沖擊波壓力傳感器寄生效應(yīng)抑制的多維度研究與創(chuàng)新實(shí)踐一、緒論1.1研究背景與意義在現(xiàn)代科學(xué)研究和工程應(yīng)用中，沖擊波壓力的精確測量至關(guān)重要，尤其在爆炸、沖擊等極端瞬態(tài)過程的研究領(lǐng)域。例如，在軍事國防領(lǐng)域，爆炸產(chǎn)生的沖擊波壓力是衡量武器彈藥毀傷威力的關(guān)鍵戰(zhàn)技指標(biāo)，對于評估武器性能、指導(dǎo)戰(zhàn)斗部設(shè)計(jì)與優(yōu)化起著決定性作用。在民用工程領(lǐng)域，如建筑物抗爆性能測試、礦山爆破等場景中，沖擊波壓力的準(zhǔn)確測量是保障工程安全和高效實(shí)施的重要依據(jù)。在科研實(shí)驗(yàn)方面，沖擊波物理實(shí)驗(yàn)以及材料在高壓力下的動態(tài)響應(yīng)研究等，也依賴于精確的沖擊波壓力測量數(shù)據(jù)，以深入探索物質(zhì)在極端條件下的物理特性和變化規(guī)律。沖擊波壓力傳感器作為獲取沖擊波壓力數(shù)據(jù)的核心設(shè)備，其性能直接關(guān)系到測量結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。然而，在實(shí)際測量過程中，沖擊波壓力傳感器往往會受到多種寄生效應(yīng)的干擾。例如在爆炸場這種復(fù)雜環(huán)境中，熱沖擊是常見的寄生效應(yīng)之一，爆炸瞬間釋放的巨大能量會使傳感器周圍溫度急劇升高，導(dǎo)致傳感器的壓電芯體發(fā)生熱漂移，進(jìn)而影響測量精度。同時(shí)，爆炸產(chǎn)生的強(qiáng)烈機(jī)械沖擊和振動，一方面會使傳感器受到額外的應(yīng)力作用，導(dǎo)致傳感器的輸出信號中混入與沖擊波壓力無關(guān)的干擾信號；另一方面，振動可能引發(fā)傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的共振，進(jìn)一步加劇測量誤差。此外，采用引線式測量時(shí)，電纜線的分布電容、電感等因素也會對傳感器的輸出信號產(chǎn)生影響，引入額外的測量誤差。這些寄生效應(yīng)導(dǎo)致傳感器產(chǎn)生寄生輸出問題，嚴(yán)重影響了沖擊波壓力測量的精度和可靠性，使得獲取的測量數(shù)據(jù)無法真實(shí)準(zhǔn)確地反映沖擊波壓力的實(shí)際情況。如果不能有效抑制這些寄生效應(yīng)，將會對相關(guān)領(lǐng)域的研究和應(yīng)用產(chǎn)生一系列負(fù)面影響。在武器彈藥研發(fā)中，不準(zhǔn)確的沖擊波壓力測量數(shù)據(jù)可能導(dǎo)致戰(zhàn)斗部設(shè)計(jì)不合理，無法達(dá)到預(yù)期的毀傷效果，或者造成材料浪費(fèi)和成本增加。在建筑物抗爆設(shè)計(jì)中，錯誤的沖擊波壓力數(shù)據(jù)可能使建筑物的抗爆能力評估失準(zhǔn)，無法為建筑物提供足夠的安全防護(hù)，一旦發(fā)生爆炸事故，將嚴(yán)重威脅人員生命和財(cái)產(chǎn)安全。在科研實(shí)驗(yàn)中，寄生效應(yīng)干擾下的測量數(shù)據(jù)會誤導(dǎo)對物質(zhì)在沖擊波作用下物理機(jī)制的理解，阻礙科學(xué)研究的深入進(jìn)展。因此，研究沖擊波壓力傳感器寄生效應(yīng)抑制方法具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，對于提高沖擊波壓力測量的準(zhǔn)確性，推動爆炸、沖擊等相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)研究和工程應(yīng)用的發(fā)展，保障國防安全和民用工程安全都起著至關(guān)重要的作用。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在沖擊波壓力傳感器寄生效應(yīng)的研究領(lǐng)域，國內(nèi)外學(xué)者從寄生效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)理、抑制方法以及測試技術(shù)等多個角度展開了深入探索，取得了一系列成果，但也存在一些尚未完善的地方。在寄生效應(yīng)產(chǎn)生機(jī)理的研究方面，國內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)達(dá)成了較為一致的認(rèn)識。他們明確指出，在爆炸場等復(fù)雜環(huán)境中，沖擊波壓力傳感器面臨著多種寄生效應(yīng)的干擾。熱沖擊是其中之一，爆炸瞬間釋放的巨大能量會使傳感器周圍溫度急劇升高，導(dǎo)致傳感器的壓電芯體發(fā)生熱漂移，進(jìn)而影響測量精度。如文獻(xiàn)[具體文獻(xiàn)1]詳細(xì)分析了熱沖擊下壓電芯體材料的物理特性變化，揭示了熱漂移對測量精度影響的內(nèi)在機(jī)制。同時(shí)，強(qiáng)烈的機(jī)械沖擊和振動也是重要的寄生效應(yīng)來源。爆炸產(chǎn)生的機(jī)械沖擊會使傳感器受到額外的應(yīng)力作用，導(dǎo)致傳感器的輸出信號中混入與沖擊波壓力無關(guān)的干擾信號；而振動可能引發(fā)傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的共振，進(jìn)一步加劇測量誤差。[具體文獻(xiàn)2]通過實(shí)驗(yàn)和理論分析，深入研究了機(jī)械沖擊和振動對傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)應(yīng)力分布的影響，以及共振現(xiàn)象發(fā)生的條件和對測量誤差的放大作用。此外，采用引線式測量時(shí)，電纜線的分布電容、電感等因素也會對傳感器的輸出信號產(chǎn)生影響，引入額外的測量誤差，相關(guān)研究在[具體文獻(xiàn)3]中有詳細(xì)闡述。在抑制方法的研究上，國內(nèi)外都取得了一定進(jìn)展。國外在材料研發(fā)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面處于領(lǐng)先地位。例如，部分國外研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)出了具有特殊壓電性能和熱穩(wěn)定性的新型壓電材料，這些材料能夠在高溫、高沖擊等惡劣環(huán)境下保持較好的性能穩(wěn)定性，有效降低熱沖擊和機(jī)械沖擊對傳感器測量精度的影響。在傳感器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上，通過優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)布局，采用先進(jìn)的微機(jī)電系統(tǒng)（MEMS）加工工藝，減小了傳感器的體積和質(zhì)量，降低了傳感器對外部振動的敏感度，提高了傳感器的抗干擾能力。國內(nèi)學(xué)者則側(cè)重于從系統(tǒng)層面和工程應(yīng)用角度提出創(chuàng)新方法。一方面，通過改進(jìn)傳感器的安裝方式和減振結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用減振材料和合理的機(jī)械結(jié)構(gòu)來隔離和衰減外部的機(jī)械沖擊與振動。如[具體文獻(xiàn)4]設(shè)計(jì)了一種基于多層減振材料和特殊機(jī)械結(jié)構(gòu)的傳感器安裝組件，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該組件能夠顯著降低機(jī)械沖擊和振動對傳感器的影響。另一方面，針對熱沖擊問題，國內(nèi)研究人員通過選擇合適的隔熱材料和優(yōu)化隔熱結(jié)構(gòu)，如采用隔熱硅脂、氣凝膠等高效隔熱材料，有效減少了熱傳遞對傳感器的影響。此外，國內(nèi)在信號處理算法方面也有深入研究，通過數(shù)字濾波、小波變換等算法對傳感器輸出信號進(jìn)行處理，去除寄生效應(yīng)產(chǎn)生的干擾信號，提高信號的信噪比和測量精度。在測試技術(shù)方面，國外擁有先進(jìn)的測試設(shè)備和完善的測試標(biāo)準(zhǔn)體系。高精度的激波管、爆炸試驗(yàn)場等測試設(shè)備能夠?yàn)閭鞲衅鞯男阅軠y試提供精準(zhǔn)的沖擊波壓力模擬環(huán)境，嚴(yán)格的測試標(biāo)準(zhǔn)確保了測試結(jié)果的可靠性和可比性。而國內(nèi)在測試設(shè)備的精度和穩(wěn)定性方面還有一定提升空間，雖然近年來不斷加大對測試設(shè)備研發(fā)的投入，取得了一些進(jìn)步，但在部分高端測試設(shè)備上仍依賴進(jìn)口。在測試標(biāo)準(zhǔn)方面，國內(nèi)正在逐步完善相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)體系，加強(qiáng)與國際標(biāo)準(zhǔn)的接軌，以提高測試結(jié)果的通用性和認(rèn)可度。盡管國內(nèi)外在沖擊波壓力傳感器寄生效應(yīng)研究方面取得了不少成果，但仍存在一些不足。對于寄生效應(yīng)產(chǎn)生的復(fù)雜耦合機(jī)理，目前的研究還不夠深入，尤其是多種寄生效應(yīng)同時(shí)作用時(shí)的相互影響機(jī)制尚未完全明晰。在抑制方法上，雖然現(xiàn)有方法在一定程度上能夠降低寄生效應(yīng)的影響，但還無法完全消除，且部分抑制方法在實(shí)際應(yīng)用中存在安裝復(fù)雜、成本較高等問題。在測試技術(shù)方面，國內(nèi)外測試設(shè)備和標(biāo)準(zhǔn)的差異，給傳感器的國際交流與合作帶來了不便，需要進(jìn)一步加強(qiáng)協(xié)調(diào)和統(tǒng)一。1.3研究內(nèi)容與方法1.3.1研究內(nèi)容本研究旨在深入探究沖擊波壓力傳感器寄生效應(yīng)抑制方法，主要研究內(nèi)容涵蓋以下幾個關(guān)鍵方面：機(jī)械沖擊與振動寄生效應(yīng)抑制：深入剖析爆炸場中機(jī)械沖擊與振動的產(chǎn)生根源、傳播特性以及對沖擊波壓力傳感器測量精度的影響機(jī)制。基于動力學(xué)原理，建立沖擊波壓力傳感器在機(jī)械沖擊與振動環(huán)境下的精確力學(xué)模型，通過理論推導(dǎo)得出傳感器在不同沖擊和振動條件下的響應(yīng)特性表達(dá)式。例如，運(yùn)用牛頓第二定律和胡克定律，建立包含傳感器質(zhì)量、彈性元件剛度以及阻尼系數(shù)等參數(shù)的動力學(xué)方程。依據(jù)所建立的力學(xué)模型，設(shè)計(jì)具有高效減振性能的傳感器安裝結(jié)構(gòu)，詳細(xì)確定安裝結(jié)構(gòu)中各部件的材料、形狀、尺寸以及連接方式等關(guān)鍵參數(shù)。例如，選用具有高阻尼特性的橡膠材料作為減振墊，通過優(yōu)化減振墊的厚度和形狀，提高其減振效果。利用有限元分析軟件（如ANSYSWorkbench）對所設(shè)計(jì)的安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析，研究其在機(jī)械沖擊與振動載荷下的應(yīng)力分布、變形情況以及減振性能，根據(jù)仿真結(jié)果對安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，提高其可靠性和穩(wěn)定性。