CN102768105A - 一种评价防爆容器使用安全性的系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种评价防爆容器使用安全性的系统及方法，所述系统包括置于防爆容器下方的模拟地板，用于组装成防爆容器使用场所破片测试靶板，布置在防爆容器周围的生物损伤模拟单元，置于防爆容器的侧面、顶面、底面或者开口方向的冲击波超压测试系统，以及置于防爆容器一侧的高速运动分析系统。所述方法，分别在所述防爆容器使用安全性评价的系统中测试无防爆容器防护以及有防爆容器防护两种状态下爆炸结果，并对比分析。本发明实现了对爆炸所产生的冲击波以及爆炸破片的定性分析与定量测试，实现了防爆容器防护下，爆炸现象对周围环境的损毁与周边人员的损伤等情况的定性评估。解决了对防爆容器的使用安全性进行全面评价的难题。

Description

一种评价防爆容器使用安全性的系统及方法

技术领域

本发明属于警用装备领域，特别涉及一种评价防爆容器使用安全性的系统及方法。

背景技术

防爆容器是有效隔离和阻挡爆炸物爆炸时所产生的冲击波和破片对周围环境造成的杀伤效应、用于临时存放和运输爆炸物及其他可疑爆炸物的装具；广泛应用于车站、机场等人口密集的场所。对防爆容器的使用安全性进行评价方法是警用防护装备领域研究的重要课题，是防爆容器推广使用的必要前提。

GA69-2007、GA871-2010、GA872-2010等行业标准均对防爆容器安全性评价提出了一定的要求，这些要求或提出了冲击波的定性评价方法、或提出了爆炸破片的定性测试方法；但这些要求均难以全面对爆炸所产生的冲击波与破片予以定性和定量的测试评价。例如：

《GA69-2007防爆毯》中对防爆性能评价时，要求采用5mm厚的瓦楞纸板围成直径6000mm、高1700mm的环形靶标，且要求爆炸实验完成后靶标无穿孔。该评价方法，可以对爆炸破片进行定性衡量，却无法测试爆炸冲击波的危害。

《GA871-2010防爆罐》、《GA872-2010防爆球》要求防爆容器在经历爆炸后不应倾倒、容器表面不应出现裂缝穿孔、附着件不得脱落、不应有飞溅物产生等。该标准中所提到的评价方法，主要是对爆炸冲击波的破坏形态进行了定性描述；提到了爆炸破片产生的可能性，也没有给出详尽的定量测试评价方法。

专利检索未发现有相近专利。综上所述，对防爆容器的测试方法无相近专利，现有相关行业标准还难以实现对爆炸所产生的冲击波以及破片全面且定量的测试，难以对防爆容器的使用安全性进行准确而科学的评价。

发明内容

本发明克服了现有行业标准的不足以及测试方法的缺陷，提供一种准确、可靠，能对爆炸所产生的冲击波以及破片进行测试的系统及方法，完成了对防爆容器的使用安全性评价。

本发明是采用下述技术方案实现上述技术目的的：

一种评价防爆容器使用安全性的系统，包括模拟地板、破片测试靶板、生物损伤模拟单元、冲击波超压测试系统、高速运动分析系统，所述破片测试靶板组装成防爆容器使用场所的墙壁、立柱、顶棚或舱壁；防爆容器置于所述破片测试靶板组装成的防爆容器使用场所内部，所述模拟地板置于防爆容器的下方；所述生物损伤模拟单元布置在防爆容器的周围组成测试矩阵；所述冲击波超压测试系统由数据采集设备、超压传感器组成，所述超压传感器布置在防爆容器的侧面、顶面、底面或者开口方向，组成冲击波超压测试矩阵；所述高速运动分析系统置于防爆容器的一侧。

优选地，所述模拟地板采用水泥板、铁板、铝板、木板、玻璃板中的一种或多种。

优选地，采用水泥板、铁板、钢板或玻璃板材质的破片测试靶板来模拟防爆容器使用场所的墙壁、立柱，采用铝板、木板、玻璃板、纸板、泡沫板或塑胶板材质的破片测试靶板模拟防爆容器使用场所的顶棚、舱壁。

