体激光器，即Nd:YAG激光器，该激光器型号如是TITAN 5,在干冰块向上的 速度为零的瞬间控制该钇铝石榴石晶体激光器发射一单脉冲能量大于5焦耳、脉冲持续时 间小于25纳秒的激光束，单脉冲能量大于5焦耳、脉冲持续时间小于25纳秒两项技术指标 可保证干冰块瞬间气化。c.所述的单片机系统或计算机系统还控制有高速摄像机构，该机 构由高速摄像机为主构成，该高速摄像机记录速度大于100000巾贞/秒，此外还有控制高速 摄像机动作的控制器，镜头带有一系列同心圆环形刻度，圆环形刻度用于测量球面激波的 波速，镜头中心距离弹射机构承载杆上端的高度选择为1米~1. 5米，此高度由干冰块发射 初速度确定，目的是保证干冰块能静止于高速摄像机镜头中心的位置，根据公知公用的牛 顿运动学定律，忽略干冰块向上运动时所受的空气阻力，干冰块所受唯一的外力为其重力， 由公式：v t2=2gh，可知：初速度vt为4. 43米/秒时对应高度h为1米，初速度vt为5. 42米 /秒时对应高度h为1. 5米，公式中g为重力加速度，发射初速度、高度与在发射前情况对应 统一。d.所述的单片机系统或计算机系统控制发射的干冰块形状为球形，半径R选择6. 2 毫米飞.8毫米，发射初速度v选择4. 43米/秒飞.42米/秒，发射初速度决定了干冰块能 够上升的高度。e.所述的单片机系统或计算机系统还控制有测速机构，该机构由受控制的 超声波测速仪为主构成，该超声波测速仪测量干冰块向上飞行速度，当干冰块向上速度为 零时发送反馈信号给单片机系统或计算机系统，单片机系统或计算机系统接收到反馈信号 后立即控制激光机构发射激光照射干冰块。
[0016] 关于球面激波产生方法形成的压力传感器动态校准装置的技术方案是这样的：这 种球面激波产生方法形成的压力传感器动态校准装置，技术特点在于：所述的球面激波产 生方法形成的压力传感器动态校准装置包括有：单片机系统或计算机系统及其控制的弹射 机构、激光机构、测速机构、高速摄像机构、干冰块、校准机构，其中校准机构包括：标准压力 传感器、被校准压力传感器、信号线缆、数据采集机构，采用单片机系统或计算机系统控制 弹射机构对空间坚直向上发射干冰块，当干冰块向上速度为零的瞬间控制激光机构发射激 光对准干冰块照射加热，干冰块迅速气化膨胀在空间产生或形成近似理想的球面激波，作 为校准机构的压力传感器动态校准的阶跃压力信号源，输入阶跃压力信号给标准压力传感 器、被校准压力传感器并进行测量比对、数据采集机构采集记录两传感器输出信号，完成被 校准压力传感器的动态校准。根据公知公用的压力传感器动态校准方法和规定程序进行本 压力传感器的动态校准：以标准压力传感器输出的压力信号作为输入信号，以被校准压力 传感器输出的压力信号作为输出信号，对输入信号与输出信号分别做快速傅里叶变换，将 输出信号的快速傅里叶变换结果与输入信号的快速傅里叶变换结果求比值，得到被校准压 力传感器的动态传递函数，得到其动态校准结果。
[0017] 根据以上所述的压力传感器动态校准装置，详细技术特点还有：a.所述的单片机系 统或计算机系统控制的弹射机构的详细结构是利用气枪发射弹丸撞击可制冷的承载杆，干冰 块置于圆柱形承载杆上端，承载杆保持温度不高于干冰块的温度，保证了干冰块形状为规则 球形，由撞击产生的应力波将干冰块向上弹射，弹丸与承载杆选用钢材质、形状同为圆柱形、 圆截面积相等且截面半径R选择1厘米~1. 5厘米、圆柱长度L选择5厘米飞.5厘米。b.