熱沖擊寄生效應(yīng)抑制：全面分析爆炸瞬間產(chǎn)生的熱沖擊對沖擊波壓力傳感器壓電芯體材料物理性能的影響，如熱膨脹系數(shù)、壓電常數(shù)等參數(shù)的變化，進(jìn)而揭示熱沖擊導(dǎo)致傳感器測量誤差的內(nèi)在原因。構(gòu)建傳感器在熱沖擊環(huán)境下的熱傳遞模型，運(yùn)用傳熱學(xué)原理，分析熱沖擊過程中熱量在傳感器內(nèi)部的傳遞路徑和分布規(guī)律，為隔熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。從眾多隔熱材料中篩選出適合沖擊波壓力傳感器應(yīng)用場景的隔熱材料，如隔熱硅脂、氣凝膠等，詳細(xì)研究這些隔熱材料的隔熱性能、耐高溫性能以及與傳感器材料的兼容性?；谒x隔熱材料，設(shè)計(jì)合理的隔熱結(jié)構(gòu)，如在傳感器外部包裹隔熱層、在傳感器內(nèi)部設(shè)置隔熱腔等，并通過數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)測試相結(jié)合的方法，驗(yàn)證隔熱結(jié)構(gòu)對熱沖擊的抑制效果，優(yōu)化隔熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù)，提高其隔熱性能。電磁干擾寄生效應(yīng)抑制：系統(tǒng)研究爆炸場中復(fù)雜的電磁環(huán)境對沖擊波壓力傳感器測量信號的干擾形式和耦合途徑，如電場耦合、磁場耦合等，分析電磁干擾導(dǎo)致傳感器測量誤差的作用機(jī)制。針對電磁干擾問題，制定有效的屏蔽和濾波措施。在屏蔽方面，設(shè)計(jì)具有良好電磁屏蔽性能的傳感器外殼和電纜屏蔽層，選擇高導(dǎo)磁率的金屬材料（如坡莫合金）制作屏蔽層，并優(yōu)化屏蔽層的結(jié)構(gòu)和接地方式，提高其屏蔽效果；在濾波方面，采用合適的濾波器（如低通濾波器、帶通濾波器等）對傳感器輸出信號進(jìn)行濾波處理，通過理論分析和仿真計(jì)算確定濾波器的截止頻率、階數(shù)等參數(shù)，有效濾除電磁干擾信號，提高信號的質(zhì)量和可靠性。綜合抑制方法及實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：將機(jī)械沖擊與振動抑制方法、熱沖擊抑制方法以及電磁干擾抑制方法進(jìn)行有機(jī)整合，形成一套完整的沖擊波壓力傳感器寄生效應(yīng)綜合抑制方案。搭建實(shí)驗(yàn)平臺，模擬爆炸場的實(shí)際工況，對采用綜合抑制方案后的沖擊波壓力傳感器進(jìn)行性能測試。在實(shí)驗(yàn)過程中，精確控制各種寄生效應(yīng)的參數(shù)，如機(jī)械沖擊的幅值、頻率，熱沖擊的溫度變化速率、溫度峰值，電磁干擾的強(qiáng)度和頻率等，對比分析抑制前后傳感器的輸出信號，評估綜合抑制方案的有效性和可靠性。對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行深入分析，總結(jié)綜合抑制方案在實(shí)際應(yīng)用中存在的問題和不足之處，提出進(jìn)一步改進(jìn)和完善的建議，為沖擊波壓力傳感器在爆炸、沖擊等復(fù)雜環(huán)境下的準(zhǔn)確測量提供可靠的技術(shù)支持。1.3.2研究方法為實(shí)現(xiàn)上述研究內(nèi)容，本研究將綜合運(yùn)用以下多種研究方法：理論分析：深入研究沖擊波壓力傳感器的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及寄生效應(yīng)產(chǎn)生的物理機(jī)制，運(yùn)用力學(xué)、熱學(xué)、電磁學(xué)等相關(guān)學(xué)科的基本理論，對機(jī)械沖擊與振動、熱沖擊、電磁干擾等寄生效應(yīng)進(jìn)行詳細(xì)的理論推導(dǎo)和分析，建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型和物理模型，為后續(xù)的研究提供堅(jiān)實(shí)的理論基礎(chǔ)。例如，在分析機(jī)械沖擊與振動對傳感器的影響時(shí)，運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律和振動理論，推導(dǎo)出傳感器在沖擊和振動作用下的動力學(xué)方程；在研究熱沖擊時(shí)，依據(jù)傳熱學(xué)原理，建立熱傳遞模型，分析熱量在傳感器內(nèi)部的傳遞過程。建模仿真：利用專業(yè)的仿真軟件，如ANSYSWorkbench、COMSOLMultiphysics等，對沖擊波壓力傳感器及其寄生效應(yīng)進(jìn)行建模和仿真分析。通過建立傳感器的三維模型，模擬其在不同工況下的力學(xué)響應(yīng)、熱響應(yīng)和電磁響應(yīng)，直觀地展示寄生效應(yīng)的影響規(guī)律，預(yù)測不同抑制方法的效果，為實(shí)驗(yàn)研究提供指導(dǎo)和參考。在仿真過程中，合理設(shè)置材料參數(shù)、邊界條件和載荷工況，確保仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。例如，在研究機(jī)械沖擊與振動抑制時(shí)，通過ANSYSWorkbench軟件對傳感器安裝結(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析和瞬態(tài)動力學(xué)分析，優(yōu)化結(jié)構(gòu)參數(shù)，提高減振性能；在分析熱沖擊抑制時(shí)，利用COMSOLMultiphysics軟件對隔熱結(jié)構(gòu)進(jìn)行熱分析，評估隔熱效果。實(shí)驗(yàn)研究：搭建實(shí)驗(yàn)平臺，開展一系列實(shí)驗(yàn)研究，包括機(jī)械沖擊與振動實(shí)驗(yàn)、熱沖擊實(shí)驗(yàn)、電磁干擾實(shí)驗(yàn)以及綜合性能測試實(shí)驗(yàn)等。通過實(shí)驗(yàn)，獲取傳感器在各種寄生效應(yīng)作用下的實(shí)際輸出數(shù)據(jù)，驗(yàn)證理論分析和建模仿真的結(jié)果，評估不同抑制方法的實(shí)際效果，為寄生效應(yīng)抑制方法的優(yōu)化和改進(jìn)提供依據(jù)。在實(shí)驗(yàn)過程中，嚴(yán)格控制實(shí)驗(yàn)條件，采用高精度的測量儀器和設(shè)備，確保實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。例如，在機(jī)械沖擊與振動實(shí)驗(yàn)中，使用振動臺和沖擊試驗(yàn)機(jī)模擬不同的沖擊和振動工況，測量傳感器的輸出信號；在熱沖擊實(shí)驗(yàn)中，利用高溫爐和溫度傳感器控制和測量熱沖擊的溫度變化，記錄傳感器的響應(yīng)。二、沖擊波壓力傳感器寄生效應(yīng)機(jī)理剖析2.1寄生效應(yīng)類型與來源沖擊波壓力傳感器在實(shí)際應(yīng)用中，尤其是在爆炸、高速撞擊等復(fù)雜且極端的環(huán)境下，會受到多種寄生效應(yīng)的干擾，這些寄生效應(yīng)嚴(yán)重影響傳感器的測量精度和可靠性。主要的寄生效應(yīng)類型包括機(jī)械沖擊與振動、熱沖擊以及電磁干擾，它們各自有著獨(dú)特的產(chǎn)生原因、傳播途徑以及對傳感器的作用方式。2.1.1機(jī)械沖擊與振動在爆炸場景中，炸藥的瞬間爆轟會釋放出巨大的能量，這一能量以機(jī)械波的形式向周圍介質(zhì)快速傳播，從而產(chǎn)生強(qiáng)烈的機(jī)械沖擊。例如，在軍事爆破作業(yè)中，炸彈爆炸時(shí)，周圍空氣迅速被壓縮和擾動，形成強(qiáng)大的沖擊波，這種沖擊波在傳播過程中遇到傳感器，會對傳感器產(chǎn)生瞬間的沖擊力。同時(shí)，爆炸產(chǎn)生的地震波也會通過地面等介質(zhì)傳遞，引發(fā)傳感器所在結(jié)構(gòu)的振動。在高速撞擊場景中，如飛行器與飛鳥的撞擊、彈丸對靶板的沖擊等，撞擊瞬間的巨大動能會在極短時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化為沖擊力，作用于傳感器上。機(jī)械沖擊和振動的傳播途徑較為復(fù)雜。當(dāng)爆炸或高速撞擊發(fā)生時(shí)，產(chǎn)生的機(jī)械波首先通過周圍的空氣介質(zhì)傳播，這是一種常見的傳播途徑。由于空氣的可壓縮性，機(jī)械波在空氣中傳播時(shí)會引起空氣分子的劇烈振動，進(jìn)而將能量傳遞給傳感器。同時(shí)，當(dāng)傳感器安裝在結(jié)構(gòu)件上時(shí)，機(jī)械波會通過結(jié)構(gòu)件進(jìn)行傳播。結(jié)構(gòu)件作為固體介質(zhì)，其彈性模量和密度等特性決定了機(jī)械波在其中的傳播速度和衰減特性。例如，在建筑物抗爆實(shí)驗(yàn)中，爆炸產(chǎn)生的機(jī)械沖擊會通過建筑物的墻體、梁柱等結(jié)構(gòu)件傳遞，安裝在這些結(jié)構(gòu)件上的傳感器會受到機(jī)械波的作用，引發(fā)振動。此外，當(dāng)傳感器與被測物體直接接觸時(shí)，機(jī)械沖擊和振動還會通過接觸界面直接傳遞到傳感器內(nèi)部，對傳感器的敏感元件產(chǎn)生影響。機(jī)械沖擊與振動對沖擊波壓力傳感器的測量精度有著顯著的影響。一方面，機(jī)械沖擊會使傳感器受到額外的應(yīng)力作用。當(dāng)傳感器受到機(jī)械沖擊時(shí)，其外殼、敏感元件以及內(nèi)部的連接部件等都會承受瞬間的沖擊力，這些沖擊力會導(dǎo)致傳感器內(nèi)部應(yīng)力分布不均勻，從而使敏感元件產(chǎn)生與沖擊波壓力無關(guān)的應(yīng)變，進(jìn)而影響傳感器的輸出信號，使測量結(jié)果產(chǎn)生誤差。另一方面，振動可能引發(fā)傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的共振。當(dāng)外界振動的頻率與傳感器內(nèi)部某些結(jié)構(gòu)的固有頻率接近或相等時(shí)，就會發(fā)生共振現(xiàn)象。共振時(shí)，傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的振動幅度會急劇增大，導(dǎo)致敏感元件的輸出信號大幅波動，嚴(yán)重干擾傳感器對沖擊波壓力的準(zhǔn)確測量，使測量誤差顯著增大。2.1.2熱沖擊以爆炸瞬間為例，炸藥爆炸時(shí)會在極短時(shí)間內(nèi)釋放出大量的能量，使得爆炸中心區(qū)域的溫度急劇升高，可達(dá)到數(shù)千攝氏度甚至更高。如此高的溫度會在極短時(shí)間內(nèi)以熱輻射、熱傳導(dǎo)和熱對流的方式向周圍環(huán)境傳播。當(dāng)沖擊波壓力傳感器處于爆炸場中時(shí)，熱輻射會使傳感器表面直接吸收熱量，導(dǎo)致傳感器表面溫度迅速上升；同時(shí)，周圍高溫氣體通過熱對流與傳感器表面進(jìn)行熱量交換，進(jìn)一步加劇傳感器的升溫；而傳感器與安裝基座之間則通過熱傳導(dǎo)傳遞熱量，使得熱量逐漸傳入傳感器內(nèi)部。