优选地，所述生物损伤模拟单元，采用水袋、铝箔、锡纸、小动物、硅胶中的一种或多种。

评价防爆容器使用安全性的方法，包括以下步骤：

（a）将爆炸物放置于位于爆炸实验场地中心的模拟地板上；

（b）在爆炸物周围悬挂生物损伤模拟单元、设置超压传感器以及破片测试靶板，在所述防爆容器的一侧设置高速运动分析系统；

（c）引爆爆炸物，记录爆炸后模拟地板、生物损伤模拟单元、破片测试靶板的损坏情况，以及冲击波超压测试系统、高速运动分析系统所测得的数据；

（d）将装有爆炸物的防爆容器放置于位于爆炸实验场地中心的模拟地板上；

（e）在防爆容器周围布置与步骤（b）中布局相同的生物损伤模拟单元、超压传感器、以及破片测试靶板及高速运动分析系统；

（f）引爆防爆容器内的爆炸物，记录爆炸后模拟地板、生物损伤模拟单元、破片测试靶板的损坏情况，以及冲击波超压测试系统、高速运动分析系统所测得的数据；

（g）对比步骤（c）和步骤（f）所测得的结果和数据，对防爆容器的安全性进行定性和定量的分析。

在爆炸实验前，取球形水袋100个，分别注入300ml、500ml、800ml、1000ml的水，从1米、1.5米、1.8米、2米等高度自由落下，统计破裂水袋数量，并进行数理分析，得出合适的注水量与跌落高度，并计算水袋的冲击强度阈值，使之与评价防爆容器使用安全性的方法所需冲击强度相近。

优选地，步骤（b）中所述高速运动分析系统设置于爆炸物侧面的50米外。

优选地，步骤（b）中所述破片测试靶板分别设置在爆炸物的右侧1.5米、前方3米处构成L状，所述生物损伤模拟单元为水袋，分别悬挂在所述爆炸物的前方1米、2米、3米处，爆炸物的左侧1米、2米、3米处，所述超压传感器分别设置在所述爆炸物的右侧1米处，爆炸物的后方1米、2米处。

本发明中，所述模拟地板用于评价防爆容器在经历爆炸后对其所使用场所的破坏情况。所述破片测试靶板实现对爆炸破片的捕捉，并测试爆炸过程中是否会产生致命性破片，对爆炸破片的产生方向、速度、数量等参数做定性分析。所述生物损伤模拟单元在经历冲击波的面冲击、破片的点冲击情况下，部分会发生破裂现象，在数理统计的基础上，得到生物损伤模拟单元的抗冲击强度，从而实现了对冲击波以及破片的定性测试。所述冲击波超压测试系统用于对爆炸所产生的爆炸冲击波的超压的定量测试，实现对防爆容器的使用安全性评价。所述高速运动分析系统，能够实现每秒万帧级的画面拍摄，通过图像分析，能够得到冲击波阵面、爆炸破片的运动轨迹以及运动速度。

综上所述，本发明所述的评价防爆容器使用安全性的系统及方法，能够通过模拟地板、破片测试靶板完成防爆容器对环境、对建筑物的损坏情况的评价，通过破片测试靶、生物损伤模拟矩阵完成对爆炸冲击波、爆炸破片的定性评价，通过冲击波超压测试系统实现对爆炸冲击波的定量测试、通过高速运动分析系统对爆炸现象进行定性分析。实现了对爆炸所产生的冲击波以及爆炸破片的定性分析与定量测试，实现了防爆容器防护下，爆炸现象对周围环境、建筑物、交通工具以及人体的损毁、损伤情况的定性评价。解决了对防爆容器的使用安全性进行全面评价的难题。

附图说明

图1为本发明所述评价防爆容器使用安全性的系统的结构示意图。

图2为评价防爆箱使用安全性的方法的爆炸现场的俯视图。

图3为评价防爆箱使用安全性的方法的爆炸现场的前视图。

图中：1-防爆容器，2-模拟地板，3-破片测试靶板，4-生物损伤模拟单元，5-冲击波超压测试系统，6-高速运动分析系统，7-防爆箱，8-运输箱，9-爆炸物，10-超压传感器。