所 述的单片机系统或计算机系统控制的激光机构是单片机系统或计算机系统控制的一台钇铝 石榴石晶体激光器，即Nd:YAG激光器，该激光器型号如是TITAN 5,在干冰块向上速度为零的 瞬间控制该钇铝石榴石晶体激光器发射一单脉冲能量大于5焦耳、脉冲持续时间小于25纳 秒的激光束，单脉冲能量大于5焦耳、脉冲持续时间小于25纳秒两项技术指标可保证干冰块 瞬间气化。c.所述的单片机系统或计算机系统还控制有高速摄像机构，该机构由高速摄像机 为主构成，该高速摄像机记录速度大于100000巾贞/秒，此外还有控制高速摄像机动作的控制 器，镜头带有一系列同心圆环形刻度，圆环形刻度用于测量球面激波的波速，镜头中心距离弹 射机构承载杆上端的高度选择为1米~1.5米，此高度由干冰块发射初速度确定，目的是保证 干冰块能静止于高速摄像机镜头中心的位置，根据公知公用的牛顿运动学定律，忽略干冰块 向上运动时所受的空气阻力，干冰块所受唯一的外力为其重力，由公式：v t2=2gh，可知：初速 度vt为4. 43米/秒时对应高度h为1米，初速度vt为5. 42米/秒时对应高度h为1. 5米， 公式中g为重力加速度，发射初速度、高度与在发射前情况对应统一。d.所述的单片机系统 或计算机系统控制发射的干冰块形状为球形，半径R选择6. 2毫米飞.8毫米，发射初速度v 选择4.43米/秒飞.42米/秒，发射初速度决定了干冰块能够上升的高度。e.所述的单片 机系统或计算机系统还控制有测速机构，该机构由受控制的超声波测速仪为主构成，该超声 波测速仪测量干冰块向上飞行速度，当干冰块向上速度为零时发送反馈信号给单片机系统或 计算机系统，单片机系统或计算机系统接收到反馈信号后立即控制激光机构发射激光照射干 冰块。f.所述的校准机构的标准压力传感器选择压电式压力传感器或压阻式压力传感器;所 述的被校准压力传感器是压电式压力传感器或压阻式压力传感器。g.所述的校准机构的数 据采集机构选择由计算机与数据采集卡、电荷校准仪，以及操作系统与数据处理软件配套组 合结构，计算机与数据采集卡、电荷校准仪作为硬件，操作系统与数据处理软件作为软件，硬 件软件结合使用，完成传感器数据的采集、记录、显示及分析，当传感器选择压电式压力传感 器时使用电荷校准仪进行信号匹配并送入数据采集卡采集记录，当传感器选择压阻式压力传 感器时，输出信号直接送入数据采集卡采集记录。
[0018] 本发明的球面激波产生方法及产生装置优点有：1.在空间形成了理想的球面激 波；2.方法创新，产生的球面激波接近真实爆炸冲击波。本发明的球面激波产生方法形成 的压力传感器动态校准装置优点有：便于溯源，能提高动态校准精度。这种球面激波产生方 法及产生装置，以及球面激波产生方法形成的压力传感器动态校准装置值得采用和推广。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 本发明的说明书附图共有8幅： 图1为球面激波产生装置结构示意图，其中干冰块未弹射； 图2为球面激波产生装置结构示意图，其中干冰块向上弹射； 图3为球面激波产生装置结构示意图，其中干冰块向上运动速度为0,此时激光照射加 热干冰块； 图4为球面激波产生装置结构示意图，干冰块气化形成球面激波； 图5为球面激波产生装置结构框图； 图6为弹射机构详细结构示意图； 图7为校准机构详细结构示意图，其中405为球面激波打在压力传感器敏感面上形成 的阶跃压力信号，此信号作为压力传感器动态校准的输入信号，阶跃压力信号横坐标为时 间，单位为微秒μ s，纵坐标为压力，单位为兆帕MPa ; 图8为高速摄像机镜头圆环形刻度示意图，单位为毫米_。
