一种传感器保护装置及采用该装置的传感器装配方法

1.本发明属于抗冲击防护技术领域，具体涉及一种传感器保护装置及采用该装置的传感器装配方法。


背景技术：

2.水下爆炸是水面和水下舰艇生命力最大的威胁之一，水下爆炸按照爆炸物与目标距离可细分为水下近场爆炸、水下中远场爆炸、水下远场爆炸，且这三种水下爆炸对水下和水面舰船造成的毁伤情况也不尽相同。目前在水下中远、远场爆炸方面的研究已经相当完备。相较之下，水下近场爆炸领域的研究却存在很多盲区。水下近场爆炸载荷极其复杂，包括冲击波载荷、气泡脉动载荷、空化载荷、水射流载荷，并且各载荷之间没有严格意义上的作用时间顺序差别，各载荷表现为强耦合性，并且均对水面和水下舰船造成联合毁伤响应，使其水下近场爆炸毁伤效应研究更为复杂。目前世界各国水下近场爆炸试验研究均采用实验室小规模试验，作用目标大多为等效圆靶板、方板、加筋方板。然而小规模实验室试验以及整体、局部缩比试验无法还原受近场水下爆炸作用下大型水面和水下舰艇整体毁伤真实情况，所以实船水下近场爆炸试验势在必行。
3.然而，实船水下近场爆炸试验极大地受到海况影响(如风浪导致试验舰船上下颠簸、试验舰船行驶时周边会形成很大的水流)，使得用于探测爆炸冲击波的水下冲击波传感器难以布放，而且冲击波传感器敏感元器件入水后较为脆弱易受试验舰船高速水流冲击影响，加上其与数据采集设备进行信号连接的传输线缆也容易被高速水流冲击并受到爆炸冲击波的影响而发生缠绕或断裂，从而使线缆发生导致水下近场爆炸冲击波载荷无法准确测量，因此亟需一套水下近场爆炸冲击波传感器保护装置。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的是提供一种传感器保护装置及采用该装置的传感器装配方法，采用该保护装置便于在水下近场爆炸实船试验中布放传感器，并且能够保护传输线缆与敏感元件。
5.为了实现上述目的，该传感器保护装置采用的技术方案为：
6.一种传感器保护装置，包括：内管、套管、内管法兰、套管法兰以及传感器固定件；
7.所述内管法兰固定安装于所述内管的一端，所述套管法兰固定安装于所述套管的一端，所述内管法兰与所述套管法兰固定连接后，所述内管能穿设于所述套管；
8.所述传感器固定件用于固定安装传感器，一端固定安装于所述内管背离所述内管法兰的一端内部，另一端伸出所述内管并沿所述内管的轴线方向朝背离所述内管法兰一端延伸；
9.所述内管、所述内管法兰的中央通孔以及所述套管法兰的中央通孔用于穿设所述传感器的传输线缆。
10.进一步地，所述内管的外壁还固设有内管限位环；
11.所述内管限位环的轴线与所述内管的轴线重合，且所述内管限位环的内径大于所述内管的外径，用于对所述内管进行径向限位。
12.进一步地，所述传感器固定件为三角实心钢柱；
13.所述三角实心钢柱的一端通过第一外侧边焊接连接于所述内管；
14.与所述第一外侧边相对的所述三角实心钢柱的外侧面用于固定安装所述传感器；
15.在所述内管穿设于所述套管时，所述第一外侧边朝向试验舰船的船头方向，用于减小所述传感器随试验舰船运动时受到的水流冲击。
16.进一步地，还包括固定安装于所述三角实心钢柱的传感器限位环，所述传感器限位环用于对所述传感器的径向进行限位。
17.进一步地，还包括固定连接于所述套管外壁的工字钢，所述工字钢用于与试验舰船固定连接。
18.进一步地，所述工字钢的一个翼板外侧面固定安装有角钢；
19.所述工字钢固定安装于试验舰船时，使所述角钢的尖角朝向试验舰船的船头方向，用于减小所述工字钢随试验舰船运动时受到的水流阻力。
20.进一步地，所述套管的轴线与所述工字钢的长度延伸方向平行，且所述套管的外壁与所述工字钢的腹板与翼板均固定连接；
21.所述套管法兰与所述套管连接的端面贴合于所述工字钢的“工”型端面。
22.进一步地，所述三角实心钢柱与所述内管之间还焊接有加强筋。
23.一种采用上述保护装置的传感器装配方法，包括：
24.将内管法兰、内管限位环、三角实心钢柱固定连接于内管，将传感器限位环固定连接于三角实心钢柱，形成部件一；
25.将套管与套管法兰固定连接后，将套管固定连接于工字钢，再将角钢焊接连接于工字钢的迎水面，形成部件二；
26.将工字钢竖直焊接于船舷一侧；
27.将传感器从内管法兰一端穿入内管，并从内管的另一端穿出后将传感器穿入两个传感器限位环中，将传感器固定安装于三角实心钢柱，确保传感器紧贴三角实心钢柱的表面；