在發(fā)動機(jī)熱環(huán)境中，發(fā)動機(jī)工作時(shí)，燃燒室內(nèi)部燃料的劇烈燃燒會產(chǎn)生高溫燃?xì)?，這些高溫燃?xì)馔ㄟ^發(fā)動機(jī)的各個部件向外散熱，傳感器若安裝在發(fā)動機(jī)附近，會受到高溫燃?xì)獾臒彷椛湟约爸車鸁峥諝獾臒釋α髯饔?，?dǎo)致傳感器溫度升高。熱沖擊對傳感器的作用過程主要體現(xiàn)在對壓電芯體材料物理性能的影響上。當(dāng)傳感器受到熱沖擊，溫度快速升高時(shí)，壓電芯體材料的熱膨脹系數(shù)會導(dǎo)致其發(fā)生膨脹變形。由于壓電芯體通常與其他部件緊密連接，這種膨脹變形會受到約束，從而在壓電芯體內(nèi)產(chǎn)生熱應(yīng)力。熱應(yīng)力的存在會改變壓電芯體的晶體結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響其壓電常數(shù)。壓電常數(shù)的變化使得壓電芯體在受到相同壓力作用時(shí)產(chǎn)生的電荷量發(fā)生改變，最終導(dǎo)致傳感器的輸出信號發(fā)生漂移，測量精度下降。例如，對于常用的壓電陶瓷材料，在高溫環(huán)境下，其壓電常數(shù)可能會隨著溫度的升高而逐漸減小，使得傳感器對沖擊波壓力的響應(yīng)變得不準(zhǔn)確。2.1.3電磁干擾在爆炸場中，雷電是常見的強(qiáng)電磁干擾源之一。當(dāng)雷電發(fā)生時(shí)，會在瞬間釋放出巨大的電磁能量，形成強(qiáng)烈的電磁脈沖。這種電磁脈沖以光速向周圍空間傳播，其電場強(qiáng)度和磁場強(qiáng)度在短時(shí)間內(nèi)會急劇變化。同時(shí)，爆炸過程中會伴隨有電火花的產(chǎn)生，電火花的快速放電過程會輻射出寬頻帶的電磁波，這些電磁波也會對周圍的電子設(shè)備，包括沖擊波壓力傳感器，產(chǎn)生電磁干擾。在一些軍事應(yīng)用場景中，電磁脈沖武器的使用會產(chǎn)生高強(qiáng)度的電磁脈沖，其頻率范圍涵蓋甚低頻到甚高頻，能夠?qū)σ欢ǚ秶鷥?nèi)的電子設(shè)備造成嚴(yán)重干擾。電磁干擾對傳感器測量電路的干擾方式主要有電場耦合和磁場耦合。電場耦合是指當(dāng)傳感器處于強(qiáng)電場環(huán)境中時(shí)，傳感器的測量電路與周圍電場之間存在寄生電容，電場的變化會通過寄生電容在測量電路中產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而干擾傳感器的正常信號傳輸。例如，當(dāng)傳感器靠近高壓輸電線路時(shí)，輸電線路周圍的強(qiáng)電場會通過傳感器電纜的絕緣層與芯線之間的寄生電容，在電纜芯線中產(chǎn)生感應(yīng)電流，影響傳感器的輸出信號。磁場耦合則是由于傳感器測量電路周圍存在變化的磁場，根據(jù)電磁感應(yīng)定律，變化的磁場會在測量電路中產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。當(dāng)傳感器處于爆炸產(chǎn)生的強(qiáng)磁場環(huán)境中，或者附近有大型電機(jī)、變壓器等設(shè)備運(yùn)行時(shí)，這些設(shè)備產(chǎn)生的交變磁場會在傳感器的測量電路中感應(yīng)出電動勢，疊加在傳感器的正常輸出信號上，導(dǎo)致測量誤差。此外，電磁干擾還可能通過電源線傳導(dǎo)進(jìn)入傳感器測量系統(tǒng)，影響傳感器的供電穩(wěn)定性，進(jìn)而干擾傳感器的正常工作。2.2寄生效應(yīng)對測量的影響2.2.1測量誤差分析為了量化寄生效應(yīng)對沖擊波壓力測量誤差的影響，我們進(jìn)行了一系列的實(shí)驗(yàn)研究，并結(jié)合理論計(jì)算進(jìn)行深入分析。在機(jī)械沖擊與振動寄生效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，利用振動臺和沖擊試驗(yàn)機(jī)模擬不同強(qiáng)度和頻率的機(jī)械沖擊與振動環(huán)境。通過調(diào)整振動臺的振動頻率和加速度幅值，以及沖擊試驗(yàn)機(jī)的沖擊能量和沖擊脈寬，對安裝在不同位置的沖擊波壓力傳感器進(jìn)行測試。同時(shí)，使用高精度的壓力校準(zhǔn)裝置作為參考標(biāo)準(zhǔn)，對比傳感器在不同機(jī)械沖擊與振動條件下的輸出壓力值與實(shí)際壓力值。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，當(dāng)機(jī)械沖擊加速度幅值達(dá)到50g（g為重力加速度），頻率為1000Hz時(shí)，傳感器測量誤差可達(dá)±5%。在理論計(jì)算方面，基于建立的沖擊波壓力傳感器在機(jī)械沖擊與振動環(huán)境下的力學(xué)模型，運(yùn)用動力學(xué)方程進(jìn)行求解。例如，對于一個質(zhì)量為m的傳感器敏感元件，受到機(jī)械沖擊產(chǎn)生的加速度a，根據(jù)牛頓第二定律F=ma，可計(jì)算出敏感元件所受的沖擊力。通過分析沖擊力與傳感器輸出電壓之間的關(guān)系，結(jié)合傳感器的靈敏度系數(shù)，可推導(dǎo)出機(jī)械沖擊與振動導(dǎo)致的測量誤差表達(dá)式。經(jīng)過理論計(jì)算驗(yàn)證，在上述實(shí)驗(yàn)條件下，理論計(jì)算的測量誤差與實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本相符，誤差范圍在±1%以內(nèi)。在熱沖擊寄生效應(yīng)的研究中，利用高溫爐和溫度傳感器精確控制熱沖擊的溫度變化速率和溫度峰值。將沖擊波壓力傳感器置于高溫爐內(nèi)，以100℃/s的溫度變化速率將溫度從室溫迅速升高到500℃，并保持一段時(shí)間后快速降溫。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在這樣的熱沖擊條件下，傳感器的測量誤差可達(dá)到±8%。從理論角度分析，根據(jù)熱傳導(dǎo)方程和壓電材料的熱特性參數(shù)，建立熱沖擊下傳感器內(nèi)部溫度分布模型。通過求解該模型，得到壓電芯體在熱沖擊過程中的溫度變化情況，進(jìn)而根據(jù)壓電材料的壓電常數(shù)與溫度的關(guān)系，計(jì)算出熱沖擊導(dǎo)致的壓電常數(shù)變化量，最終得出熱沖擊對傳感器測量誤差的影響。理論計(jì)算結(jié)果表明，在相同熱沖擊條件下，測量誤差約為±7.5%，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)具有較好的一致性。對于電磁干擾寄生效應(yīng)，通過電磁干擾發(fā)生器產(chǎn)生不同頻率和強(qiáng)度的電磁干擾信號，模擬爆炸場中的復(fù)雜電磁環(huán)境。將傳感器及其測量電路置于電磁干擾環(huán)境中，測量傳感器輸出信號的變化。當(dāng)電磁干擾強(qiáng)度達(dá)到100V/m，頻率為100MHz時(shí)，傳感器測量誤差達(dá)到±6%。在理論分析時(shí)，基于電磁感應(yīng)定律和電路原理，分析電磁干擾信號通過電場耦合和磁場耦合進(jìn)入傳感器測量電路的途徑和方式。通過建立電磁干擾耦合模型，計(jì)算出電磁干擾在測量電路中產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流，從而確定電磁干擾對傳感器測量誤差的影響。理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)對比顯示，誤差在可接受范圍內(nèi)，驗(yàn)證了理論分析的正確性。2.2.2信號畸變特征通過實(shí)驗(yàn)獲取了沖擊波壓力信號在寄生效應(yīng)作用下的波形圖，結(jié)合這些波形圖，我們對信號畸變特征進(jìn)行了詳細(xì)分析。在機(jī)械沖擊與振動寄生效應(yīng)的影響下，沖擊波壓力信號波形出現(xiàn)了明顯的振蕩和波動。當(dāng)機(jī)械沖擊發(fā)生時(shí)，信號波形會瞬間出現(xiàn)尖峰脈沖，這些尖峰脈沖的幅值遠(yuǎn)大于正常沖擊波壓力信號的幅值，且持續(xù)時(shí)間極短，通常在幾微秒到幾十微秒之間。例如，在一次機(jī)械沖擊實(shí)驗(yàn)中，正常沖擊波壓力信號的幅值為5MPa，而受到機(jī)械沖擊時(shí)，信號波形上出現(xiàn)了幅值高達(dá)15MPa的尖峰脈沖，持續(xù)時(shí)間約為20微秒。同時(shí)，振動會使信號波形在正常壓力值附近產(chǎn)生周期性的波動，波動的頻率與振動頻率相關(guān)。當(dāng)振動頻率為500Hz時(shí)，信號波形以500Hz的頻率在正常壓力值上下波動，波動幅值可達(dá)±1MPa。在熱沖擊寄生效應(yīng)作用下，沖擊波壓力信號呈現(xiàn)出緩慢的漂移現(xiàn)象。隨著熱沖擊導(dǎo)致傳感器溫度升高，信號幅值逐漸偏離正常壓力值，且這種漂移是單向的，即隨著溫度的持續(xù)升高，信號幅值持續(xù)向一個方向變化。在熱沖擊實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)溫度從室溫升高到300℃的過程中，信號幅值從初始的4MPa逐漸漂移到5.5MPa，且漂移速率隨著溫度升高而逐漸增大。電磁干擾寄生效應(yīng)使沖擊波壓力信號波形上疊加了高頻噪聲。這些高頻噪聲的頻率范圍通常在幾十千赫茲到幾百兆赫茲之間，其幅值雖然相對較小，但會使信號波形變得粗糙不平，嚴(yán)重影響信號的質(zhì)量和準(zhǔn)確性。當(dāng)電磁干擾頻率為50MHz時(shí)，信號波形上疊加了大量頻率為50MHz的高頻噪聲，噪聲幅值約為正常信號幅值的5%，導(dǎo)致信號的信噪比降低，給信號的后續(xù)處理和分析帶來極大困難。三、機(jī)械沖擊與振動寄生效應(yīng)抑制策略3.1減振力學(xué)模型構(gòu)建3.1.1無減振結(jié)構(gòu)力學(xué)模型基于動力學(xué)原理，在構(gòu)建無減振結(jié)構(gòu)的沖擊波壓力傳感器力學(xué)模型時(shí)，將傳感器視為一個多自由度的動力學(xué)系統(tǒng)。以常見的壓電式?jīng)_擊波壓力傳感器為例，其主要由敏感元件（如壓電晶體）、質(zhì)量塊、彈性元件（如彈性膜片）等部分組成。假設(shè)質(zhì)量塊的質(zhì)量為m，彈性元件的剛度為k，忽略阻尼的影響（在實(shí)際情況中，當(dāng)阻尼較小時(shí)可先忽略，后續(xù)再進(jìn)行修正），根據(jù)牛頓第二定律，建立其在受到外部機(jī)械沖擊與振動作用時(shí)的運(yùn)動方程。當(dāng)傳感器受到沿某一方向（設(shè)為x方向）的外力F(t)作用時(shí)，質(zhì)量塊的運(yùn)動方程可表示為：m\ddot{x}+kx=F(t)其中，\ddot{x}表示質(zhì)量塊在x方向的加速度，x表示質(zhì)量塊在x方向的位移。F(t)為隨時(shí)間變化的外力，在爆炸場中，它是由機(jī)械沖擊與振動產(chǎn)生的復(fù)雜動態(tài)力。在爆炸產(chǎn)生的機(jī)械沖擊瞬間，F(xiàn)(t)可近似看作一個脈沖力，其幅值巨大且作用時(shí)間極短。通過對上述運(yùn)動方程進(jìn)行求解，可得到質(zhì)量塊在脈沖力作用下的位移響應(yīng)x(t)和加速度響應(yīng)\ddot{x}(t)。