[0020] 在各图中采用了统一标号，即同一物件在各图中用同一标号。在各图中：1.单片 机系统或计算机系统；2.测速机构；3.激光机构；4.校准机构；5.高速摄像机构；6.弹射 机构；7.干冰块；8.球面激波；401.被校准压力传感器；402.标准压力传感器；403.信号 线缆；404.数据采集机构；405.阶跃压力信号；601.承载杆；602.弹丸。
【具体实施方式】
[0021] 本发明的实施例有三部分：其一是关于球面激波产生方法的实施例，其二是关于 球面激波产生装置的实施例，其三是关于球面激波产生方法形成的压力传感器动态校准装 置的实施例 第一部分关于球面激波产生方法的非限定实施例如下： 实施例一.球面激波产生方法 该例的球面激波产生方法可由图1?图6、图8联合不出或说明。参见图1?图6,球 面激波产生方法采用的器具包括有：单片机系统或计算机系统1，测速机构2,激光机构3， 高速摄像机构5,弹射机构6,干冰块7。参见图6,该例的弹射机构6的详细结构包括弹丸 602与承载杆601，干冰块7置于承载杆601上端，弹丸602与承载杆601选用钢材质、形状 同为圆柱形、圆截面积相等且截面半径R=1厘米、圆柱长度L=5厘米，该例的激光机构3是 单片机系统或计算机系统1控制的一台钇铝石榴石晶体激光器，即Nd:YAG激光器，该激光 器型号如是TITAN 5,在干冰块7向上速度为零的瞬间控制该钇铝石榴石晶体激光器发射一 单脉冲能量大于5焦耳、脉冲持续时间小于25纳秒的激光束照射干冰块7。该例控制发射 的干冰块7形状为球形，半径R=6. 2毫米，发射初速度v=4. 43米/秒，该例的高速摄像机构 5由高速摄像机为主构成，该高速摄像机记录速度大于100000巾贞/秒，镜头带有一系列同心 圆环形刻度，刻度单位为毫米mm，参见图8,镜头中心距离弹射机构6承载杆601上端的高 度为1米。该例的测速机构2由受控制的超声波测速仪为主构成。由单片机系统或计算机 系统1控制弹射机构6向上弹射干冰块7,由测速机构2测量干冰块7向上飞行速度，当干 冰块7向上速度为零时发送反馈信号给单片机系统或计算机系统1，此时单片机系统或计 算机系统1控制激光机构3发射激光束照射加热干冰块7,干冰块7瞬间转化为C0 2气体并 膨胀产生球面激波8,高速摄像机构5用于测量球面激波8的波速。
[0022] 实施例二.球面激波产生方法 该例的球面激波产生方法可由图1?图6、图8联合示出。该例的球面激波产生方 法与实施例一球面激波产生方法不同点有：1.该例的弹丸602与承载杆601的截面半径 R=l. 5厘米、圆柱长度L=6. 5厘米；2.该例控制发射的干冰块7半径R=6. 8毫米，发射初速 度v=5. 42米/秒；3.镜头中心距离弹射机构6承载杆601上端的高度为1. 5米。该例的 球面激波产生方法其余未述的，全同于实施例一.中所述的，不再重述。
[0023] 实施例三.球面激波产生方法 该例的球面激波产生方法可由图1?图6、图8联合示出。该例的球面激波产生方法与 实施例一、实施例二的球面激波产生方法不同点有：1.该例的弹丸602与承载杆601的截 面半径R=l. 25厘米、圆柱长度L=5. 75厘米；2.该例控制发射的干冰块7半径R=6. 5毫米， 发射初速度v=4. 925米/秒；3.镜头中心距离弹射机构6承载杆601上端的高度为1. 23 米。该例的球面激波产生方法其余未述的，全同于实施例一、实施例二中所述的，不再重述。
