CN105403358B - 冲击波压力传感器现场检选方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种冲击波压力传感器现场检选方法，对不同距离的冲击波超压值进行预估，并确定适用量程的被检选压力传感器；在起爆中心利用托弹架固定标准爆炸信号源，在各个距离处布设空中布置传感器安装装置；将标准压力传感器和被检选压力传感器安装在空中布置传感器安装装置上；对标准爆炸信号源的爆炸冲击波信号进行采集，剔除每个空中布置传感器安装装置上与标准压力传感器测试数据的偏差值大的50％被检选压力传感器。本发明不仅能够有效实现大量冲击波压力传感器的现场快速、可靠检选，也能够对同一测量范围的传感器的一致性进行评估，且安装装置体积小，重量轻，易于现场安装，方法易于实现。

Description

冲击波压力传感器现场检选方法

技术领域

本发明属于爆炸毁伤试验测试技术领域，涉及爆炸环境下冲击波压力传感器的一种现场选择方法，可用于爆炸冲击波超压测试传感器的检选。

背景技术

爆炸时产生的冲击波超压常常作为评估爆炸威力的一个重要指标，然而通过大量的实际测试数据发现，不同测量单位测得的冲击波压力值的可比性较差，分析原因主要有：第一，试验测试用压力传感器均是在静态标定条件下完成，不能真实反映传感器的动态相应特性；第二，为抑制或减小寄生效应，现场对传感器采取了必要的防护措施，如隔热、防震、抗冲击，导致实际使用的传感器组件的等效质量及等效刚度发生变化；第三，由于传感器使用频次的快速提高，传感器长期使用后灵敏度会发生偏移。因此，有必要确定一种能反映冲击波压力动态特性的传感器现场检选方法。

现有技术中的静态标定是在静态标准条件下进行，即没有加速度、振动和冲击，环境温度一般为常温，而靶场试验测试中涉及高温、高压，且为动态压力测量。压力传感器的动态标定常采用实验室内的激波管标定方法，且标定传感器数量有限，标定成本高。针对靶场次数越来越多、周期越来越短的大当量爆炸试验，且单次试验需要几十个冲击波压力传感器进行测试，实验室内利用激波管的动态标定显然无法满足。

当前的冲击波压力传感器现场标定方案如下：国防工业出版社出版的《爆炸与冲击电测技术》中介绍了“利用1kgTNT球形炸药或50kgTNT～100kgTNT较大炸药的空中爆炸来对传感器进行现场标定，前者需要重新布置传感器，后者则不需要对传感器进行重新布置”；GJB 5412-2005《燃料空气炸药(FAE)类弹种爆炸参数测试及爆炸威力评估方法》中介绍了针对FAE类弹种的爆炸冲击波超压测试时需要对“测试系统的现场标定”，主要是对“TNT标准装药、TNT装药的安放、爆心与测点的相对位置、标定试验次数与顺序”等进行了规定。两份相关材料中介绍的冲击波压力现场标定方法均是利用标准TNT炸药在现场进行爆炸，对布置在地面的压力传感器进行标定；但均是对标定方法的简单、概况性介绍，对现场检选没有指导性，且爆炸现场地面的凹凸不平在所难免，不平整度较高，特别是针对大当量爆炸时地面布设传感器范围更广，高差较大，在地面布置压力传感器的现场标定方法误差较大、可操作性差。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种基于空中布置传感器的冲击波压力传感器现场检选方法，采用球形TNT炸药爆炸冲击波作为检选传感器的标准源，利用空中布置传感器安装装置上安装的标准压力传感器和被检选压力传感器测试数据进行对比，实现压力传感器的现场检选，不仅能够有效实现大量冲击波压力传感器的现场快速、可靠检选，也能够对同一测量范围的传感器的一致性进行评估，且安装装置体积小，重量轻，易于现场安装，方法易于实现。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：

(1)依据试验要求的爆炸当量以及与起爆中心的距离，利用萨道夫斯基公式对不同距离的冲击波超压值进行预估，按照预估值确定每个距离处所用传感器的量程；依据量程确定被检选压力传感器；

(2)在起爆中心利用托弹架固定标准爆炸信号源，按照步骤(1)确定的距离布设空中布置传感器安装装置；

(3)将标准压力传感器和被检选压力传感器安装在空中布置传感器安装装置的安装盘上，安装盘正对起爆中心且垂直于地面，每个安装盘的中心位置安装1个标准压力传感器，若干个被检选压力传感器以标准压力传感器为圆心沿圆周均布；

