CN104458453A - 一种加载于火工品上能量的测试系统及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种加载于火工品上能量的测试系统及其测试方法。该测试系统包括依次连接在一起的应力波转换模块、信号转换模块、信号放大模块和处理器。该方法包括获取入射杆和透射杆上产生的应力波，并将其转换为电阻信号；将上述电阻信号转换为相应应力波的电压信号；将上述电压信号进行放大处理后，获取电压放大信号；根据入射杆上应力波产生的时间起点和透射杆上应力波产生的时间起点，计算出火工品上加载能量的时间；根据入射杆上的应力波对应的电压放大信号，计算出加载在火工品上的应力波；根据加载于火工品上能量的时间和加载在火工品上的应力波，计算出加载在火工品上的能量。

Description

一种加载于火工品上能量的测试系统及其测试方法

技术领域

本发明涉及检测技术领域，具体涉及加载于火工品上能量的测试系统及其测试方法。

背景技术

火工品(initiating explosive devices)，又称火具，在战略导弹、核武器及航空航天系统等军事工程中广泛应用。火工品质量是否达到规定标准，必须对其安全性和可靠性进行试验及数据分析才能进行验证或评估。而火工品输入能量是其安全性和可靠性的重要表现，目前，只能检测批量机械火工品的感度，不能对单个火工品进行感度测量。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供的加载于火工品上能量的测试系统及其测试方法能够通过计算出火工品上加载的时间和加载在火工品上的应力波得到加载在火工品上的能量。

为了达到上述发明目的，本发明一方面提供了一种加载于火工品上能量的测试系统，其一个实施例的技术方案包括：

应力波转换模块，用于子弹与入射杆撞击时及入射杆杆端的击针撞击火工品时，将入射杆和透射杆上承受的应力波转换为电阻信号；

信号转换模块，与应力波转换模块连接，用于将电阻信号转换为电压信号；

信号放大模块，与信号转换模块连接，用于接收信号转换模块输出的电压信号，并将电压信号进行放大处理后输出电压放大信号；

处理器，与信号放大模块连接，用于获取信号放大模块输出的电压放大信号，并根据入射杆上应力波产生的时间起点和透射杆上应力波产生的时间起点，计算出火工品上加载能量的时间；根据入射杆上的应力波对应的电压放大信号，计算出加载在火工品上的应力波；以及根据火工品上加载能量的时间和加载在火工品上的应力波，计算出加载在火工品上的能量。

本发明另一方面提供了一种加载于火工品上能量的测试方法，其一个实施例的技术方案包括：

子弹与入射杆撞击时及入射杆杆端的击针撞击火工品时，获取入射杆和透射杆上产生的应力波，并将其转换为电阻信号；

获取电阻信号，并将其转换为相应应力波的电压信号；

接收电压信号，并将电压信号进行放大处理后，获取电压放大信号；

根据入射杆上应力波产生的时间起点和透射杆上应力波产生的时间起点，计算出火工品上加载能量的时间；

根据入射杆上的应力波对应的电压放大信号，计算出加载在火工品上的应力波；

根据加载于火工品上能量的时间和加载在火工品上的应力波，计算出加载在火工品上的能量。

本发明的有益效果为：当子弹与入射杆撞击时及入射杆杆端的击针撞击火工品时，采用该测试系统和测试方法可以计算出加载于火工品上能量的时间和加载在火工品上的应力波得到加载于火工品上能量，最终实现了机械火工品感度的计量检测，减少了火工品检测样本的数量，降低了试验费用。

附图说明

图1为加载于火工品上能量的测试系统一个实施例的原理框图；

图2为加载于火工品上能量的测试系统另一个实施例的原理框图；

图3为加载于火工品上能量的测试方法一个实施例的流程图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，但应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

本发明的加载于火工品上能量的测试系统及其检测方法是基于研究脉冲动载作用下材料力学性能的实验设备分离型霍普金森杆而衍生的。

在采用离型霍普金森杆和本申请的测试系统进行加载于火工品上能量的测试时，首先打开高压气阀控制阀，子弹在高压气体作用下射出，碰撞入射杆，在入射杆上产生入射应力波，入射杆杆端的击针在应力波作用下快速向前运动，击针撞击火工品，同时产生反射应力波与透射应力波(由于透射应力波很小，在进行测试时，可以忽略不计)。火工品在击针的针刺作用下发生爆炸，产生爆炸应力波。