具体实施方式

为了更清楚的说明本发明的技术方案，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细的介绍。

如图1所示，本发明所述的评价防爆容器使用安全性的系统，包括模拟地板2、破片测试靶板3、生物损伤模拟单元4、冲击波超压测试系统5、高速运动分析系统6。所述破片测试靶板3组装成防爆容器1使用场所的墙壁、立柱、顶棚或舱壁；防爆容器1置于所述破片测试靶板3组装成的防爆容器1使用场所内部；所述模拟地板2置于防爆容器1的下方；所述生物损伤模拟单元4布置在防爆容器1的周围组成测试矩阵；所述冲击波超压测试系统5由数据采集设备、超压传感器10组成；所述超压传感器10布置在防爆容器1的侧面、顶面、底面或者开口方向等方位，组成冲击波超压测试矩阵，完成对爆炸所产生的爆炸冲击波的超压的定量测试，实现对防爆容器1的使用安全性评价。所述高速运动分析系统6，能够实现每秒万帧级的画面拍摄，将所述高速运动分析系统6置于防爆容器1的一侧，通过对爆炸过程中所采集的图像进行分析，能够得到冲击波阵面、爆炸破片的运动轨迹以及运动速度，实现在防爆容器1的防护下，对爆炸的全过程进行定性、定量分析。

具体地，本发明中，采用水泥板、铁板等材质的模拟地板2来模拟重型的所述防爆容器1使用场所的地板、楼板，采用铝板、木板、玻璃板等材质的模拟地板2来模拟轻型的所述防爆容器1使用场所的地板、舱板；以评价防爆容器1在经历爆炸后对其所使用场所的破坏情况。

采用水泥板、铁板、钢板、玻璃板等材质的破片测试靶板3来模拟防爆容器1使用场所的墙壁、立柱等设施；采用铝板、木板、玻璃板、纸板、泡沫板、塑胶板等材质的破片测试靶板3来模拟防爆容器1使用场所的顶棚、舱壁等。在爆炸过程中，所述破片测试靶板3实现对爆炸破片的捕捉，测试爆炸过程中是否会产生致命性爆炸破片，对爆炸破片的产生方向、速度、数量等参数做定性分析。

所述生物损伤模拟单元4采用强度与人体的皮肤及组织器官强度相近的水袋、铝箔、锡纸、小动物、硅胶模型等，根据需求布置在防爆容器1的各个方位，组成测试矩阵。在数理统计的基础上，得到生物损伤模拟单元4的抗冲击强度。生物损伤模拟单元4在经历冲击波的面冲击、爆炸破片的点冲击情况下，部分会发生破裂现象；从而实现对冲击波以及爆炸破片的定性测试。生物损伤单元应具有结构简单、成本低、易获得、可靠性高等特点。

防爆箱7是防爆容器1的一种，由高强、高模、高分子非金属材料制作而成，具有重量小、体积轻、比防护能力强、无二次杀伤的特点，用于易爆物品的运输或爆炸物9的短时存储；适用于银行、邮局、公检法办公场所，或飞机机舱、动车车厢等空间相对狭小的场合。与防爆箱7配套使用的运输箱8，在防爆箱7的携行状态时起到运输防爆箱7的作用，在防爆箱7的贮运状态时起到对防爆箱7的支撑作用。本发明以防爆箱7为例，具体比较了有无防爆容器1防护的损坏差异性，对防爆箱7的使用安全性进行了定性、定量评价，以说明评价防爆容器1安全性的方法。

如图2、图3所示为评价防爆箱使用安全性的方法的爆炸现场的示意图，本发明所述评价防爆容器1使用安全性的方法，包括以下步骤：

（a）将爆炸物9放置于位于爆炸实验场地中心的模拟地板2上，以200gTNT炸药为例。

在爆炸实验前，取球形水袋100个，分别注入300ml、500ml、800ml、1000ml的水，从1米、1.5米、1.8米、2米等高度自由落下，统计破裂水袋数量，并进行数理分析，得出合适的注水量与跌落高度，并计算水袋的冲击强度阈值，使之与评价防爆容器1使用安全性的方法所需冲击强度相近。