[0024] 第二部分关于球面激波产生装置的非限定实施例如下： 实施例一.球面激波产生装置 该例的球面激波产生装置可由图1?图6、图8联合示出或说明。参见图1?图5,球 面激波产生装置包括有：单片机系统或计算机系统1，测速机构2,激光机构3,高速摄像机 构5,弹射机构6,干冰块7。参见图6,该例的弹射机构6的详细结构包括弹丸602与承载 杆601，干冰块7置于承载杆601上端，弹丸602与承载杆601选用钢材质、形状同为圆柱 形、圆截面积相等且截面半径R=1厘米、圆柱长度L=5厘米，该例的激光机构3是单片机系 统或计算机系统1控制的一台钇铝石榴石晶体激光器，即Nd:YAG激光器，该激光器型号如 是TITAN 5,在干冰块7向上的速度为零的瞬间控制该钇铝石榴石晶体激光器发射一单脉冲 能量大于5焦耳、脉冲持续时间小于25纳秒的激光束照射干冰块7。该例的高速摄像机构 5由高速摄像机为主构成，该高速摄像机记录速度大于100000巾贞/秒，镜头带有一系列同心 圆环形刻度，刻度单位为毫米mm，参见图8,镜头中心距离弹射机构6承载杆601上端的高 度为1米。该例控制发射的干冰块7形状为球形，半径R=6. 2毫米，发射初速度v=4. 43米/ 秒。该例的测速机构2由受控制的超声波测速仪为主构成。由单片机系统或计算机系统1 控制弹射机构6向上弹射干冰块7,由测速机构2测量干冰块7向上飞行速度，当干冰块7 向上速度为零时发送反馈信号给单片机系统或计算机系统1，此时单片机系统或计算机系 统1控制激光机构3发射激光束照射加热干冰块7,干冰块7瞬间转化为C0 2气体并膨胀产 生球面激波8,高速摄像机构5用于测量球面激波8的波速。
[0025] 实施例二·球面激波产生装置 该例的球面激波产生装置可由图1?图6、图8联合示出。该例的球面激波产生装 置与实施例一球面激波产生装置不同点有：1.该例的弹丸602与承载杆601的截面半径 R=l. 5厘米、圆柱长度L=6. 5厘米；2.该例控制发射的干冰块7半径R=6. 8毫米，发射初速 度v=5. 42米/秒；3.镜头中心距离弹射机构6承载杆601上端的高度为1. 5米。该例的 球面激波产生装置其余未述的，全同于实施例一.中所述的，不再重述。
[0026] 实施例三.球面激波产生装置 该例的球面激波产生装置可由图1?图6、图8联合示出。该例的球面激波产生装置与 实施例一、实施例二的球面激波产生装置不同点有：1.该例的弹丸602与承载杆601的截 面半径R=l. 25厘米、圆柱长度L=5. 75厘米；2.该例控制发射的干冰块7半径R=6. 5毫米， 发射初速度v=4. 925米/秒；3.镜头中心距离弹射机构6承载杆601上端的高度为1. 23 米。该例的球面激波产生装置其余未述的，全同于实施例一、实施例二中所述的，不再重述。
[0027] 第三部分关于球面激波产生方法形成的压力传感器动态校准装置的非限定实施 例如下： 实施例一.球面激波产生方法形成的压力传感器动态校准装置 该例的球面激波产生方法形成的压力传感器动态校准装置可由图1?图8联合示出或 说明。参见图1?图5,关于球面激波产生方法形成的压力传感器动态校准装置包括有：单 片机系统或计算机系统1，测速机构2,激光机构3,高速摄像机构5,弹射机构6,干冰块7、 校准机构4,其中校准机构4包括：标准压力传感器402、被校准压力传感器401、信号线缆 403、数据采集机构404。