参考图1，图1示出了本发明加载于火工品上能量的测试系统一个实施例的原理框图。如图1所示，加载于火工品上能量的测试系统包括：

设置在霍普金森杆的入射杆和透射杆上的应力波转换模块，当子弹与入射杆撞击时及入射杆杆端的击针撞击火工品时，应力波转换模块可以对入射杆上产生的应力波和透射杆上产生的应力波转换为电阻信号。

在本发明的一个实施例中，应力波转换模块包括第一应力波转换单元和第二应力波转换单元，其中第一应力波转换单元固定在入射杆上，用于子弹与入射杆撞击时，将入射杆的入射应力波转换为电阻信号，以及入射杆杆端的击针撞击火工品时，将入射杆的反射应力波转换为电阻信号。

第二应力波转换单元，固定在透射杆上，用于入射杆杆端的击针撞击火工品时，将透射杆上的爆炸应力波转换为电阻信号。

上述的第一应力波转换单元和第二应力波转换单元可以均采用应变片，在进行加载于火工品上能量的测试时，将应变片贴于入射杆和透射杆。

信号转换模块，与应力波转换模块连接，用于将电阻信号转换为电压信号。信号转换模块获取到第一应力波转换单元和第二应力波转换单元的电阻值变化后，根据其本身(信号转换模块)输出电压和输入电压的关系，就能够实现电阻信号向电压信号的转换。其中信号转换模块可以为惠斯通电桥。

信号放大模块，与信号转换模块连接，用于接收信号转换模块输出的电压信号，并将电压信号进行放大处理后输出电压放大信号。由于信号转换模块输出的电压通常只在毫伏级，一般的器件难以读取，为此需要对信号转换模块输出的电压进行放大。信号放大模块可以为信号放大器。

处理器，与信号放大模块连接，用于获取信号放大模块输出的电压放大信号，并根据入射杆上应力波产生的时间起点和透射杆上应力波产生的时间起点，计算出火工品上加载能量的时间。

子弹撞击入射杆，产生入射应力波，该应力波在传导给火工品的同时一部分以反射波的形式在入射杆中反向返回形成反射波，一部分加载在火工品上形成透射波(由于透射波很小，在进行测试时，可以忽略不计)，同时通过火工品在透射杆中传播。这过程中，火工品在击针的针刺作用下，发生爆炸，产生爆炸应力波，该爆炸应力波在透射杆中快速传播。入射杆上开始产生入射应力波到火工品发生爆炸这段时间为加载在火工品上的时间。

获取入射应力波对应的电压放大信号并计算入射应力波；根据反射应力波对应的电压放大信号计算出反射应力波；加载在火工品上的应力波为入射应力波与反射应力波之间的差异。根据火工品上加载能量的时间和加载在火工品上的应力波，计算出加载在火工品上的能量。

参考图2，图2示出了本发明加载于火工品上能量的测试系统一个实施例的原理框图。如图2所示，该实施例是在图1示出的实施例的基础上还包括：

与信号放大模块连接的图像显示单元，图像显示单元用于将信号放大模块输出的三个电压放大信号转换为波形图。

参考图3，图3示出了加载于火工品上能量的测试方法一个实施例的流程图。该方法包括步骤101到步骤106：

在步骤101中，子弹与入射杆撞击时及入射杆杆端的击针撞击火工品时，将入射杆和透射杆上承受的应力波均转换为电阻信号。

在本发明的一个实施例中，在步骤101中采用应力转换模块将入射杆和透射杆上承受的应力波转换为电阻信号。

步骤101中入射杆上产生的应力波为当子弹与入射杆杆端撞击时的入射应力波和入射杆杆端的击针撞击火工品时的反射应力波；透射杆上产生的应力波为当入射杆杆端的击针撞击火工品时产生的爆炸应力波。

应力转换模块由固定在入射杆上的第一应力波转换单元和固定在透射杆上的第二应力波转化单元组成。

入射杆上的第一应力波转换单元感应到入射应力波和反射应力波后，将入射应力波和反射应力波转换为电阻信号；透射杆上的第二应力波转换单元感应到爆炸应力波的作用力后，将爆炸应力波转换为电阻信号。