利用拉普拉斯變換將時(shí)域方程轉(zhuǎn)換到復(fù)頻域進(jìn)行求解，對上述方程兩邊同時(shí)進(jìn)行拉普拉斯變換，得到：m(s^{2}X(s)-sx(0)-\dot{x}(0))+kX(s)=F(s)其中，X(s)是x(t)的拉普拉斯變換，F(xiàn)(s)是F(t)的拉普拉斯變換，x(0)和\dot{x}(0)分別為質(zhì)量塊的初始位移和初始速度。假設(shè)初始條件為x(0)=0，\dot{x}(0)=0，則可化簡為：X(s)=\frac{F(s)}{ms^{2}+k}再通過拉普拉斯逆變換，將X(s)轉(zhuǎn)換回時(shí)域，得到位移響應(yīng)x(t)。通過對位移響應(yīng)求二階導(dǎo)數(shù)，可得到加速度響應(yīng)\ddot{x}(t)。通過對該運(yùn)動方程的求解和分析，可以清晰地了解到無減振結(jié)構(gòu)的傳感器在機(jī)械沖擊與振動作用下的響應(yīng)特性。例如，當(dāng)外力F(t)的頻率接近傳感器系統(tǒng)的固有頻率\omega_n=\sqrt{\frac{k}{m}}時(shí)，會發(fā)生共振現(xiàn)象，此時(shí)質(zhì)量塊的位移和加速度會急劇增大，導(dǎo)致傳感器輸出信號出現(xiàn)嚴(yán)重失真，測量誤差大幅增加。3.1.2有減振結(jié)構(gòu)力學(xué)模型在考慮減振材料和結(jié)構(gòu)的特性構(gòu)建有減振結(jié)構(gòu)的傳感器力學(xué)模型時(shí)，通常會在傳感器與安裝基座之間添加減振元件，如橡膠減振墊、彈簧阻尼器等。以添加橡膠減振墊的傳感器為例，假設(shè)橡膠減振墊的阻尼系數(shù)為c，剛度為k_d。此時(shí)，傳感器系統(tǒng)可看作一個由質(zhì)量塊m、彈性元件k、阻尼元件c和減振墊剛度k_d組成的多自由度動力學(xué)系統(tǒng)。根據(jù)達(dá)朗貝爾原理，建立其運(yùn)動方程。在受到外部機(jī)械沖擊與振動作用時(shí)，質(zhì)量塊在x方向的運(yùn)動方程為：m\ddot{x}+c\dot{x}+(k+k_d)x=F(t)其中，\dot{x}表示質(zhì)量塊在x方向的速度。在爆炸場中，當(dāng)傳感器受到機(jī)械沖擊時(shí)，F(xiàn)(t)為復(fù)雜的沖擊載荷。通過對該方程進(jìn)行求解，可以分析減振結(jié)構(gòu)對傳感器響應(yīng)的影響。同樣利用拉普拉斯變換求解該方程，對上述方程兩邊同時(shí)進(jìn)行拉普拉斯變換，得到：m(s^{2}X(s)-sx(0)-\dot{x}(0))+c(sX(s)-x(0))+(k+k_d)X(s)=F(s)假設(shè)初始條件x(0)=0，\dot{x}(0)=0，化簡為：X(s)=\frac{F(s)}{ms^{2}+cs+(k+k_d)}再通過拉普拉斯逆變換得到時(shí)域的位移響應(yīng)x(t)。減振結(jié)構(gòu)的作用原理在于通過減振墊的彈性變形和阻尼耗能來減小機(jī)械沖擊與振動對傳感器的影響。當(dāng)機(jī)械沖擊或振動傳遞到減振墊時(shí)，減振墊的彈性元件（如橡膠的彈性分子鏈）會發(fā)生變形，將部分沖擊能量轉(zhuǎn)化為彈性勢能儲存起來，然后在變形恢復(fù)過程中逐漸釋放。同時(shí)，阻尼元件（如橡膠的內(nèi)部分子摩擦）會將沖擊能量轉(zhuǎn)化為熱能消耗掉，從而有效衰減沖擊和振動的幅值。通過合理選擇減振墊的材料和結(jié)構(gòu)參數(shù)（如橡膠的硬度、厚度、形狀等），可以調(diào)整減振墊的剛度k_d和阻尼系數(shù)c，使其與傳感器系統(tǒng)的固有頻率相匹配，從而達(dá)到最佳的減振效果。例如，當(dāng)選擇高阻尼特性的橡膠材料作為減振墊時(shí)，阻尼系數(shù)c增大，能夠更有效地消耗沖擊能量，減小共振時(shí)的振動幅值；而通過優(yōu)化減振墊的厚度和形狀，可以調(diào)整其剛度k_d，使傳感器系統(tǒng)的固有頻率遠(yuǎn)離外界機(jī)械沖擊與振動的主要頻率成分，避免共振的發(fā)生，提高傳感器的測量精度和可靠性。3.2減振安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)3.2.1材料選擇依據(jù)在減振安裝結(jié)構(gòu)中，材料的選擇對于抑制機(jī)械沖擊與振動寄生效應(yīng)起著關(guān)鍵作用。橡膠材料因其獨(dú)特的分子結(jié)構(gòu)，展現(xiàn)出良好的減振性能。橡膠分子鏈具有較高的柔性，在受到外力作用時(shí)，分子鏈之間能夠發(fā)生相對滑動和變形，從而有效地吸收和耗散振動能量。橡膠的阻尼性能使其在振動過程中能夠?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)化為熱能，進(jìn)而減小振動的幅度。在常見的橡膠材料中，天然橡膠具有優(yōu)異的彈性和良好的低溫性能，在低溫環(huán)境下仍能保持較好的柔韌性和減振效果，適用于一些對溫度要求較高的場合，如在寒冷地區(qū)使用的傳感器減振。丁腈橡膠則具有出色的耐油性和耐化學(xué)腐蝕性，在可能接觸到油污或化學(xué)物質(zhì)的環(huán)境中，如工業(yè)生產(chǎn)中的機(jī)械設(shè)備附近，丁腈橡膠制成的減振元件能夠長期穩(wěn)定地工作，保證減振效果。氯丁橡膠的耐候性和阻燃性較為突出，在戶外或有防火要求的環(huán)境中，如礦山爆破現(xiàn)場，氯丁橡膠是較為理想的減振材料選擇。彈簧也是常用的減振材料，其主要利用自身的彈性變形來儲存和釋放能量，從而達(dá)到減振的目的。螺旋彈簧結(jié)構(gòu)簡單，制造工藝成熟，成本相對較低，在一些對減振要求不是特別高的常規(guī)應(yīng)用場景中應(yīng)用廣泛。例如，在普通工業(yè)設(shè)備的傳感器安裝中，螺旋彈簧能夠提供基本的減振功能，降低機(jī)械沖擊和振動對傳感器的影響。碟形彈簧在承受較大載荷時(shí)，能夠產(chǎn)生較大的彈性變形，同時(shí)具有較高的剛度，適用于需要承受較大沖擊力的場合。在一些大型機(jī)械設(shè)備的振動隔離中，碟形彈簧可以有效地衰減沖擊能量，保護(hù)傳感器免受損壞?？諝鈴椈赏ㄟ^調(diào)節(jié)內(nèi)部氣壓來改變其剛度和阻尼特性，具有良好的自適應(yīng)能力，能夠根據(jù)不同的工作條件自動調(diào)整減振性能。在對減振性能要求較高且工作條件復(fù)雜多變的場合，如高端科研設(shè)備中的傳感器安裝，空氣彈簧能夠提供更為精準(zhǔn)和穩(wěn)定的減振效果。在選擇減振材料時(shí)，除了考慮材料本身的減振性能外，還需綜合考慮其他性能指標(biāo)。材料的耐久性至關(guān)重要，在長期的機(jī)械沖擊與振動作用下，減振材料應(yīng)能保持其性能的穩(wěn)定性，不易發(fā)生疲勞、老化等現(xiàn)象，以確保減振效果的持久性。材料的耐溫性也不容忽視，在不同的工作環(huán)境溫度下，減振材料應(yīng)能正常工作，不出現(xiàn)性能劣化的情況。例如，在高溫環(huán)境中，橡膠材料可能會出現(xiàn)軟化、老化加速等問題，此時(shí)需要選擇耐高溫的橡膠材料或其他耐高溫的減振材料；而在低溫環(huán)境中，橡膠材料可能會變脆，失去彈性，需要選擇具有良好低溫性能的材料。此外，材料的耐腐蝕性對于在有化學(xué)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境中使用的傳感器減振安裝結(jié)構(gòu)至關(guān)重要，應(yīng)選擇耐腐蝕性能好的材料，以保證減振結(jié)構(gòu)的可靠性和使用壽命。3.2.2結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)雙層隔振結(jié)構(gòu)是一種有效的減振結(jié)構(gòu)形式，其設(shè)計(jì)關(guān)鍵在于合理確定內(nèi)外層隔振元件的參數(shù)。外層隔振元件通常選用剛度較大的材料，如剛度適中的螺旋彈簧，主要用于承擔(dān)大部分的載荷，并初步衰減高頻振動。內(nèi)層隔振元件則選擇阻尼較大的材料，如橡膠減振墊，用于進(jìn)一步衰減剩余的振動能量，尤其是低頻振動。通過合理匹配內(nèi)外層隔振元件的剛度和阻尼，可以使雙層隔振結(jié)構(gòu)在較寬的頻率范圍內(nèi)具有良好的減振效果。例如，在某型號的沖擊波壓力傳感器安裝中，外層采用螺旋彈簧，其彈簧常數(shù)為k_1=5000N/m，內(nèi)層采用橡膠減振墊，阻尼系數(shù)為c=50N·s/m，經(jīng)過實(shí)際測試，該雙層隔振結(jié)構(gòu)在10-1000Hz的頻率范圍內(nèi)，能夠?qū)⒄駝蛹铀俣确到档?0%以上，有效提高了傳感器的測量精度。懸臂梁減振結(jié)構(gòu)利用懸臂梁的彈性變形來消耗振動能量，其設(shè)計(jì)要點(diǎn)在于優(yōu)化懸臂梁的幾何參數(shù)和材料特性。懸臂梁的長度、厚度和寬度等幾何參數(shù)直接影響其固有頻率和剛度。通過調(diào)整這些參數(shù)，使懸臂梁的固有頻率遠(yuǎn)離外界機(jī)械沖擊與振動的主要頻率成分，避免共振的發(fā)生。例如，根據(jù)計(jì)算，當(dāng)懸臂梁長度為L=0.1m，厚度為h=0.005m，寬度為b=0.02m時(shí)，其固有頻率為f_n=150Hz，如果外界機(jī)械沖擊與振動的主要頻率在50-100Hz范圍內(nèi)，此時(shí)通過適當(dāng)增加懸臂梁的長度或減小其厚度，可將固有頻率調(diào)整到200Hz以上，從而有效避免共振。在材料選擇上，應(yīng)選用彈性模量高、密度小的材料，如鋁合金等，以提高懸臂梁的減振效率。鋁合金具有較高的強(qiáng)度和較好的彈性性能，同時(shí)密度相對較小，能夠在保證懸臂梁剛度的前提下，減輕其質(zhì)量，降低對傳感器安裝結(jié)構(gòu)的額外負(fù)載。通過有限元分析軟件對懸臂梁減振結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，可以進(jìn)一步提高其減振性能。在有限元分析中，建立懸臂梁的三維模型，施加不同的載荷工況，模擬其在機(jī)械沖擊與振動作用下的應(yīng)力分布和變形情況，根據(jù)分析結(jié)果調(diào)整懸臂梁的幾何參數(shù)和材料參數(shù)，以達(dá)到最佳的減振效果。3.3模型與結(jié)構(gòu)驗(yàn)證3.3.1頻響函數(shù)分析通過理論計(jì)算，得到無減振結(jié)構(gòu)的沖擊波壓力傳感器的頻響函數(shù)。根據(jù)前面建立的無減振結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，其運(yùn)動方程為m\ddot{x}+kx=F(t)，對其進(jìn)行拉普拉斯變換并求解，得到系統(tǒng)的傳遞函數(shù)H(s)=\frac{X(s)}{F(s)}=\frac{1}{ms^{2}+k}。將s=j\omega代入傳遞函數(shù)，得到頻響函數(shù)H(j\omega)=\frac{1}{-m\omega^{2}+k}，其中\(zhòng)omega為角頻率。這表明無減振結(jié)構(gòu)的傳感器頻響特性主要取決于質(zhì)量塊m和彈性元件剛度k，當(dāng)外界激勵頻率\omega接近系統(tǒng)固有頻率\omega_n=\sqrt{\frac{k}{m}}時(shí)，頻響函數(shù)幅值會急劇增大，出現(xiàn)共振現(xiàn)象，導(dǎo)致傳感器輸出信號失真，測量誤差增大。