28.将装有传感器的部件一由装有传感器的一端穿入套管法兰和套管中，调节套管法兰和内管法兰的孔位使其对齐，使传感器位于背水面；
29.将套管法兰和内管法兰固定连接在一起，并使传感器的传输线缆与数据采集设备信号连接。
30.进一步地，上述方法中可以使用鱼线将传感器绑定于三角实心钢柱。
31.本发明具有如下有益效果：
32.1、本发明的传感器保护装置在需要进行水下近场爆炸试验时，可提前根据工况将该保护装置中的套管及与套管固定连接的套管法兰一起固定连接在试验舰船需要布设传感器的位置，操作人员只需在试验舰船上把传感器固定在三角实心钢柱上，且使传感器的传输线缆依次穿过内管、内管法兰的中央通孔以及套管法兰的中央通孔后将内管放入已经固定在试验舰船上的套管中，并通过内管法兰与套管法兰将内管与套管固定连接在一起，并使传感器的传输线缆与数据采集设备信号连接，操作简单，而且传输线缆被容置于内管
中也不易发生缠绕、扯断或受高速水流冲击；
33.另外，套管与内管联合使用可以使水下近场爆炸产生的在穿过套管后可以被吸收掉一部分能量后再传到内管，而由于内管仅在安装有内管法兰的一端被固定，所以内管安装有传感器的另一端此时可以在套管中发生晃动从而消耗掉冲击波的大部分能量，避免了冲击波的能量直接作用于传感器及其传输线缆，从而起到了保护作用。
34.2、本发明的传感器保护装置在内管的外壁设置对内管径向进行限位的内管限位环，可以避免内管在随试验舰船运动时发生过大的晃动，使该保护装置更加可靠与安全。
35.3、本发明中使用三角实心钢柱作为传感器固定件，并且使三角实心钢柱的一条与其轴线平行的长边朝向船头方向(即迎水面)，传感器固定安装于与所述长边相对的平面(即背水面)，这样在传感器随试验舰船运动时，传感器的敏感元器件部分不直接与迎面水流相互接触，从而确保在试验舰船行进过程中传感器不会被水流所破坏。
36.4、本发明在套管的外侧设置工字钢，进而可以将工字钢焊接在试验舰船上，避免了直接将套管的外周侧固定在试验舰船上因接触面积小而固定不可靠的问题；并且通过焊接在工字钢另一个翼板外侧的尖角朝向船头方向的角钢可以减小工字钢随试验舰船运动时受到的水流阻力；工字钢两翼板之间的区域则可以用来固定安装套管，这样可以减小水流对传感器的冲击，对传感器起到一定的保护作用。
37.5、本发明将套管的轴线与工字钢的长度延伸方向平行设置，且套管的外壁与工字钢的腹板与翼板均固定连接，同时使套管法兰与套管连接的端面贴合于工字钢的“工”型端面，使得工字钢对内管与套管起到一个支撑作用，从而使内管与套管的受力更加良好，安装更加牢靠。
附图说明
38.图1为本发明保护装置在安装到试验舰船后的俯视图；
39.图2为图1中内管与套管装配后的纵剖视图；
40.图3为利用图1中的保护装置测得的冲击波压力与时间关系的示意图；
41.其中，1-工字钢、2-套管、3-内管、4-套管法兰、5-内管法兰、6-内管限位环、7-角钢、8-三角实心钢柱、9-加强筋、10-传感器限位环。
具体实施方式
42.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
43.本发明实施例提供了一种传感器保护装置及采用该装置的传感器装配方法，其核心思想是：通过将套管2提前竖直固定安装在试验舰船需要安装传感器的位置，然后将固定有传感器的内管3放入套管2，并将内管3与套管2固定。
44.基于此基本思想，本发明提出了以下具体实施方式：
45.一种传感器保护装置，如图1与图2所示，该装置包括：内管3、套管2、内管法兰5、套管法兰4以及传感器固定件。其中，内管法兰5固定安装于内管3的一端，套管法兰4固定安装于套管2的一端，内管法兰5与套管法兰4固定连接后，内管3能穿设于套管2，传感器固定件用于固定安装传感器，一端固定安装于内管3背离内管法兰5的一端内部，另一端伸出内管3并沿内管3的轴线方向朝背离内管法兰5一端延伸；内管3、内管法兰5的中央通孔以及套管
法兰4的中央通孔用于穿设传感器的传输线缆。
46.本实施例的传感器保护装置在需要进行水下近场爆炸试验时，可提前根据工况将该保护装置中的套管2及套管法兰4一起固定连接在试验舰船需要布设传感器的位置，操作人员只需在试验舰船上把传感器固定在三角实心钢柱8上且使传感器的传输线缆依次穿过内管3、内管法兰5的中央通孔以及套管法兰4的中央通孔后将内管3放入已经固定在试验舰船上的套管2中，并通过内管法兰5与套管法兰4将内管3与套管2固定连接在一起，并使传感器的传输线缆与数据采集设备信号连接，操作简单，而且传输线缆被容置于内管3中也不易发生缠绕、扯断或受高速水流冲击。