（b）在爆炸物9周围悬挂生物损伤模拟单元4、设置超压传感器10以及破片测试靶板3，在所述防爆容器1的一侧设置高速运动分析系统6。

具体地，将所述高速运动分析系统6设置于所述炸药侧面的50米外。将所述破片测试靶板3分别设置在所述炸药的右侧1.5米、前方3米处构成L状。所述生物损伤模拟单元4为水袋，分别悬挂在所述炸药前方的1米、2米、3米处，分别记为1#、2#、3#，所述炸药左侧的1米、2米、3米处，分别记为4#、5#、6#。所述超压传感器10分别设置在所述炸药右侧1米处记为A，设置在所述炸药后方1米、2米处，分别记为B、C。

（c）引爆炸药，记录爆炸后模拟地板2、生物损伤模拟单元4、破片测试靶板3的损坏情况，以及冲击波超压测试系统5、高速运动分析系统6所测得的数据，如表1所示。

（d）将装有200gTNT炸药的防爆容器1放置于位于爆炸实验场地中心，防爆箱7下方放置运输箱8，运输箱8下方设置模拟地板2，如图3所示。

（e）在防爆箱7周围布置与步骤（b）中布局相同的生物损伤模拟单元4、超压传感器10、破片测试靶板3及高速运动分析系统6。

具体地，将所述高速运动分析系统6设置于防爆箱7侧面的50米外。将所述破片测试靶板3分别设置在防爆箱7的右侧1.5米、开口3米处构成L状。所述生物损伤模拟单元4为水袋，分别悬挂在防爆箱7开口方向的1米、2米、3米处，分别记为1#、2#、3#，防爆箱7左侧的1米、2米、3米处，分别记为4#、5#、6#；所述超压传感器10分别设置在防爆箱7右侧1米处记为A，设置在爆炸箱后方1米、2米处，分别记为B、C，如图2、图3所示。

（f）引爆防爆箱7内的爆药，记录爆炸后模拟地板2、生物损伤模拟单元4、破片测试靶板3的损坏情况，以及冲击波超压测试系统5、高速运动分析系统6所测得的数据，如表1所示。

（g）对比步骤（c）和步骤（f）所测得的结果和数据，对防爆容器1的安全性进行定性和定量的分析。

表1  200gTNT炸药及有防爆容器防护两种情况下爆炸测试结果

根据上述实验结果，将200gTNT炸药置于爆炸场中心，使炸药无任何约束状态下引爆后，模拟地板2、破片测试靶板3均严重损毁，1#、2#、3#、4#、5#水袋均破裂，6#水袋出现微孔并滴水。A处、B处、C处的超压传感器10测得的超压值分别为0.240Mpa、0.238Mpa、0.060Mpa，均与理论计算值相近，反映了爆炸现象对周围环境的破坏情况，实现了对爆炸冲击波的定量测试。

将200gTNT炸药置于防爆箱7内，将炸药引爆。模拟地板2、破片测试靶板3均无严重破损、未发现穿孔，1#水袋破裂，2#水袋出现微孔并滴水、3#、4#、5#、6#水袋均完好。A处、B处、C处的超压传感器10测得的压力值分别为0.01584Mpa、0.00649Mpa、0.00129Mpa，分别部200gTNT在无约束状态下引爆所测得的压力值降低了89.2％、95.6％、96.8%，有效保证了周围环境与涉爆人员的安全。本方法实现了对防爆箱7约束下冲击波的定性分析与定量测试，表明在防爆箱7的防护下，爆炸现象的破坏作用得以较大程度的衰减，防爆箱7的使用能够保证周围环境和周边人员的安全。

根据测试结果发现，本发明所述的评价防爆容器1使用安全性的方法实现了对周围环境、建筑物、交通工具以及人体的损毁、损伤情况的定性评价，实现了对爆炸冲击波、爆炸破片的定性分析与定量测试。