参见图6,该例的弹射机构6的详细结构包括弹丸602与承载杆 601，干冰块7置于承载杆601上端，弹丸602与承载杆601选用钢材质、形状同为圆柱形、圆 截面积相等且截面半径R=1厘米、圆柱长度L=5厘米，该例的激光机构3是单片机系统或计 算机系统1控制的一台钇铝石榴石晶体激光器，即Nd:YAG激光器，该激光器型号如是TITAN 5,在干冰块7向上速度为零的瞬间控制该钇铝石榴石晶体激光器发射一单脉冲能量大于5 焦耳、脉冲持续时间小于25纳秒的激光束照射干冰块7。该例的高速摄像机构5由高速摄 像机为主构成，该高速摄像机记录速度大于100000帧/秒，镜头带有一系列同心圆环形刻 度，刻度单位为毫米mm，参见图8,镜头中心距离弹射机构6承载杆601上端的高度为1米， 该例控制发射的干冰块7形状为球形，半径R=6. 2毫米，发射初速度v=4. 43米/秒。该例 的测速机构2由受控制的超声波测速仪为主构成。参见图7,校准机构4中的标准压力传感 器402与被校准压力传感器401选择压电式压力传感器，数据采集机构404选择由计算机 与数据采集卡、电荷校准仪，以及操作系统与数据处理软件配套组合的结构，阶跃压力信号 405为球面激波8打在标准压力传感器402与被校准压力传感器401敏感面上形成的。由 单片机系统或计算机系统1控制弹射机构6向上弹射干冰块7,由测速机构2测量干冰块7 向上飞行速度，当干冰块7向上速度为零时发送反馈信号给单片机系统或计算机系统1，此 时单片机系统或计算机系统1控制激光机构3发射激光束照射加热干冰块7,干冰块7瞬间 转化为C0 2气体并膨胀产生球面激波8,高速摄像机构5用于测量球面激波8的波速。根据 公知公用的压力传感器动态校准方法和规定程序进行本发明的压力传感器动态校准：阶跃 压力信号405分别输入标准压力传感器402、被校准压力传感器401信号输入端，用信号线 缆403分别连接标准压力传感器402、被校准压力传感器401信号输出端至数据采集机构 404,采用输入阶跃压力信号405,经过标准压力传感器402、被校准压力传感器401进行测 量比对，完成对被校准压力传感器401的动态校准。以标准压力传感器402输出的压力信号 作为输入信号，以被校准压力传感器401的输出的压力信号作为输出信号，对输入信号与 输出信号分别做快速傅里叶变换，将输出信号的快速傅里叶变换结果与输入信号的快速傅 里叶变换结果求比值，得到被校准压力传感器401的动态传递函数，得到其动态校准结果。 被校准压力传感器401与标准压力传感器402二者输出信号经过电荷校准仪转换后通过信 号线缆403连接到数据采集卡进行采集记录，动态校准结果可以在数据采集机构404所包 括的计算机上显示、分析、记录。
[0028] 实施例二.球面激波产生方法形成的压力传感器动态校准装置 该例的球面激波产生方法形成的压力传感器动态校准装置可由图1?图8联合示出或 说明。该例的压力传感器动态校准装置与实施例一的压力传感器动态校准装置不同点有： 1.该例的弹丸602与承载杆601的截面半径R=l. 5厘米、圆柱长度L=6. 5厘米；2.该例控 制发射的干冰块7半径R=6. 8毫米，发射初速度v=5. 42米/秒；3.镜头中心距离弹射机构 6承载杆601上端的高度为L 5米；4.校准机构4中的标准压力传感器402与被校准压力 传感器401选择压阻式压力传感器，数据采集机构404选择由计算机与数据采集卡，以及操 作系统与数据处理软件配套组合的结构，由信号线缆403直接连接被校准压力传感器401、 标准压力传感器402的输出端至数据采集卡进行输出信号采集记录。该例的球面激波产生 方法形成的压力传感器动态校准装置其余未述的，全同于实施例一.中所述的，不再重述。