第一应力波转换单元和第二应力波转换单元可以为应力片。当入射杆和透射杆受到外力作用时，测点产生的变形通过粘接剂和应变片的基底传给应变片的敏感栅，从而引起电阻的变化，这样把力学参数如压力、载荷、位移、应力等转换成与之成比例的电学参数。

在步骤102中，获取上述产生的电阻信号，并将其转换为相应应力波的电压信号。

在本发明的一个实施例中，可以采用信号转换模块获取应力转换模块输出的电阻信号，并将入射杆和透射杆上相应应力的电阻信号转换为电压信号。

其中信号转换模块可以是灵敏的惠斯顿电桥，其直接与应力转换模块连接，能够感知应力转换模块的微弱电阻变化。

下面以信号转换模块是惠斯顿电桥时为例对电阻信号转换为电压信号具体过程进行说明：

当惠斯顿电桥测出应力转换模块的电阻变化为△R时，惠斯顿电桥中的输出电压V₀和输入电压(桥压)V_i的关系为：

$V_0=(\frac{R_4}{R_2+R_4}-\frac{R_1}{R_1+R_3})\·V_i$

实验中，信号转换模块连接在对称的惠斯顿电桥桥路上，令R₁＝R₄＝R，R₂＝R₃＝R_sg＝R+ΔR，其中，ΔR是测量中电阻的变化量。此时有：

$V_0=\frac{\mathrm{\ΔR}/R}{2-\mathrm{\ΔR}/R}{V}_i\≈\frac{1}{2}\frac{\mathrm{\ΔR}}{R}{V}_i$

假设K是信号转换模块的灵敏系数，我们可以得出输出电压V₀和应力波引起的电压变化ε的关系：

$\mathrm{\ϵ}=\frac{2\·V_0}{K\·V_i}$

在步骤103中，接收电压信号，并将电压信号进行放大处理，得到电压放大信号；由于惠斯顿电桥的输出电压通常只在毫伏级，一般的设备难以检测到，于是需要对惠斯顿电桥输出的电压信号进行放大处理。

在步骤104中，根据入射杆上应力波产生的时间起点和透射杆上应力波产生的时间起点，计算出火工品上加载能量的时间。此处可以采用信号放大模块对信号转换模块输出的电压进行放大。

具体地入射杆杆端的击针在子弹的作用下向前运动，击针撞击火工品，同时产生反射应力波与透射应力波(由于透射应力波很小，在进行测试时，可以忽略不计)。当有入射应力波产生时，就开始有能量在火工品上进行加载，当火工品获取的能量达到发生爆炸所需的能量后，火工品在击针的针刺作用下就会发生爆炸，产生爆炸应力波，该爆炸应力波在透射杆中快速传播。加载在火工品上的时间为入射杆上开始产生入射应力波到火工品发生爆炸这段时间。

根据加载于火工品上能量的时间和加载在火工品上的应力波，计算出加载在火工品上的能量。

在步骤105中，根据入射杆上的应力波对应的电压放大信号，计算出加载在火工品上的应力波；具体地为，获取入射应力波对应的电压放大信号并计算出入射应力波；根据反射应力波对应的电压放大信号并计算出反射应力波；加载在火工品上的应力波为入射应力波与反射应力波之间的差异。

在步骤106中，根据加载于火工品上能量的时间和加载在火工品上的应力波，计算出加载在火工品上的能量。

步骤106中加载在火工品上的能量可以将加载在火工品上的应力波进行积分获取。也可根据积分定义，将入射应力波与反射应力波差值曲线的每个点位进行分割，则分割所得每一小块的图形的面积之和为加载在火工品上的能量，即： $E=\underset{t=0}{\overset{T}{\mathrm{\Σ}}}\mathrm{\ΔF}\·v\·\mathrm{\Δt}.$

Claims (9)

