膜片按行業(yè)分：有電聲行業(yè)膜片；機械行業(yè)橡膠膜片；過濾隔離行業(yè)微孔膜片；光學行業(yè)膜片；金屬聯(lián)軸器膜片。

波紋膜片式光纖法布里-珀羅壓力傳感器

光纖壓力傳感器具有抗輻射、抗電磁干擾、、、靈敏度高等優(yōu)點，適合用于工程建設、石油鉆井、大型變電設備等高輻射、高電磁干擾、高溫高壓等環(huán)境。為了準確、便捷地獲取傳感器的壓力信息，提高測量精度，需要新的材料或進行新的結構設計。微型法布里-珀羅(F-P)壓力傳感器通常有毛細管結構和膜片結構2種。毛細管結構的壓力傳感器對壓力感知敏感度低，可用于大壓強范圍的測量，但不適于對精度要求高的微壓測量。膜片式法布里-珀羅腔結構理論上可以獲得較高的靈敏度，成為常用的干涉型光纖壓力傳感器，它具有損耗低、抗干擾、靈敏度高、線性度好、測量、動態(tài)范圍大等優(yōu)良特性。為了進一步提高膜片式F-P壓力傳感器的靈敏度，設計并研制了波紋膜片式光纖 F-P 壓力傳感器，該傳感器靈敏度提高了2個數(shù)量級。 

傳感器的結構分析

壓力傳感器由波紋膜片、玻璃圓環(huán)、光纖法蘭盤和光纖插頭等構成，其中d波紋膜片即為壓力敏感膜。1）將波紋膜片與玻璃圓環(huán)的一個端面粘合，使波紋膜片的同心圓圓心與玻璃圓環(huán)的圓心重合；2）將玻璃圓環(huán)另一端的外壁與光纖法蘭盤的凹槽粘結并將外部封裝固化；3）將光纖插頭旋接于光纖法蘭盤，即構成一個壓力傳感器。光纖插頭的端面與波紋膜片的下表面形成法布里-珀羅(F-P)腔。光經(jīng)光纖垂直入射，一部分被光纖端面反射，另一部分光經(jīng)過空氣腔，被波紋膜片下表面反射，2束光在光纖內(nèi)部發(fā)生干涉。當外界壓力發(fā)生變化，波紋膜片將發(fā)生形變，從而改變 F-P腔的腔長，引起反射譜的相位移動。對反射光譜進行解調(diào)，可以腔長的大小，從而計算得出作用于波紋膜片上的壓力。

傳感器在不同壓力下的模態(tài)分析

設置波紋膜片的參數(shù)：工作半徑為4600μm，厚度為30μm，波高為60μm，波紋寬度為750μm，楊氏模量為200GPa，泊松比為0.3，材料為316L不銹鋼。

仿真計算波紋寬度為500、600、750、1000μm時撓度隨壓力的變化曲線。在同等壓力下，波紋寬度越大，撓度越大。當波紋寬度高于750μm時，壓力-撓度曲線的線性度變差。為了撓度變化較大且線性度較好的值，選擇波紋寬度為750μm的波紋膜片。

仿真計算波高為10~90μm時撓度的變化情況。當波高為30~80μm時，撓度有較高的變化量，在撓度相同、線性度近似的情況下，綜合考慮波紋膜片的加工成本，選擇波紋高度為60μm的波紋膜片。

利用 CoventorWare 軟件進行仿真，設置敏感膜的厚度為30μm，波高為60μm，波紋寬度為750μm。在敏感膜上施加0.1MPa的壓力，波紋膜撓度為55μm。

傳感器壓力測試系統(tǒng)

光纖傳感分析儀采用光纖傳感分析儀Si720。Si720的光源與探測系統(tǒng)是各自獨立的，且具有2個通道，每個通道可以檢測100個傳感器，全部傳感器以5Hz同步掃描，波長分辨率為0.25pm，精度±1pm。2個通道采用高功率掃描激光器作為光源，輸出波長為1510~1590nm，光源輸出的光通過一個2×2光纖耦合器被分成強度相等的2束光。一束光被接回到CH2檢測通道，作為入射參考光；另一束光傳輸經(jīng)過F-P微腔形成干涉信號，再通過光纖耦合器接回到CH1檢測通道，作為反射測量光；2束光同時進行掃描并傳入計算機。由于波紋膜撓度和壓力呈線性關系，因此壓力的大小可由對應腔長的變化量來定。

用YS-2.5型活塞壓力計對傳感器從0~0.1MPa進行均勻升壓，每隔0.01MPa標定一次，25 ℃時，微壓傳感器的初始腔長為137.11μm，腔長總變化量為51.8μm，并用LabView軟件仿真?zhèn)鞲衅鞯那婚L隨壓力變化曲線 ，Matlab計算的腔長擬合方程為L=518.0188P+137.1081，均方根誤差為0.9991，傳感器精度為1.05%F、S、(F、S、 表示全量程范圍)，靈敏度為51802μm/MPa，與仿真結果一致。

遲滯性是反映傳感器在正反行程過程中輸出-輸入曲線的不重合程度的指標。先對壓力傳感器從0均勻升壓至 0.1MPa，再均勻降壓至0，可以看出傳感器升降壓曲線幾乎重合，計算相對遲滯誤差為0.4%，遲滯效應很弱。