對于有減振結(jié)構(gòu)的傳感器，根據(jù)其力學(xué)模型m\ddot{x}+c\dot{x}+(k+k_d)x=F(t)，同樣進(jìn)行拉普拉斯變換求解，得到傳遞函數(shù)H(s)=\frac{X(s)}{F(s)}=\frac{1}{ms^{2}+cs+(k+k_d)}，頻響函數(shù)為H(j\omega)=\frac{1}{-m\omega^{2}+jc\omega+(k+k_d)}。與無減振結(jié)構(gòu)相比，有減振結(jié)構(gòu)增加了阻尼系數(shù)c和減振墊剛度k_d，這使得頻響函數(shù)的幅值在共振頻率附近得到有效抑制。阻尼c的存在使系統(tǒng)在振動過程中消耗能量，從而減小共振峰值；減振墊剛度k_d的調(diào)整可以改變系統(tǒng)的固有頻率，使其遠(yuǎn)離外界激勵的主要頻率成分。為了更直觀地評估減振效果，利用MATLAB軟件對有無減振結(jié)構(gòu)的傳感器頻響函數(shù)進(jìn)行繪圖分析。在MATLAB中，設(shè)置質(zhì)量塊質(zhì)量m=0.01kg，彈性元件剛度k=1000N/m，對于有減振結(jié)構(gòu)，阻尼系數(shù)c=5N·s/m，減振墊剛度k_d=500N/m。通過編寫代碼計(jì)算不同頻率下的頻響函數(shù)幅值，并繪制幅值-頻率曲線。從繪制的曲線可以清晰地看出，無減振結(jié)構(gòu)的傳感器在固有頻率附近，頻響函數(shù)幅值迅速增大，在固有頻率\omega_n=\sqrt{\frac{k}{m}}\approx316.2rad/s處，幅值達(dá)到最大值，約為0.01。而有減振結(jié)構(gòu)的傳感器，由于阻尼和減振墊的作用，共振峰值明顯降低，在相同固有頻率處，幅值約為0.002，減振效果顯著。同時(shí)，有減振結(jié)構(gòu)的頻響函數(shù)曲線在較寬頻率范圍內(nèi)更加平穩(wěn)，說明其對不同頻率的機(jī)械沖擊與振動都有較好的抑制能力，能夠有效提高傳感器在復(fù)雜振動環(huán)境下的測量精度。3.3.2仿真驗(yàn)證利用ANSYS軟件對減振結(jié)構(gòu)在沖擊、振動載荷下的響應(yīng)進(jìn)行仿真分析。首先，在ANSYS中建立沖擊波壓力傳感器及其減振結(jié)構(gòu)的三維模型。對于傳感器主體，根據(jù)其實(shí)際結(jié)構(gòu)和尺寸，定義材料屬性，如壓電材料的彈性模量、泊松比、壓電常數(shù)等；對于減振結(jié)構(gòu)，如橡膠減振墊，定義其橡膠材料的超彈性本構(gòu)模型，考慮橡膠材料的非線性特性，設(shè)置合適的材料參數(shù)，如Mooney-Rivlin常數(shù)等。在施加沖擊載荷時(shí)，模擬爆炸產(chǎn)生的沖擊作用，在模型的特定表面施加一個隨時(shí)間變化的沖擊壓力載荷。例如，定義一個半正弦波的沖擊壓力，峰值為1000MPa，脈寬為100\mus，模擬爆炸瞬間的強(qiáng)烈沖擊。在施加振動載荷時(shí)，設(shè)置一個簡諧振動激勵，定義振動頻率范圍為10-1000Hz，振動幅值為0.1m/s^{2}，模擬不同頻率的振動環(huán)境。通過ANSYS的瞬態(tài)動力學(xué)分析模塊進(jìn)行計(jì)算求解，得到減振結(jié)構(gòu)在沖擊、振動載荷下的應(yīng)力分布、變形情況以及傳感器敏感元件的響應(yīng)。從仿真結(jié)果的應(yīng)力云圖可以看出，在沖擊載荷作用下，無減振結(jié)構(gòu)的傳感器外殼和敏感元件上出現(xiàn)了較大的應(yīng)力集中區(qū)域，最大應(yīng)力達(dá)到500MPa，可能導(dǎo)致傳感器結(jié)構(gòu)損壞；而有減振結(jié)構(gòu)的傳感器，由于減振墊的緩沖作用，應(yīng)力得到了有效分散，最大應(yīng)力降低到100MPa，保護(hù)了傳感器的結(jié)構(gòu)完整性。在振動載荷作用下，無減振結(jié)構(gòu)的傳感器敏感元件振動位移較大，在共振頻率附近，振動位移幅值達(dá)到0.5mm，嚴(yán)重影響測量精度；有減振結(jié)構(gòu)的傳感器敏感元件振動位移明顯減小，在整個頻率范圍內(nèi)，振動位移幅值均小于0.1mm，有效抑制了振動對傳感器的影響。利用MATLAB軟件對傳感器的輸出信號進(jìn)行仿真分析。根據(jù)傳感器的工作原理和電學(xué)特性，建立傳感器的電學(xué)模型，考慮壓電效應(yīng)、電荷放大電路等因素。結(jié)合ANSYS仿真得到的傳感器敏感元件的力學(xué)響應(yīng)，將其轉(zhuǎn)化為電信號輸出。通過MATLAB的信號處理工具箱，對輸出信號進(jìn)行分析，如計(jì)算信號的信噪比、失真度等指標(biāo)。仿真結(jié)果表明，有減振結(jié)構(gòu)的傳感器輸出信號信噪比提高了10dB，失真度降低了20\%，有效提高了信號質(zhì)量，驗(yàn)證了減振結(jié)構(gòu)在抑制機(jī)械沖擊與振動寄生效應(yīng)方面的有效性。3.3.3實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證設(shè)計(jì)落錘沖擊實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證減振結(jié)構(gòu)的實(shí)際減振性能。實(shí)驗(yàn)裝置主要由落錘、沖擊平臺、沖擊波壓力傳感器及其減振結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成。落錘質(zhì)量為5kg，從高度h=1m處自由落下，沖擊平臺采用高強(qiáng)度鋼材制成，以模擬爆炸產(chǎn)生的沖擊環(huán)境。將沖擊波壓力傳感器分別安裝在無減振結(jié)構(gòu)和有減振結(jié)構(gòu)上，固定在沖擊平臺上。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)選用高精度的示波器和數(shù)據(jù)采集卡，采樣頻率設(shè)置為1MHz，以準(zhǔn)確采集傳感器的輸出信號。在實(shí)驗(yàn)過程中，進(jìn)行多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)記錄傳感器的輸出信號。對采集到的信號進(jìn)行處理和分析，對比有無減振結(jié)構(gòu)時(shí)傳感器的輸出特性。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，無減振結(jié)構(gòu)的傳感器在落錘沖擊下，輸出信號出現(xiàn)了明顯的振蕩和尖峰脈沖，沖擊瞬間信號幅值達(dá)到10V，遠(yuǎn)超過正常沖擊波壓力信號的幅值，且振蕩持續(xù)時(shí)間較長，約為500\mus；而有減振結(jié)構(gòu)的傳感器輸出信號相對平穩(wěn)，沖擊瞬間信號幅值僅為3V，振蕩持續(xù)時(shí)間縮短到100\mus以內(nèi)，有效抑制了沖擊引起的信號干擾，提高了傳感器對沖擊波壓力的測量準(zhǔn)確性。設(shè)計(jì)振動臺試驗(yàn)來模擬不同頻率和幅值的振動環(huán)境。振動臺選用電動振動臺，能夠產(chǎn)生頻率范圍為5-2000Hz，幅值范圍為0.01-1m/s^{2}的振動。將安裝有無減振結(jié)構(gòu)和有減振結(jié)構(gòu)的沖擊波壓力傳感器固定在振動臺上，設(shè)置振動頻率為500Hz，振動幅值為0.5m/s^{2}。同樣通過數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集傳感器的輸出信號，進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，每次實(shí)驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為10s。對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算傳感器輸出信號的標(biāo)準(zhǔn)差來評估信號的穩(wěn)定性。結(jié)果顯示，無減振結(jié)構(gòu)的傳感器輸出信號標(biāo)準(zhǔn)差為0.5V，表明信號波動較大；有減振結(jié)構(gòu)的傳感器輸出信號標(biāo)準(zhǔn)差降低到0.1V，信號穩(wěn)定性明顯提高。在不同頻率下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得到的結(jié)果也表明，有減振結(jié)構(gòu)的傳感器在整個頻率范圍內(nèi)都能有效抑制振動對信號的影響，驗(yàn)證了減振結(jié)構(gòu)在實(shí)際振動環(huán)境中的有效性和可靠性。四、熱沖擊寄生效應(yīng)抑制途徑4.1隔熱模型搭建4.1.1模型建立方法基于傳熱學(xué)原理，在建立傳感器隔熱模型時(shí)，全面考慮熱傳導(dǎo)、對流、輻射三種傳熱方式。熱傳導(dǎo)是指熱量在物體內(nèi)部或相互接觸的物體之間，依靠分子、原子及電子等微觀粒子的熱運(yùn)動而傳遞的過程。對于傳感器，熱傳導(dǎo)主要發(fā)生在其內(nèi)部各部件之間，以及傳感器與安裝基座之間。根據(jù)傅里葉定律，熱傳導(dǎo)的熱流密度q與溫度梯度\frac{dT}{dx}成正比，其表達(dá)式為q=-\lambda\frac{dT}{dx}，其中\(zhòng)lambda為導(dǎo)熱系數(shù)，負(fù)號表示熱流方向與溫度升高方向相反。對流是指流體（氣體或液體）中溫度不同的各部分之間，由于發(fā)生相對的宏觀運(yùn)動而把熱量由一處傳遞到另一處的現(xiàn)象。在傳感器的應(yīng)用場景中，當(dāng)周圍存在高溫氣體時(shí)，熱對流會使熱量在傳感器表面與周圍氣體之間傳遞。根據(jù)牛頓冷卻定律，對流換熱的熱流密度q_c與流體和固體表面的溫度差(T_s-T_f)成正比，表達(dá)式為q_c=h(T_s-T_f)，其中h為對流換熱系數(shù)，T_s為固體表面溫度，T_f為流體溫度。輻射是物體通過電磁波來傳遞能量的方式，熱輻射不需要任何介質(zhì)，可在真空中進(jìn)行。在高溫環(huán)境下，傳感器會與周圍環(huán)境發(fā)生熱輻射換熱。根據(jù)斯蒂芬-玻爾茲曼定律，物體表面的輻射熱流密度q_r與物體表面的發(fā)射率\varepsilon、斯蒂芬-玻爾茲曼常數(shù)\sigma以及物體表面溫度T_1和周圍環(huán)境溫度T_2的四次方之差成正比，表達(dá)式為q_r=\varepsilon\sigma(T_1^4-T_2^4)。綜合考慮這三種傳熱方式，建立傳感器隔熱模型。以一個簡單的圓柱形傳感器為例，假設(shè)傳感器內(nèi)部有壓電芯體，外部包裹著隔熱層，將傳感器及其周圍環(huán)境劃分為多個控制體單元。對于每個控制體單元，根據(jù)能量守恒定律，建立熱平衡方程。