[0029] 实施例三.球面激波产生方法形成的压力传感器动态校准装置 该例的球面激波产生方法形成的压力传感器动态校准装置可由图1?图8联合示出或 说明。该例的压力传感器动态校准装置与实施例一、实施例二的压力传感器动态校准装置 不同点有：1.该例的弹丸602与承载杆601的截面半径R=l. 25厘米、圆柱长度L=5. 75厘 米；2.该例控制发射的干冰块7半径R=6. 5毫米，发射初速度v=4. 925米/秒；3.镜头中心 距离弹射机构6承载杆601上端的高度为1. 23米。该例的球面激波产生方法形成的压力 传感器动态校准装置其余未述的，全同于实施例一、实施例二中所述的，不再重述。
【权利要求】
1. 一种球面激波产生方法，特征在于：所述的球面激波产生方法是在空间利用激光照 射加热干冰块瞬间转化为co 2气体并膨胀产生球面激波的方法。
2. 根据权利要求1所述的球面激波产生方法，特征在于：所述的球面激波产生方法是 由单片机系统或计算机系统控制弹射机构对空间坚直向上发射干冰块，并当干冰块向上速 度为零的瞬间控制激光机构发出激光对准干冰块照射加热，干冰块迅速气化膨胀在空间产 生或形成近似理想的球面激波。
3. 根据权利要求2所述的球面激波产生方法，特征在于：所述的单片机系统或计算机 系统控制的弹射机构的详细结构是利用气枪发射弹丸撞击可制冷的承载杆，干冰块置于圆 柱形承载杆上端，由撞击产生的应力波将干冰块向上弹射，弹丸与承载杆选用钢材质、形状 同为圆柱形、圆截面积相等且截面半径R选择1厘米~1. 5厘米、圆柱长度L选择5厘米飞.5 厘米。
4. 根据权利要求2所述的球面激波产生方法，特征在于：所述的单片机系统或计算机 系统控制的激光机构是单片机系统或计算机系统控制的一台钇铝石榴石晶体激光器，在干 冰块向上速度为零的瞬间控制该钇铝石榴石晶体激光器发射一单脉冲能量大于5焦耳、脉 冲持续时间小于25纳秒的激光束。
5. 根据权利要求2所述的球面激波产生方法，特征在于：所述的单片机系统或计算机 系统控制发射的干冰块形状为球形，半径R选择6. 2毫米飞.8毫米，发射初速度v选择4. 43 米/秒?5. 42米/秒。
6. 根据权利要求2所述的球面激波产生方法，特征在于： a. 所述的单片机系统或计算机系统还控制有高速摄像机构，该机构由高速摄像机为主 构成，该高速摄像机记录速度大于100000帧/秒，镜头带有一系列同心圆环形刻度，镜头中 心距离弹射机构承载杆上端的高度选择为1米~1. 5米； b. 所述的单片机系统或计算机系统还控制有测速机构，该机构由受控制的超声波测速 仪为主构成，该超声波测速仪测量干冰块向上飞行速度，当干冰块向上速度为零时发送反 馈信号给单片机系统或计算机系统。
7. 根据权利要求1所述的球面激波产生方法采用的球面激波产生装置，特征在于：所 述的球面激波产生装置包括有：单片机系统或计算机系统及其控制的弹射机构、激光机构、 测速机构、高速摄像机构和干冰块。
8. 根据权利要求7所述的球面激波产生装置，特征在于：所述的球面激波产生装置 的： a. 所述的单片机系统或计算机系统控制的弹射机构的详细结构是利用气枪发射弹丸 撞击可制冷的承载杆，干冰块置于圆柱形承载杆上端，由撞击产生的应力波将干冰块向上 弹射，弹丸与承载杆选用钢材质、形状同为圆柱形、圆截面积相等且截面半径R选择1厘米 ?1. 5厘米、圆柱长度L选择5厘米?6. 5厘米； b. 所述的单片机系统或计算机系统控制的激光机构是单片机系统或计算机系统控制 的一台钇铝石榴石晶体激光器，在干冰块向上速度为零的瞬间控制该钇铝石榴石晶体激光 器发射一单脉冲能量大于5焦耳、脉冲持续时间小于25纳秒的激光束； c. 