47.另外，套管2与内管3联合使用可以使水下近场爆炸产生的冲击波在穿过套管2后可以被吸收掉一部分能量后再传到内管3，而由于内管3只在固定安装有内管法兰5的一端被固定，所以内管3此时可以在套管2中发生晃动从而消耗掉冲击波的大部分能量，避免了冲击波的能量直接作用于传输线缆，从而也起到了保护线缆的作用。
48.如图2所示，内管3的外壁还固设有内管限位环6，且内管限位环6的轴线与内管3的轴线重合，用于对内管3进行径向的限位。在本实施例中内管限位环6位于更靠近套管2的下端(针对套管2竖直安装在试验舰船上之后而言，内管限位环6是在套管2的下端)，可以避免内管3在随试验舰船运动时发生过大的晃动，使该保护装置更加可靠与安全。
49.如图1所示，在本实施中，传感器固定件选择与传感器外形相适应的形状，比如条状方管或条状的三角实心钢柱8，条状的传感器固定件易于传感器的安装。在本实施例中，条状固定件选择三角实心钢柱8。更为重要的是将三角实心钢柱8的一条与其轴线平行的长边通过焊接固定安装于内管3，传感器在安装时固定安装在与长边相对的平面，并使该长边在内管3穿设于套管2时朝向船头方向。
50.可以看出，使三角实心钢柱8的一条与其轴线平行的长边朝向船头方向(即迎水面)，传感器固定安装于与所述长边相对的平面(即背水面)，这样在传感器随试验舰船运动时，传感器的敏感元器件部分不与迎面水流相互接触，从而确保在试验舰船行进过程中传感器不会被水流所破坏。这使得三角实心钢柱8不仅利于传感器的安装，而且对传感器起到了一定的保护作用。
51.如图1与图2所示，固定安装传感器的平面上还设有传感器限位环10，传感器穿设于该传感器限位环10后可以使用鱼线将其绑定在三角实心钢柱8上，传感器限位环10用于对传感器限位，使其被绑定得更加牢靠。
52.如图1所示，套管2的外壁还设有工字钢1，进而可以将工字钢1焊接在试验舰船上，避免了直接将套管2的外周侧固定在试验舰船上因接触面积小而固定不可靠的问题；并且通过焊接在工字钢1另一个翼板外侧的尖角朝向船头方向的角钢可以减小工字钢1随试验舰船运动时受到的水流阻力；工字钢1两翼板之间的区域则可以用来固定安装套管2，这样可以减小水流对传感器的冲击，对传感器起到一定的保护作用。
53.如图1所示，具体地，在本实施例中是将套管2的轴线与工字钢1的长度延伸方向平行，且套管2的外壁与工字钢1的腹板与翼板均通过焊接连接在一起，同时使套管法兰4与套管2连接的端面贴合于工字钢1的“工”型端面，使得工字钢1对内管3与套管2起到一个支撑作用，从而使内管3与套管2的受力更加良好，安装得更加牢靠。
54.另外，如图2所示，三角实心钢柱8与内管3之间还焊接有加强筋9，用于支撑三角实
心钢柱8，增加其与内管3的连接强度。
55.采用上述传感器保护装置的传感器装配方法，包括：
56.将内管法兰5、内管限位环6、三角实心钢柱8固定连接于内管3，将传感器限位环固定连接于三角实心钢柱8，形成部件一；
57.将套管3与套管法兰4固定连接后，将套管2固定连接于工字钢1，再将角钢7焊接连接于工字钢1的迎水面，形成部件二；
58.将工字钢1竖直焊接于船舷一侧；
59.将传感器从内管法兰5一端穿入内管，并从内管3的另一端穿出后将传感器穿入两个传感器限位环10中，将传感器固定安装于三角实心钢柱8，确保传感器紧贴三角实心钢柱8的表面；
60.将装有传感器的部件一由装有传感器的一端穿入套管法兰4和套管2中，调节套管法兰4和内管法兰5的孔位使其对齐，使传感器位于背水面；
61.将套管法兰4和内管法兰5固定连接在一起，并使传感器的传输线缆与数据采集设备信号连接。
62.具体地，可以使用鱼线将传感器绑定于三角实心钢柱8，用鱼线将传感器绑定在三角实心钢柱8上时，确保传感器紧贴三角实心钢柱8的表面，同时所缠鱼线不可太紧，以防传感器受力严重，导致测量的水下冲击波压力幅值过大，传感器暴露于水中的线缆部分用环氧树脂ab胶封装，保证传输线缆不会因船体移动而导致与传感器敏感元器件发生断裂脱离。
63.如图3为利用上述保护装置测得的冲击波压力与时间关系的示意图。该图符合实际冲击波波形特征，峰值大小也与理论值相吻合，从而验证了本发明提供的传感器保护装置的可靠性。在复杂的海况条件下，通过使用传感器保护装置可保证水下近场爆炸实船试验水下压力载荷的准确获取。
64.综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。