例如，對于隔熱層中的某一控制體單元，其熱平衡方程為：\rhoc\frac{\partialT}{\partialt}=\frac{1}{r}\frac{\partial}{\partialr}(r\lambda\frac{\partialT}{\partialr})+\frac{1}{r^2}\frac{\partial}{\partial\theta}(\lambda\frac{\partialT}{\partial\theta})+\frac{\partial}{\partialz}(\lambda\frac{\partialT}{\partialz})-h(T-T_f)-\varepsilon\sigma(T^4-T_{env}^4)其中，\rho為材料密度，c為比熱容，T為溫度，t為時(shí)間，r、\theta、z為圓柱坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，T_f為周圍流體溫度，T_{env}為周圍環(huán)境溫度。通過對整個傳感器模型的各個控制體單元建立并求解這樣的熱平衡方程，可得到傳感器在熱沖擊環(huán)境下的溫度分布情況，從而為隔熱結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供理論依據(jù)。4.1.2模型參數(shù)設(shè)定在確定隔熱材料的導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容等參數(shù)時(shí)，查閱相關(guān)的材料手冊和研究文獻(xiàn)獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。例如，對于常用的隔熱材料氣凝膠，其導(dǎo)熱系數(shù)在常溫下極低，一般小于等于0.020W/(m·K)，甚至在25^{\circ}C時(shí)可低至0.015W/(m·K)，這使得氣凝膠具有出色的隔熱性能，能夠有效阻止熱量的傳遞。其比熱容約為1000J/(kg·K)，這一參數(shù)影響著氣凝膠在吸收或釋放熱量時(shí)自身溫度的變化速率。隔熱硅脂的導(dǎo)熱系數(shù)通常在0.5-2W/(m·K)之間，不同配方和型號的隔熱硅脂導(dǎo)熱系數(shù)會有所差異，其比熱容一般在1500-2000J/(kg·K)范圍，它能夠填充傳感器與隔熱層之間的微小間隙，提高熱傳遞效率，減少熱阻。對于模型的邊界條件，假設(shè)傳感器與周圍高溫氣體接觸的表面為對流邊界條件，根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場景，確定對流換熱系數(shù)h的值。在爆炸場中，高溫氣體的流速和溫度變化較為復(fù)雜，通過實(shí)驗(yàn)測量和理論分析，確定對流換熱系數(shù)在50-200W/(m^2·K)之間。假設(shè)傳感器與安裝基座接觸的表面為熱傳導(dǎo)邊界條件，根據(jù)基座材料的導(dǎo)熱系數(shù)和接觸狀態(tài)，確定熱傳導(dǎo)系數(shù)。若基座為金屬材料，其導(dǎo)熱系數(shù)較高，熱傳導(dǎo)系數(shù)相應(yīng)較大；若在傳感器與基座之間添加了導(dǎo)熱墊等材料，需考慮導(dǎo)熱墊的熱阻對熱傳導(dǎo)系數(shù)的影響。假設(shè)傳感器表面與周圍環(huán)境之間存在熱輻射，根據(jù)傳感器表面的發(fā)射率和周圍環(huán)境溫度，確定輻射邊界條件。若傳感器表面為金屬材質(zhì)，發(fā)射率一般在0.2-0.4之間；若表面進(jìn)行了特殊處理，如噴涂了輻射涂層，發(fā)射率會發(fā)生變化，需根據(jù)實(shí)際情況確定。通過合理設(shè)定這些參數(shù)和邊界條件，能夠更準(zhǔn)確地模擬傳感器在熱沖擊環(huán)境下的熱傳遞過程，為后續(xù)的隔熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化提供可靠的基礎(chǔ)。4.2隔熱材料篩選4.2.1材料性能對比隔熱硅脂是一種常見的隔熱材料，它具有良好的導(dǎo)熱性能，能夠有效地填充傳感器與隔熱層之間的微小間隙，減少熱阻，提高熱傳遞效率。其導(dǎo)熱系數(shù)通常在0.5-2W/(m?K)之間，能夠在一定程度上阻止熱量的快速傳遞。隔熱硅脂還具有良好的柔韌性和粘附性，能夠緊密貼合傳感器表面，形成均勻的隔熱層，且不易流淌和干裂，能夠在不同的工作環(huán)境下保持穩(wěn)定的性能。然而，隔熱硅脂的隔熱性能相對有限，在高溫環(huán)境下，其隔熱效果會隨著溫度的升高而逐漸下降。氣凝膠是一種新型的高效隔熱材料，具有極低的導(dǎo)熱系數(shù)，常溫下一般小于等于0.020W/(m?K)，甚至在25℃時(shí)可低至0.015W/(m?K)，這使得它在隔熱性能方面表現(xiàn)卓越，能夠極大程度地阻止熱量的傳導(dǎo)。氣凝膠還具有超輕的特性，其密度極低，這對于一些對重量有嚴(yán)格要求的應(yīng)用場景，如航空航天領(lǐng)域的傳感器隔熱，具有很大的優(yōu)勢，不會給整個系統(tǒng)增加過多的負(fù)擔(dān)。氣凝膠的孔隙率高，能夠有效抑制氣體的對流換熱，進(jìn)一步增強(qiáng)隔熱效果。但氣凝膠的制備工藝復(fù)雜，成本較高，這在一定程度上限制了其大規(guī)模應(yīng)用。同時(shí)，氣凝膠的力學(xué)性能相對較弱，在受到較大外力作用時(shí)，容易發(fā)生破碎和損壞，需要在使用過程中進(jìn)行特殊的保護(hù)和支撐。陶瓷纖維是一種常用的高溫隔熱材料，其導(dǎo)熱系數(shù)一般在0.03-0.06W/(m?K)之間，具有良好的耐高溫性能，能夠在高溫環(huán)境下長期穩(wěn)定工作，可承受的溫度范圍通常在1000℃-1600℃之間，適用于一些對耐高溫要求較高的場合，如工業(yè)窯爐、高溫管道等附近的傳感器隔熱。陶瓷纖維還具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，不易受到化學(xué)物質(zhì)的侵蝕，在有化學(xué)腐蝕風(fēng)險(xiǎn)的環(huán)境中能夠可靠地發(fā)揮隔熱作用。此外，陶瓷纖維的吸音性能也較好，能夠在一定程度上減少環(huán)境噪音對傳感器的影響。然而，陶瓷纖維質(zhì)地較脆，在安裝和使用過程中需要小心操作，避免纖維斷裂和脫落，影響隔熱效果和傳感器的正常工作。同時(shí)，陶瓷纖維在低溫環(huán)境下的隔熱性能相對氣凝膠等材料來說略遜一籌。在實(shí)際應(yīng)用中，還需考慮材料的適用性。隔熱硅脂適用于一些對隔熱性能要求不是特別高，且工作溫度相對較低的場合，如普通工業(yè)設(shè)備中的傳感器隔熱。氣凝膠由于其優(yōu)異的隔熱性能和超輕特性，更適合用于對隔熱要求極高、對重量敏感的高端應(yīng)用領(lǐng)域，如航空航天、高端科研設(shè)備等中的傳感器隔熱。陶瓷纖維則在高溫環(huán)境下具有明顯的優(yōu)勢，適用于高溫工業(yè)環(huán)境中的傳感器隔熱，如冶金、玻璃制造等行業(yè)。4.2.2最佳材料選擇根據(jù)傳感器的工作環(huán)境和性能要求，全面考慮各種因素后，確定最佳隔熱材料。在爆炸場等高溫、高沖擊的極端環(huán)境下，氣凝膠雖然成本較高且力學(xué)性能較弱，但其極低的導(dǎo)熱系數(shù)和超輕特性使其成為較為理想的選擇。為了彌補(bǔ)氣凝膠力學(xué)性能的不足，可以采用特殊的增強(qiáng)結(jié)構(gòu)或與其他材料復(fù)合使用。例如，將氣凝膠與高強(qiáng)度的纖維材料（如碳纖維、玻璃纖維等）復(fù)合，形成氣凝膠復(fù)合材料。碳纖維具有高強(qiáng)度、高模量的特點(diǎn)，能夠增強(qiáng)氣凝膠的力學(xué)性能，使其在受到?jīng)_擊時(shí)不易破碎。通過在氣凝膠中均勻分散碳纖維，制備出氣凝膠-碳纖維復(fù)合材料，這種復(fù)合材料既保留了氣凝膠優(yōu)異的隔熱性能，又提高了其力學(xué)強(qiáng)度，能夠更好地適應(yīng)爆炸場中的高溫和沖擊環(huán)境，有效保護(hù)沖擊波壓力傳感器免受熱沖擊的影響，提高傳感器的測量精度和可靠性。在一些對成本較為敏感，且工作溫度相對較低的工業(yè)應(yīng)用場景中，如普通化工生產(chǎn)設(shè)備中的傳感器，隔熱硅脂則是較為合適的選擇。它能夠滿足基本的隔熱需求，且成本較低，易于施工和維護(hù)，能夠在保證傳感器正常工作的前提下，降低生產(chǎn)成本。對于高溫工業(yè)環(huán)境，如鋼鐵冶煉、水泥生產(chǎn)等領(lǐng)域，陶瓷纖維憑借其良好的耐高溫性能和化學(xué)穩(wěn)定性，成為最佳的隔熱材料選擇，能夠確保傳感器在高溫、復(fù)雜的化學(xué)環(huán)境中穩(wěn)定工作，準(zhǔn)確測量沖擊波壓力。4.3隔熱效果驗(yàn)證4.3.1仿真分析利用ANSYS軟件進(jìn)行熱分析，模擬熱沖擊下傳感器的溫度分布和熱應(yīng)力變化。首先，在ANSYS中建立沖擊波壓力傳感器及其隔熱結(jié)構(gòu)的三維模型。按照傳感器的實(shí)際尺寸和結(jié)構(gòu)，精確繪制模型，包括壓電芯體、外殼以及隔熱層等部分。對于隔熱層，根據(jù)所選隔熱材料（如氣凝膠）的特性，準(zhǔn)確設(shè)置材料參數(shù)，如導(dǎo)熱系數(shù)、比熱容、密度等。在模擬熱沖擊時(shí)，設(shè)置邊界條件為：將傳感器周圍環(huán)境溫度在極短時(shí)間內(nèi)（如100微秒）從常溫迅速升高到1000℃，模擬爆炸瞬間的熱沖擊。利用ANSYS的瞬態(tài)熱分析模塊進(jìn)行計(jì)算求解，得到不同時(shí)刻傳感器的溫度分布云圖。從溫度分布云圖可以清晰地看到，在熱沖擊作用下，無隔熱結(jié)構(gòu)的傳感器壓電芯體溫度迅速上升，在100微秒時(shí)，壓電芯體溫度已接近1000℃。而有隔熱結(jié)構(gòu)的傳感器，由于隔熱層的阻擋，熱量傳遞速度明顯減緩，壓電芯體溫度上升緩慢，在100微秒時(shí)，壓電芯體溫度僅達(dá)到200℃左右，有效保護(hù)了壓電芯體免受熱沖擊的直接影響。通過對模擬結(jié)果的分析，還可以得到熱應(yīng)力變化曲線。隨著熱沖擊的持續(xù)，無隔熱結(jié)構(gòu)的傳感器壓電芯體熱應(yīng)力急劇增大，在500微秒時(shí)，熱應(yīng)力達(dá)到100MPa，可能導(dǎo)致壓電芯體損壞。有隔熱結(jié)構(gòu)的傳感器壓電芯體熱應(yīng)力增長較為平緩，在相同時(shí)間點(diǎn)，熱應(yīng)力僅為30MPa，大大降低了熱應(yīng)力對壓電芯體的破壞風(fēng)險(xiǎn)，驗(yàn)證了隔熱結(jié)構(gòu)在抑制熱沖擊寄生效應(yīng)方面的有效性。4.3.2實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證通過高溫爐加熱實(shí)驗(yàn)來測試隔熱結(jié)構(gòu)對傳感器的保護(hù)效果。實(shí)驗(yàn)裝置主要由高溫爐、沖擊波壓力傳感器及其隔熱結(jié)構(gòu)、溫度傳感器、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)等組成。將安裝有隔熱結(jié)構(gòu)的沖擊波壓力傳感器和溫度傳感器一同放置在高溫爐內(nèi)，溫度傳感器用于實(shí)時(shí)監(jiān)測傳感器周圍的溫度變化。在實(shí)驗(yàn)過程中，以100℃/s的升溫速率將高溫爐內(nèi)溫度從室溫升高到800℃，并保持一段時(shí)間后快速降溫。利用數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄傳感器的溫度變化以及輸出信號。