以上具体实施方式仅为本发明的个别实施方式，并非本发明所有实施例的穷举，所有由本领域技术人员在本发明的基础上所作出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种评价防爆容器使用安全性的系统，其特征在于，包括模拟地板（2）、破片测试靶板（3）、生物损伤模拟单元（4）、冲击波超压测试系统（5）、高速运动分析系统（6），所述破片测试靶板（3）组装成防爆容器（1）使用场所的墙壁、立柱、顶棚或舱壁；防爆容器（1）置于所述破片测试靶板（3）组装成的防爆容器（1）使用场所内部，所述模拟地板（2）置于防爆容器（1）的下方；所述生物损伤模拟单元（4）布置在防爆容器（1）的周围组成测试矩阵；所述冲击波超压测试系统（5）由数据采集设备、超压传感器（10）组成，所述超压传感器（10）布置在防爆容器（1）的侧面、顶面、底面或者开口方向，组成冲击波超压测试矩阵；所述高速运动分析系统（6）置于防爆容器（1）的一侧。

2.根据权利要求1所述的评价防爆容器使用安全性的系统，其特征在于，所述模拟地板（2）采用水泥板、铁板、铝板、木板、玻璃板中的一种或多种。

3.根据权利要求2所述的评价防爆容器使用安全性的系统，其特征在于，采用水泥板、铁板、钢板或玻璃板材质的破片测试靶板（3）来模拟防爆容器（1）使用场所的墙壁、立柱，采用铝板、木板、玻璃板、纸板、泡沫板或塑胶板材质的破片测试靶板（3）模拟防爆容器（1）使用场所的顶棚、舱壁。

4.根据权利要求3所述的评价防爆容器使用安全性的系统，其特征在于，所述生物损伤模拟单元（4），采用水袋、铝箔、锡纸、小动物、硅胶中的一种或多种。

5.评价防爆容器使用安全性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

（a）将爆炸物（9）放置于位于爆炸实验场地中心的模拟地板（2）上；

（b）在爆炸物（9）周围悬挂生物损伤模拟单元（4）、设置超压传感器（10）以及破片测试靶板（3），在所述防爆容器（1）的一侧设置高速运动分析系统（6）；

（c）引爆爆炸物（9），记录爆炸后模拟地板（2）、生物损伤模拟单元（4）、破片测试靶板（3）的损坏情况，以及冲击波超压测试系统（5）、高速运动分析系统（6）所测得的数据；

（d）将装有爆炸物（9）的防爆容器（1）放置于位于爆炸实验场地中心的模拟地板（2）上；

（e）在防爆容器（1）周围布置与步骤（b）中布局相同的生物损伤模拟单元（4)、超压传感器（10）、破片测试靶板（3）以及高速运动分析系统（6）；

（f）引爆防爆容器（1）内的爆炸物（9），记录爆炸后模拟地板（2）、生物损伤模拟单元（4）、破片测试靶板（3）的损坏情况，以及冲击波超压测试系统（5）、高速运动分析系统（6）所测得的数据；

（g）对比步骤（c）和步骤（f）所测得的结果和数据，对防爆容器（1）的安全性进行定性和定量的分析。

6.根据权利要求5所述的防爆容器使用安全性评价的方法，其特征在于，步骤（a）前还包括以下步骤：取球形水袋100个，分别注入300ml、500ml、800ml、1000ml的水，从1米、1.5米、1.8米、2米的高度自由落下，统计破裂水袋数量，并进行数理分析，得出合适的注水量与跌落高度，并计算水袋的冲击强度阈值，使之与评价防爆容器（1）使用安全性的方法所需冲击强度相近。

7.根据权利要求6所述的防爆容器使用安全性评价的方法，其特征在于，步骤（b）中所述高速运动分析系统（6）设置于爆炸物（9）侧面的50米外。

8.根据权利要求7所述的防爆容器使用安全性评价的方法，其特征在于，步骤（b）中所述破片测试靶板（3）分别设置在爆炸物（9）的右侧1.5米、前方3米处构成L状，所述生物损伤模拟单元（4）为水袋，分别悬挂在所述爆炸物（9）的前方1米、2米、3米处，爆炸物（9）的左侧1米、2米、3米处，所述超压传感器（10）分别设置在所述爆炸物（9）的右侧1米处，爆炸物（9）的后方1米、2米处。

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