1.一种加载于火工品上能量的测试系统，其特征在于，包括：

应力波转换模块，用于子弹与入射杆撞击时及入射杆杆端的击针撞击火工品时，将入射杆和透射杆上承受的应力波转换为电阻信号；

信号转换模块，与所述应力波转换模块连接，用于将所述电阻信号转换为电压信号；

信号放大模块，与所述信号转换模块连接，用于接收所述信号转换模块输出的电压信号，并将所述电压信号进行放大处理后输出电压放大信号；

处理器，与所述信号放大模块连接，用于获取所述信号放大模块输出的电压放大信号，并根据入射杆上应力波产生的时间起点和透射杆上应力波产生的时间起点，计算出火工品上加载能量的时间；根据入射杆上的应力波对应的电压放大信号，计算出加载在火工品上的应力波；以及根据火工品上加载能量的时间和加载在火工品上的应力波，计算出加载在火工品上的能量。

2.根据权利要求2所述的加载于火工品上能量的测试系统，其特征在于，所述应力波转换模块包括：

第一应力波转换单元，固定在入射杆上，用于分别将子弹与入射杆撞击时，将入射杆的入射应力波及入射杆杆端的击针撞击火工品时，将入射杆的反射应力波转换为电阻信号；

第二应力波转换单元，固定在透射杆上，用于击针撞击火工品时，将透射杆上的爆炸应力波转换为电阻信号。

3.根据权利要求2所述的加载于火工品上能量的测试系统，其特征在于，

所述处理器根据入射杆上应力波产生的时间起点和透射杆上应力波产生的时间起点，计算出火工品上加载能量的时间进一步包括：

处理器通过入射杆上的入射应力波产生的时间起点和透射杆上的爆炸应力波产生的时间起点获取加载于火工品上能量的时间。

4.根据权利要求2或3所述的加载于火工品上能量的测试系统，其特征在于，所述处理器根据入射杆上的应力波对应的电压放大信号，计算出加载在火工品上的应力波进一步包括：

处理器获取入射应力波对应的电压放大信号并计算出入射应力波；根据反射应力波对应的电压放大信号并计算出反射应力波；获取入射应力波与反射应力波之间的差异，得到加载在火工品上的应力波。

5.根据权利要求4所述的加载于火工品上能量的测试系统，其特征在于，还包括图像显示单元，与所述信号放大模块连接，用于将所述信号放大模块输出的入射应力波对应的电压放大信号和反射应力波对应的电压放大信号转换为波形图。

6.一种加载于火工品上能量的测试方法，其特征在于，包括：

子弹与入射杆撞击时及入射杆杆端的击针撞击火工品时，获取入射杆和透射杆上产生的应力波，并将其转换为电阻信号；

获取电阻信号，并将其转换为相应应力波的电压信号；

接收所述电压信号，并将所述电压信号进行放大处理后，获取电压放大信号；

根据入射杆上应力波产生的时间起点和透射杆上应力波产生的时间起点，计算出火工品上加载能量的时间；

根据入射杆上的应力波对应的电压放大信号，计算出加载在火工品上的应力波；

根据加载于火工品上能量的时间和加载在火工品上的应力波，计算出加载在火工品上的能量。

7.根据权利要求6所述的加载于火工品上能量的测试方法，其特征在于，所述将入射杆和透射杆上产生的应力波转换为电阻信号进一步包括：

当子弹与入射杆杆端撞击时，获取入射杆上的入射应力波，并将其转化为电阻信号；

当入射杆杆端的击针撞击火工品时，获取入射杆上的反射应力波，并将其转化电阻信号；获取透射杆上的爆炸应力波，并将爆炸应力波转换为电阻信号。

8.根据权利要求7所述的加载于火工品上能量的测试方法，其特征在于，所述根据入射杆上应力波产生的时间起点和透射杆上应力波产生的时间起点，计算出火工品上加载能量的时间进一步包括：

通过入射杆上的入射应力波产生的时间起点和透射杆上的爆炸应力波产生的时间起点获取加载于火工品上能量的时间。

9.根据权利要求7或8所述的加载于火工品上能量的测试方法，其特征在于，根据入射杆上的应力波对应的电压放大信号，计算出加载在火工品上的应力波进一步包括：

获取入射应力波对应的电压放大信号并计算出入射应力波；根据反射应力波对应的电压放大信号并计算出反射应力波；获取入射应力波与反射应力波之间的差异，得到加载在火工品上的应力波。