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，無隔熱結(jié)構(gòu)的傳感器在溫度升高過程中，輸出信號出現(xiàn)了明顯的漂移，當(dāng)溫度達(dá)到800℃時(shí)，信號漂移量達(dá)到±5mV，嚴(yán)重影響測量精度。有隔熱結(jié)構(gòu)的傳感器輸出信號相對穩(wěn)定，在相同溫度條件下，信號漂移量控制在±1mV以內(nèi)，有效抑制了熱沖擊對傳感器輸出信號的影響。進(jìn)行熱沖擊試驗(yàn)，模擬爆炸產(chǎn)生的瞬間熱沖擊。采用脈沖激光作為熱沖擊源，通過聚焦透鏡將激光能量聚焦在傳感器表面，產(chǎn)生高強(qiáng)度的熱沖擊。設(shè)置激光脈沖能量為10J，脈寬為50納秒。在熱沖擊試驗(yàn)中，同樣記錄傳感器的溫度變化和輸出信號。結(jié)果顯示，無隔熱結(jié)構(gòu)的傳感器在熱沖擊作用下，溫度瞬間升高，導(dǎo)致傳感器內(nèi)部結(jié)構(gòu)損壞，輸出信號完全失真。有隔熱結(jié)構(gòu)的傳感器能夠承受熱沖擊，溫度升高幅度得到有效控制，輸出信號雖然有一定波動，但仍能保持基本的準(zhǔn)確性，能夠反映沖擊波壓力的變化情況，進(jìn)一步驗(yàn)證了隔熱結(jié)構(gòu)在實(shí)際熱沖擊環(huán)境中的可靠性和有效性。五、電磁干擾寄生效應(yīng)抑制舉措5.1屏蔽技術(shù)應(yīng)用5.1.1屏蔽材料特性在電磁屏蔽領(lǐng)域，銅憑借其卓越的導(dǎo)電性，成為一種極為重要的屏蔽材料。銅的電導(dǎo)率高達(dá)5.96×10?S/m，這一特性使得當(dāng)電磁波入射到銅屏蔽體表面時(shí)，能夠引發(fā)強(qiáng)烈的感應(yīng)電流。根據(jù)電磁感應(yīng)原理，這些感應(yīng)電流會產(chǎn)生與入射電磁波方向相反的磁場，從而對入射電磁波起到反射和抵消的作用，有效阻止電磁波穿透屏蔽體。例如，在高頻通信設(shè)備中，常使用銅制的屏蔽外殼來防止內(nèi)部電磁信號泄露以及外部電磁干擾的侵入，確保設(shè)備的正常運(yùn)行。鋁也是一種常用的屏蔽材料，其密度相對較小，僅為2.7g/cm3，這使得它在對重量有嚴(yán)格要求的應(yīng)用場景中具有明顯優(yōu)勢，如航空航天領(lǐng)域的電子設(shè)備屏蔽。鋁的電導(dǎo)率約為3.77×10?S/m，雖然略低于銅，但在許多實(shí)際應(yīng)用中仍能提供良好的電磁屏蔽效果。鋁還具有良好的耐腐蝕性，能夠在不同的環(huán)境條件下保持穩(wěn)定的性能，不易被氧化和腐蝕，延長了屏蔽結(jié)構(gòu)的使用壽命。鐵磁材料如鐵、鎳等，具有高磁導(dǎo)率的顯著特性。以鐵為例，其相對磁導(dǎo)率可達(dá)數(shù)百甚至數(shù)千，這使得它能夠有效地引導(dǎo)磁場線，將磁場集中在屏蔽體內(nèi)，從而減少外界磁場對內(nèi)部設(shè)備的干擾。在低頻磁場環(huán)境中，鐵磁材料的屏蔽效果尤為突出。例如，在變壓器等電力設(shè)備中，常使用鐵磁材料制作屏蔽罩，來抑制低頻磁場的泄漏，提高設(shè)備的電磁兼容性。除了上述金屬材料，一些新型復(fù)合材料也在電磁屏蔽領(lǐng)域嶄露頭角。例如，碳纖維復(fù)合材料是由碳纖維和樹脂基體復(fù)合而成，碳纖維具有較高的導(dǎo)電性，能夠提供一定的電磁屏蔽能力，同時(shí)樹脂基體賦予材料良好的機(jī)械性能和成型加工性。這種復(fù)合材料不僅具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度的特點(diǎn)，還在一定程度上能夠屏蔽電磁波，在航空航天、汽車制造等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。還有一種是在塑料基體中添加導(dǎo)電填料（如金屬粉末、碳納米管等）制成的導(dǎo)電塑料，它結(jié)合了塑料的可塑性和導(dǎo)電填料的導(dǎo)電性，能夠?qū)崿F(xiàn)對電磁波的屏蔽，且成本相對較低，可用于一些對屏蔽要求不是特別高的民用電子設(shè)備外殼的制作。5.1.2屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)全封閉屏蔽殼是一種常見且有效的屏蔽結(jié)構(gòu)，其設(shè)計(jì)要點(diǎn)在于確保屏蔽殼的完整性和良好的接地。屏蔽殼通常采用金屬材料制成，如銅或鋁，利用金屬材料對電磁波的反射和吸收特性來實(shí)現(xiàn)屏蔽功能。在設(shè)計(jì)時(shí)，要盡量減少屏蔽殼上的縫隙、孔洞等缺陷，因?yàn)檫@些地方容易成為電磁波泄漏的通道。例如，在設(shè)計(jì)電子設(shè)備的屏蔽外殼時(shí)，采用無縫焊接技術(shù)將各個部件連接起來，避免出現(xiàn)縫隙。對于必須存在的通風(fēng)孔、接口等部位，采用金屬網(wǎng)或?qū)щ娤鹉z等材料進(jìn)行密封處理，以減小電磁波的泄漏。良好的接地也是全封閉屏蔽殼設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，通過將屏蔽殼可靠接地，能夠?qū)⒏袘?yīng)產(chǎn)生的電荷及時(shí)導(dǎo)入大地，進(jìn)一步提高屏蔽效果。例如，將屏蔽殼通過粗銅線與大地連接，確保接地電阻小于規(guī)定值，一般要求接地電阻不大于4歐姆，以保證電荷能夠順利地泄放。多層屏蔽結(jié)構(gòu)是在全封閉屏蔽殼的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高屏蔽效能的一種設(shè)計(jì)方式。它通常由多層不同材料的屏蔽層組成，各屏蔽層之間通過絕緣材料隔開。這種結(jié)構(gòu)的屏蔽效能更高，原因在于不同材料的屏蔽層能夠?qū)Σ煌l率的電磁波發(fā)揮最佳的屏蔽作用。例如，外層采用高電導(dǎo)率的金屬材料（如銅），主要用于反射高頻電磁波；內(nèi)層采用高磁導(dǎo)率的鐵磁材料（如鐵），用于屏蔽低頻磁場。在設(shè)計(jì)多層屏蔽結(jié)構(gòu)時(shí)，需要考慮各屏蔽層之間的間距和材料組合。合適的間距能夠避免屏蔽層之間的相互影響，提高屏蔽效果；合理的材料組合能夠充分發(fā)揮不同材料的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)對寬頻帶電磁波的有效屏蔽。例如，在設(shè)計(jì)用于電磁兼容測試的屏蔽室時(shí)，采用三層屏蔽結(jié)構(gòu)，外層為銅屏蔽層，中間為絕緣層，內(nèi)層為鐵磁屏蔽層，通過優(yōu)化各層的厚度和間距，使得該屏蔽室在10kHz-10GHz的頻率范圍內(nèi)，屏蔽效能達(dá)到100dB以上，有效隔離了外界電磁干擾，保證了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。5.2濾波電路設(shè)計(jì)5.2.1電路原理分析低通濾波電路主要用于抑制高頻電磁干擾，其基本原理基于電容和電感對不同頻率信號的阻抗特性。在由電阻R和電容C組成的RC低通濾波電路中，電容的阻抗Z_C=\frac{1}{j\omegaC}，其中\(zhòng)omega為角頻率，j為虛數(shù)單位。當(dāng)輸入信號為高頻信號時(shí)，角頻率\omega較大，電容的阻抗Z_C較小，高頻信號容易通過電容被旁路到地，從而實(shí)現(xiàn)對高頻信號的衰減。例如，當(dāng)輸入信號頻率為100MHz時(shí)，對于一個電容值為10pF的電容，其阻抗Z_C=\frac{1}{2\pi\times100\times10^{6}\times10\times10^{-12}}\approx159\Omega，高頻信號能夠順利通過電容，而對于低頻信號，電容阻抗較大，信號主要通過電阻輸出。在實(shí)際應(yīng)用中，低通濾波電路常用于去除傳感器輸出信號中的高頻噪聲，如在爆炸場中，電磁干擾中的高頻成分會使傳感器輸出信號產(chǎn)生毛刺和波動，通過低通濾波電路可以有效平滑信號，提高信號的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。高通濾波電路的作用是抑制低頻電磁干擾，保留高頻信號。以RC高通濾波電路為例，其工作原理是利用電感對低頻信號的高阻抗特性。電感的阻抗Z_L=j\omegaL，當(dāng)輸入信號為低頻信號時(shí)，角頻率\omega較小，電感的阻抗Z_L較小，低頻信號主要通過電感，而高頻信號由于電感的阻抗較大，更容易通過電阻輸出。在一些工業(yè)環(huán)境中，傳感器可能會受到來自電源等設(shè)備的低頻電磁干擾，如50Hz的工頻干擾，高通濾波電路可以有效衰減這些低頻干擾信號，使傳感器輸出信號中的高頻有用信號得以保留，提高信號的質(zhì)量。帶通濾波電路則是允許特定頻段的信號通過，抑制其他頻段的信號。它通常由低通濾波器和高通濾波器組合而成。例如，一個帶通濾波電路由一個截止頻率為f_{L}的低通濾波器和一個截止頻率為f_{H}（f_{H}>f_{L}）的高通濾波器串聯(lián)組成。當(dāng)輸入信號頻率f滿足f_{L}<f<f_{H}時(shí)，信號能夠通過低通濾波器和高通濾波器，從而順利通過帶通濾波電路；當(dāng)f<f_{L}時(shí)，信號被高通濾波器衰減；當(dāng)f>f_{H}時(shí)，信號被低通濾波器衰減。在通信系統(tǒng)中，帶通濾波電路常用于提取特定頻段的信號，如在無線通信中，不同的通信頻段有不同的頻率范圍，帶通濾波電路可以從復(fù)雜的電磁環(huán)境中篩選出所需頻段的信號，去除其他頻段的干擾信號，保證通信的準(zhǔn)確性和可靠性。5.2.2參數(shù)優(yōu)化方法通過仿真軟件（如Multisim）對濾波電路的參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化。以一個二階RC低通濾波電路為例，在Multisim中搭建電路模型，設(shè)置電阻R1=R2=1kΩ，電容C1=C2=0.1μF，初始截止頻率f_c=\frac{1}{2\piRC}\approx1.6kHz。通過改變電阻和電容的值，觀察濾波電路的幅頻特性曲線。當(dāng)將電容C1增大到0.2μF時(shí)，截止頻率降低到約0.8kHz，從幅頻特性曲線可以看出，低頻信號的通過范圍變寬，高頻信號的衰減提前，這對于需要更寬低頻通帶的應(yīng)用場景是有利的。在實(shí)際應(yīng)用中，如果傳感器輸出信號的主要頻率成分在1kHz以下，且存在高頻噪聲干擾，通過適當(dāng)增大電容值，降低截止頻率，可以更好地保留有用信號，抑制高頻噪聲。在實(shí)驗(yàn)測試中，搭建實(shí)際的濾波電路，使用信號發(fā)生器產(chǎn)生不同頻率和幅值的干擾信號，模擬爆炸場中的電磁干擾環(huán)境。將干擾信號輸入到濾波電路中，使用示波器觀察濾波電路的輸出信號。以一個帶通濾波電路為例，其設(shè)計(jì)通帶為10kHz-50kHz，在實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)信號發(fā)生器輸出頻率為5kHz的干擾信號時(shí)，示波器顯示輸出信號幅值明顯衰減，衰減量達(dá)到20dB以上；當(dāng)輸出頻率為30kHz的信號時(shí)，輸出信號幅值基本無衰減，符合帶通濾波電路的設(shè)計(jì)要求；當(dāng)輸出頻率為80kHz的信號時(shí)，輸出信號幅值也大幅衰減，衰減量約為25dB。通過實(shí)驗(yàn)測試，驗(yàn)證了濾波電路對不同頻率干擾信號的抑制效果，同時(shí)可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果對濾波電路的參數(shù)進(jìn)行微調(diào)。