基于光纤传感的浇铸炸药内部应变及温度特性监测方法研究

发布时间：2020-06-10 06:32

【摘要】：炸药浇铸成型过程中存在很多物态变化,其中应变和温度是非常重要的参数,物态变化会影响炸药的质量和使用性能,除此之外,在炸药存储的过程中也需要安全的监测方法防止爆炸等意外发生。相比传统电测量方法,光纤传感器绝缘、抗干扰能力强、体积小、成本低,并且可以在不影响炸药结构的情况下埋入其内部进行远距离监测。针对浇铸炸药易燃易爆的特点及监测需求,本文制备了两类光纤传感器作为实时监测方案,并设计搭建了炸药监测系统,为监测炸药浇铸过程特性变化、以及分析炸药长期稳定性、失效性检测提供一种科学有效的方法。本文利用化学腐蚀法、放电熔接技术、精密切割技术制备了两种光纤Fabry-Perot(F-P)传感器结构,分别是以单模和多模光纤为材料的光纤单端微泡结构、以单模光纤和玻璃管为材料的光纤-玻璃管-光纤轴对称结构。采用聚二甲基硅氧烷(polydimethylsiloxane,PDMS)混合配比液对传感器进行了封装,并对其进行应变/温度灵敏度测试,通过灵敏度测试分析,比较了两种F-P传感器性能,最终选择以单模光纤和玻璃管为材料的轴对称结构进行石蜡模拟实验,通过干涉谱峰值追踪法分析了石蜡内部温度及应力规律。本文还根据应变、温度测量的不同需要对裸光栅进行合理封装,制成了光纤布喇格光栅(Fiber Bragg Grating,FBG)传感器,对封装好的FBG传感器进行标定分析其有效性,并利用FBG传感器进行了石蜡结构模拟实验和浇铸炸药内部成型和存储过程的应变/温度实时监测实验,分析了浇铸炸药成型和储存过程的温度、应变规律,实验结果表明,低温阶段应变与温度存在一定的线性关系,同时也证明了光纤传感器用于浇铸炸药内部测量的可行性及可靠性。
【图文】：

弹药装药技术也必须在种类、质量等各个方精度、高水平的装药技术就成为了研究的热点、重点及装药后弹药的质量要求也进一步提高。在炸药成型的学，存在着热力学、多相流等众多问题[3,4]，炸药内部的性，再加上浇铸过程中复合材料的工艺稳定性相对较杂、孔隙以及分层等缺陷[5]；另外在储存过程或是由于之弹药老化、环境潮湿，被其他物质腐蚀等各种因素、裂缝、气泡等损伤，图 1.1 是其内部存在的种种缺陷能量及力学机能降低，不仅会破坏战斗的毁伤效能，还安全上的隐患。此外，炸药在长达数年乃至数十年的储，最终可能会导致失效问题的产生[6]。所以研究其内部、提升浇铸类炸药特性以及在国防安全、军事科技、民价值和积极的现实意义。

纤光栅传感器的发展现状光栅的传感原理是基于波长调制的[50]，当外界环境因素如温度、压力、位作用于光纤光栅上，光栅栅格周期或是光纤有效折射率便产生改变，由此光谱的中心波长改变，通过测量中心波长的位移量来反演被测量的信息。传感技术是基于波长编码的，其有着更强的抗干扰性能。目前，光纤光栅化，，它的使用遍及航空、桥梁、建筑物等结构检测之中。8 年，位于 Canada 通信研究中心的 K.O.Hill 等在实验中观察到，掺杂了锗之中发生了光栅效应[51]，后来他们利用驻波干涉法多次试验研究，成功研第一只光纤光栅传感器，并且在 1993 年，K.O.Hill 等人经过艰难困苦的研新的光栅写入方法，分别是逐点写入法及相位掩模写入法[52]。经过几十余目前为止，常用的成栅方法包括：驻波法、单脉冲写入法、相位掩膜法、法等。如图 1.2 是光纤光栅技术的主要发展历史。
【学位授予单位】：中北大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TP212;TQ560.1

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本文编号：2705917