所述的单片机系统或计算机系统还控制有高速摄像机构，该机构由高速摄像机为主 构成，该高速摄像机记录速度大于100000帧/秒，镜头带有一系列同心圆环形刻度，镜头中 心距离弹射机构承载杆上端的高度选择为1米~1. 5米； d. 所述的单片机系统或计算机系统控制发射的干冰块形状为球形，半径R选择6. 2毫 米?6. 8毫米，发射初速度v选择为4. 43米/秒?5. 42米/秒； e. 所述的单片机系统或计算机系统还控制有测速机构，该机构由受控制的超声波测速 仪为主构成，该超声波测速仪测量干冰块向上飞行速度，当干冰块向上速度为零时发送反 馈信号给单片机系统或计算机系统。
9. 根据权利要求1所述的球面激波产生方法形成的压力传感器的动态校准装置，特征 在于：所述的压力传感器的动态校准装置包括有：单片机系统或计算机系统及其控制的弹 射机构、激光机构、测速机构、高速摄像机构、干冰块、校准机构，其中校准机构包括：标准压 力传感器、被校准压力传感器、信号线缆、数据采集机构，采用单片机系统或计算机系统控 制弹射机构对空间坚直向上发射干冰块，当干冰块向上速度为零的瞬间控制激光机构发射 激光对准干冰块照射加热，干冰块迅速气化膨胀在空间产生或形成近似理想的球面激波， 作为校准机构的压力传感器动态校准的阶跃压力信号源，输入阶跃压力信号给标准压力传 感器、被校准压力传感器并进行测量比对、数据采集机构采集记录两传感器输出信号，完成 被校准压力传感器的动态校准。
10. 根据权利要求9所述的压力传感器的动态校准装置，特征在于：所述的压力传感器 的动态校准装置的： a. 所述的单片机系统或计算机系统控制的弹射机构的详细结构是利用气枪发射弹丸 撞击可制冷的承载杆，干冰块置于圆柱形承载杆上端，由撞击产生的应力波将干冰块向上 弹射，弹丸与承载杆选用钢材质、形状同为圆柱形、圆截面积相等且截面半径R选择1厘米 ?1. 5厘米、圆柱长度L选择5厘米?6. 5厘米； b. 所述的单片机系统或计算机系统控制的激光机构是单片机系统或计算机系统控制 的一台钇铝石榴石晶体激光器，在干冰块向上速度为零的瞬间控制该钇铝石榴石晶体激光 器发射一单脉冲能量大于5焦耳、脉冲持续时间小于25纳秒的激光束； c. 所述的单片机系统或计算机系统还控制有高速摄像机构，该机构由高速摄像机为主 构成，该高速摄像机记录速度大于100000帧/秒，镜头带有一系列同心圆环形刻度，镜头中 心距离弹射机构承载杆上端的高度选择为1米~1. 5米； d. 所述的单片机系统或计算机系统控制发射的干冰块形状为球形，半径R选择6. 2毫 米?6. 8毫米，发射初速度v选择为4. 43米/秒?5. 42米/秒； e. 所述的单片机系统或计算机系统还控制有测速机构，该机构由受控制的超声波测速 仪为主构成，该超声波测速仪测量干冰块向上飞行速度，当干冰块向上速度为零时发送反 馈信号给单片机系统或计算机系统； f. 所述的校准机构的标准压力传感器选择压电式压力传感器或压阻式压力传感器； 所述的被校准压力传感器是压电式压力传感器或压阻式压力传感器； g. 所述的校准机构的数据采集机构选择由计算机与数据采集卡、电荷校准仪，以及操 作系统与数据处理软件配套组合结构。
【文档编号】G01L27/00GK104062070SQ201410272879
【公开日】2014年9月24日 申请日期:2014年6月18日 优先权日:2014年6月18日
【发明者】马铁华, 丰雷, 范锦彪, 杜红棉, 徐鹏, 裴东兴, 李新娥 申请人:中北大学