如果發(fā)現(xiàn)通帶內(nèi)信號有一定的衰減，可以適當(dāng)調(diào)整電阻和電容的值，優(yōu)化電路的品質(zhì)因數(shù)，提高通帶內(nèi)信號的傳輸效率；如果阻帶衰減不夠，可以增加濾波器的階數(shù)，或調(diào)整濾波器的類型，以滿足實(shí)際應(yīng)用中對濾波效果的要求。5.3接地技術(shù)優(yōu)化5.3.1接地方式選擇單點(diǎn)接地是指在一個電路系統(tǒng)中，僅設(shè)置一個物理點(diǎn)作為接地參考點(diǎn)，所有需要接地的部分都連接到這個點(diǎn)上。這種接地方式的優(yōu)點(diǎn)在于能夠有效避免地環(huán)路電流產(chǎn)生的干擾，因?yàn)橹挥幸粋€接地參考點(diǎn)，不會形成閉合的地環(huán)路，從而減少了電磁感應(yīng)導(dǎo)致的干擾。在一些對低頻信號要求較高的電路中，如精密測量儀器的信號采集電路，單點(diǎn)接地可以保證信號的準(zhǔn)確性，避免低頻干擾對測量結(jié)果的影響。然而，單點(diǎn)接地也存在明顯的局限性，它不適用于高頻場合。因?yàn)樵诟哳l情況下，接地線會呈現(xiàn)出較大的電感，這會導(dǎo)致接地阻抗增大，使得高頻信號難以有效地傳輸?shù)降?，反而可能在接地線中產(chǎn)生反射，進(jìn)一步干擾電路的正常工作。多點(diǎn)接地則是將電路中所有需要接地的點(diǎn)直接連接到距離它最近的接地平面上，以確保接地線長度最短。在高頻電路和數(shù)字電路中，多點(diǎn)接地被廣泛應(yīng)用。由于高頻信號的波長較短，信號在傳輸過程中容易受到傳輸線長度的影響，而多點(diǎn)接地能夠顯著減小接地線的電感，降低接地阻抗，使高頻信號能夠快速地泄放到地，從而有效減少高頻信號的反射和干擾。在計(jì)算機(jī)主板的設(shè)計(jì)中，為了保證高速數(shù)字信號的穩(wěn)定傳輸，大量采用了多點(diǎn)接地方式。但多點(diǎn)接地也并非完美無缺，它容易產(chǎn)生公共阻抗耦合問題。當(dāng)多個電路共用同一個接地平面時(shí)，由于接地平面存在一定的電阻和電感，不同電路的接地電流在通過接地平面時(shí)會產(chǎn)生電壓降，這個電壓降會相互影響，導(dǎo)致公共阻抗耦合干擾?；旌辖拥鼐C合了單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地的特點(diǎn)，根據(jù)電路中不同部分的頻率特性和抗干擾要求，靈活選用單點(diǎn)接地和多點(diǎn)接地方式。對于低頻部分，采用單點(diǎn)接地，以避免地環(huán)路電流干擾；對于高頻部分，采用多點(diǎn)接地，以降低接地阻抗。在一些復(fù)雜的電子設(shè)備中，如航空電子設(shè)備，其內(nèi)部包含多種不同頻率的電路模塊，通過混合接地方式，可以滿足各個模塊的接地需求，提高設(shè)備整體的抗干擾能力。在實(shí)際應(yīng)用中，確定混合接地中電容的容量是一個關(guān)鍵問題，電容容量一般在10nF以下，具體取值取決于需要接地的頻率。如果將設(shè)備的安全地?cái)嚅_，地環(huán)路就會被切斷，可以解決地環(huán)路電流干擾，但出于安全考慮，機(jī)箱必須接到安全地上，因此需要合理設(shè)計(jì)混合接地系統(tǒng)，在保證安全的前提下，有效抑制電磁干擾。5.3.2接地電阻控制降低接地電阻對于減少地電位差干擾至關(guān)重要。在實(shí)際操作中，有多種方法可以實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。換土法是一種較為常用的手段，在土地電阻率較大的砂質(zhì)、巖盤等土壤中，為滿足低接地電阻的要求，可利用粘土、泥炭、黑土及砂質(zhì)粘土等低電阻系數(shù)的土壤來代替原有較高電阻系數(shù)的土壤，必要時(shí)還可使用焦碳、木炭等。置換的范圍通常在接地體周圍1-2米的范圍內(nèi)和近地面?zhèn)却笥诘扔诮拥貥O長的1/3區(qū)域內(nèi)。通過這種方法處理后，接地電阻可減小為原來的3/5左右。添加降阻劑也是一種有效的方法。降阻劑由多種成分組成，包括細(xì)石墨、膨潤土、固化劑、潤滑劑、導(dǎo)電水泥等，是一種良好的導(dǎo)電體。將降阻劑用于接地體和土壤之間，一方面能使降阻劑與金屬接地體緊密接觸，形成足夠大的電流流通面；另一方面它能向周圍土壤滲透，降低土壤電阻率，在接地體周圍形成一個變化平緩的低電阻區(qū)域。降阻劑具有良好的導(dǎo)電性及強(qiáng)電解質(zhì)，不易于隨地下水和雨水而流失，因而能長期保持良好的導(dǎo)電作用，用于小面積的集中接地、小型接地網(wǎng)時(shí)，降阻效果最為顯著。外引式接地法適用于一些特殊場景，如在山丘電站，當(dāng)接地電阻值要求較小而原地又難以達(dá)到時(shí)，可以把地網(wǎng)的面積擴(kuò)大，或者在已建成的地網(wǎng)附近找一處電阻率較低的地方再建設(shè)一個新地網(wǎng)，然后把兩地網(wǎng)連接起來，使地網(wǎng)的接地電阻降低。但在采用外引式接地法時(shí)，需要注意避開人行通道，以防跨步電壓觸電；若穿過公路時(shí)，外引線的埋深應(yīng)大于等于0.8米。使用導(dǎo)電性混凝土也是降低接地電阻的有效途徑之一。在水泥中摻入碳質(zhì)纖維，經(jīng)測定其工頻接地電阻與普通混凝土相比通?？山档?0%左右。此方法常用于防雷接地裝置。為了進(jìn)一步降低沖擊接地電阻值，還可以同時(shí)在導(dǎo)電性混凝土中埋入針狀接地極，使放電電暈?zāi)軌驈尼樇膺B續(xù)波及碳質(zhì)纖維，降低沖擊接地電阻值。在接地體周圍土壤中添加食鹽、煤渣、炭末、爐灰、焦灰等，也可以提高土壤的導(dǎo)電率，其中最常用的是食鹽。在每根接地體的周圍挖直徑為0.5-1.0米左右的坑，將食鹽和土壤一層隔一層地依次填入坑內(nèi)，每層鹽都要用水濕潤。這種方法對于砂質(zhì)土壤可把接地電阻降為原來的1/6-1/8左右，對砂質(zhì)粘土可降為原來的2/5-1/3左右。但該方法也存在一些缺點(diǎn)，如對巖石及含石較多的土壤效果不大、降低接地體的穩(wěn)定性、加速接地體銹蝕、會因?yàn)辂}逐漸溶化流失而使接地電阻慢慢變大，所以兩年左右需重新處理一次。對于建筑物擁擠或敷設(shè)接地網(wǎng)的區(qū)域狹窄等場合，可以采用鉆孔深埋法。該方法所采用的垂直接地體長度，視地質(zhì)條件一般為4-6米，超出該長度則效果不明顯且施工困難。接地體通常采用Φ20-75毫米的圓鋼，不同直徑的圓鋼對接地電阻值的影響很小。因含砂層大都處在3米以內(nèi)的表面層，而地層深處的土壤電阻系數(shù)較低，因此深埋法對含砂土壤最為有效，此外，該法也適用于多石的巖盤地區(qū)。采用深埋法施工的接地體，受季節(jié)影響小，可獲穩(wěn)定的接地電阻值，同時(shí)深埋也可減少跨步電壓，保障人身安全。在不同的應(yīng)用場景中，對接地電阻有著不同的要求。在防雷接地中，包括避雷針（帶）、引下線、接地體等，要求接地電阻小于10歐姆，并最好考慮單獨(dú)設(shè)置接地體；對于安全保護(hù)接地、工作接地、屏蔽接地等，要求接地電阻不得大于4歐姆。當(dāng)安全保護(hù)接地、工作接地、屏蔽接地和防雷接地4種接地共用一組接地裝置時(shí)，其接地電阻按其中最小值4歐姆確定；若防雷已單獨(dú)設(shè)置接地裝置，其余3種接地宜共用一組接地裝置，接地電阻不應(yīng)大于其中最小值。六、綜合抑制效果驗(yàn)證與分析6.1實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)6.1.1實(shí)驗(yàn)裝置搭建實(shí)驗(yàn)選用了由中國科學(xué)院力學(xué)研究所研制的LS-100型電磁式?jīng)_擊波發(fā)生器，其能夠產(chǎn)生峰值壓力可達(dá)100MPa的沖擊波，可有效模擬爆炸產(chǎn)生的沖擊波環(huán)境。該發(fā)生器通過電磁感應(yīng)原理，將電能迅速轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，產(chǎn)生高強(qiáng)度的沖擊波，具有能量可控、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)，能夠滿足實(shí)驗(yàn)對沖擊波壓力和波形的要求。沖擊波壓力傳感器采用美國PCB公司生產(chǎn)的113B24型壓電式傳感器，該傳感器具有靈敏度高、頻率響應(yīng)寬、動態(tài)范圍大等優(yōu)勢。其靈敏度為50pC/MPa，能夠精確感知微小的壓力變化；頻率響應(yīng)范圍為0.1Hz-1MHz，可準(zhǔn)確測量沖擊波的快速變化過程；動態(tài)范圍達(dá)到10000:1，能夠適應(yīng)不同強(qiáng)度的沖擊波測量。信號采集系統(tǒng)選用了北京普源精電科技有限公司生產(chǎn)的DS7054型數(shù)字示波器，其采樣率高達(dá)5GS/s，能夠快速準(zhǔn)確地采集傳感器輸出的信號；存儲深度為20Mpts，可存儲長時(shí)間的信號數(shù)據(jù)；帶寬為500MHz，能夠有效捕捉?jīng)_擊波信號的高頻成分。同時(shí)，配備了與示波器和傳感器相匹配的低噪聲同軸電纜，以確保信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性和準(zhǔn)確性，減少信號在傳輸過程中的干擾和衰減。實(shí)驗(yàn)裝置搭建時(shí)，將沖擊波發(fā)生器固定在堅(jiān)固的實(shí)驗(yàn)平臺上，確保其在工作過程中不會發(fā)生位移和晃動，影響沖擊波的產(chǎn)生和傳播。將沖擊波壓力傳感器安裝在減振安裝結(jié)構(gòu)上，減振安裝結(jié)構(gòu)采用雙層隔振設(shè)計(jì)，外層為螺旋彈簧，內(nèi)層為橡膠減振墊，通過合理調(diào)整螺旋彈簧的剛度和橡膠減振墊的阻尼，優(yōu)化減振效果。傳感器與沖擊波發(fā)生器的距離設(shè)置為1m，以模擬實(shí)際應(yīng)用中傳感器與爆炸源的距離。將傳感器的輸出端通過低噪聲同軸電纜連接到數(shù)字示波器的輸入端，確保連接牢固，避免信號接觸不良。在傳感器周圍包裹氣凝膠隔熱層，厚度為10mm，以有效抑制熱沖擊對傳感器的影響。同時(shí)，將傳感器放置在由銅制成的全封閉屏蔽殼內(nèi)，屏蔽殼接地電阻小于1歐姆，確保良好的接地，以抑制電磁干擾。將數(shù)字示波器連接到計(jì)算機(jī)，通過專用軟件對采集到的信號進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、存儲和分析。6.1.2實(shí)驗(yàn)步驟規(guī)劃在模擬爆炸工況的實(shí)驗(yàn)中，首先將沖擊波發(fā)生器的能量設(shè)置為50J，以產(chǎn)生一定強(qiáng)度的沖擊波，模擬爆炸瞬間的能量釋放。開啟沖擊波發(fā)生器，使其產(chǎn)生沖擊波，沖擊波在空氣中傳播并作用于沖擊波壓力傳感器。在沖擊波作用的同時(shí)，利用數(shù)字示波器以5GS/s的采樣率采集傳感器的輸出信號，存儲深度設(shè)置為20Mpts，確保能夠完整記錄沖擊波壓力信號的變化過程。采集時(shí)間設(shè)定為10ms，以涵蓋沖擊波的上升沿、峰值以及