隔艙式雙脈沖發(fā)動機金屬膜片設計與實驗

飛行優(yōu)化控制和推進劑能量管理需要，發(fā)展了一種采用隔層式 ( 軟隔離) 或隔艙式 ( 硬隔離) 隔離裝置進行固體發(fā)動機燃燒室分隔的技術，可實現(xiàn)固體火箭發(fā)動機的多次關機、啟動。在現(xiàn)有兩種形式隔離裝置中，隔艙式具有結構簡單、下脈沖裝藥形式限

制小、打開壓強統(tǒng)一性高等一系列優(yōu)點，已逐漸發(fā)展形成噴射棒、非金屬易碎、金屬膜片等形式隔離裝置的雙脈沖發(fā)動機。

金屬聯(lián)軸器膜片式隔艙脈沖發(fā)動機常選用金屬或非金屬支撐件、一側經(jīng)絕熱處理的金屬膜片組合進行燃燒室分隔，經(jīng)驗證，該方案采用隔熱層、沉淀硬化不銹鋼隔板本體、絕熱層和金屬膜片結構可以實現(xiàn)燃燒室分隔，但仍存在質(zhì)量大、絕熱特性差等缺點。提出了8通氣孔金屬隔

板設計，提高了絕熱和抗燒蝕性能，但結構型面仍有不足。

輪輻式支撐件可減小隔艙重量，并且可與密封膜片緊密貼實，因此被廣泛應用于各類脈沖發(fā)動機。此外，在膜片上還能實施刻痕、絕熱處理、材料改進等措施，可進一步打開壓強、材料敏感性等特性。

金屬膜片設計

采用金屬膜片和輪輻式支撐構成隔艙結構完成雙脈沖發(fā)動機燃燒室級間隔離。其工作原理為： I 脈沖點火工作時，在金屬膜片分隔作用下兩脈沖燃燒室保持獨立； 當 II 脈沖工作內(nèi)壓達到打開壓強后，膜片按預先設計形式破裂，兩級燃燒室貫通，燃氣依次通過隔艙結

構、I 脈沖燃燒室和尾噴管后排出，產(chǎn)生   次推力。

為實現(xiàn)以上工作過程，金屬膜片在隔艙結構設計過程中占重要地位。根據(jù)液體發(fā)動機閥門破裂膜片研究方法，確定采用、易變形的LY12鋁合金材料、薄板形式金屬膜片。另外，為、方便地控制打開壓強、隔艙消融形狀，還需在其一側進行預先刻痕處理。 

應力強度因子公式推導

在不影響結論正確性基礎上，做以下假設以便合理確定預制缺陷結構參數(shù)，完成膜片設計：

( 1) 選取垂直于缺陷槽的任一截面作為研究對象，將該截面簡化為二維板條結構。

( 2) 膜片實際破壞過程為瞬間動態(tài)過程，材料還未發(fā)生塑性屈服，近似認為膜片的動態(tài)破壞過程為線彈性斷裂問題。

( 3) 圓弧長度與預制缺陷V型槽斜面長比值小于0.05倍時，膜片打開壓強對預制缺陷圓角并不敏感，因此，預制缺陷需確定的結構參數(shù)僅為V型槽開口角度α，缺陷a和膜片厚度h。

此外，由于所確定的金屬膜片預制缺陷槽為均勻放射狀，各缺陷槽尺寸、受力狀態(tài)相同，忽略各缺陷槽之間的影響，任取其中任一條缺陷作為研究對象；所設計的金屬膜片破壞形式均為 I 型裂紋擴展破壞，因此只需求解預制缺陷處的 I 型應力強度因子 KI 即可表

征金屬膜片性。

金屬膜片結構設計

根據(jù)II脈沖藥柱穩(wěn)定點燃初始壓強控制要求，確定金屬膜片設計打開壓強為2.2MPa。在某實際隔艙式雙脈沖發(fā)動機直徑限制膜片半徑R =142mm時，確定動態(tài)斷裂韌性約為21MPa /m2的膜片結構尺寸分別為： 開口角度α =90°，缺陷a=1mm，膜片厚度h=3mm。

經(jīng)計算，在該參數(shù)條件時預制缺陷上應力強度因子隨徑向距離變化關系。可以看出： 由于圓板中心處應力大，應力強度因子在該處也達到值，其后隨徑向距離增大逐漸減小。此外，圓心處應力強度因子達到21.4 MPa/m2 ，大于對應材料斷裂韌性，因此在該燃燒室

內(nèi)壓作用下，膜片將從中心位置開始破壞并逐步擴展致整個預制缺陷，符合預先設計。

金屬膜片打開驗證實驗

為考核結構參數(shù)性，采用裝置開展隔艙金屬聯(lián)軸器膜片打開單項實驗。該實驗裝置由 I、II 脈沖集壓室、隔艙結構、進壓口、測試裝置等部件構成。實驗中在 II 脈沖集氣室內(nèi)裝填假藥柱以真實模擬脈沖發(fā)動機自由空間，通過設置在兩個集壓室的進壓口與利用適量點產(chǎn)生的壓強相互聯(lián)通模擬脈沖發(fā)動機燃燒室初始壓強。