(4)对标准爆炸信号源的爆炸冲击波信号进行采集；读取标准压力传感器和被检压力传感器的超压峰值；

(5)任意选取一个空中布置传感器安装装置，以该空中布置传感器安装装置上的标准压力传感器测试数据为基准，被检选压力传感器的测试数据与标准压力传感器测试数据的偏差值由小到大进行排序，剔除排序靠后的50％被检选压力传感器；

(6)重复步骤(5)，逐一完成各个空中布置传感器安装装置上的被检压力传感器的检选。

所述的步骤(1)中，预估值要在被检选压力传感器量程的1/3和2/3之间。

所述的步骤(3)中，爆炸中心与各个标准压力传感器在同一水平面上。

所述的步骤(3)中，若被检选压力传感器数量超过了一个空中布置传感器安装装置上能够安装的数量，则在以爆炸中心为圆心的相同半径圆周上布设若干个空中布置传感器安装装置。

所述的步骤(3)中，相同半径圆周上布设的各个空中布置传感器安装装置和第一个布设的空中布置传感器安装装置之间的角度小于90度，且各个空中布置传感器安装装置的安装盘相互之间没有叠加交叉。

本发明的有益效果是：针对爆炸过程中冲击波参数测试压力传感器的现场、快速、便捷地检选问题展开，本发明充分利用靶场静爆试验场附近的混凝土平台作为传感器现场检选场地设施，采用冲击波垂直入射原理，设计了空中布置传感器安装装置。依据每个量程需用传感器数量不同，安装并布设空中布置传感器安装装置，通过信号电缆将传感器采集信号传输到数据采集与处理系统，构成传感器现场检选测试系统，经数据处理，获取每个量程上传感器测试冲击波超压测试数据，利用被检选压力传感器与标准压力传感器的偏差大小，剔除偏差较大的冲击波超压数据及对应传感器，实现了传感器的现场检选测试。解决了战斗部爆炸过程中冲击波参数测试压力传感器的现场、快速、便捷地检选难题，使得现有的正式试验后才对不符合数据进行剔除，有效数据量减少的现象得以改善。本发明可适用于武器靶场试验的冲击波参数现场检选试验。

附图说明

图1是空中布置传感器安装装置示意图；

图2是安装盘结构图；

图3是某试验要求药柱及传感器布设示意图；

图4是五个空中布置传感器安装装置平面布设示意图；

图5是多通道冲击波超压测试系统框图；

图6为多个空中布置传感器安装装置同时布设结构示意图

图中，1.安装底座，2.固定螺母，3.可伸缩安装杆，4.紧固套，5.安装盘，6.标准压力传感器安装孔，7.被检选压力传感器安装孔，8.药柱，9.托弹架，10.传感器，11.混凝土平台，12.空中布置传感器安装装置，13.托弹架及药柱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明是一种基于空中布置传感器的冲击波压力传感器现场检选方法，包括以下步骤：

(1)依据试验要求的爆炸当量和距装药中心的距离，利用萨道夫斯基公式对不同距离的冲击波超压值进行预估，按照预估值确定每个距离处所用传感器的量程；依据量程确定被检选压力传感器数量为对应量程测试所需传感器数量的2倍。

(2)用1kgTNT球形裸药作为标准爆炸信号源，利用托弹架将其安放于靶场静爆试验场附近的混凝土平台上，并使球心离地面的垂直高度为1.5m，后以球心为圆心，确定被检选传感器的布设半径。

(3)将标准压力传感器和被检选压力传感器安装在空中布置传感器安装装置上，每个空中布置传感器安装装置上有一个安装压力传感器的安装盘，安装盘正对起爆中心，垂直地面固定，且每个安装盘的中心位置安装1个标准压力传感器，不超过6个被检选压力传感器以标准压力传感器为圆心沿圆周均布，如图2所示。如果被检选压力传感器数量较多，超过了一个空中布置传感器安装装置上能够安装的数量，则可以选择多个安装装置，多个安装装置需布设在以爆心为圆心的同一半径上即可。

(4)传感器、低噪声信号电缆、适配器和多通道数据采集记录器组成多通道冲击波超压测试系统，对1kgTNT球形裸药的爆炸冲击波信号进行采集；利用冲击波数据处理软件对标准压力传感器和被检压力传感器的超压峰值进行判读。

(5)针对每个空中布置传感器安装装置上的传感器进行分析：以标准压力传感器测试数据为基准，被检选压力传感器测试数据与基准的偏差值由小到大进行排序，剔除排序靠后的50％被检选压力传感器。

(6)依次完成每个空中布置传感器安装装置上的压力传感器的检选。

本发明的实现还在于：按照预估值选择不同距装药中心的距离处所需要的压力传感器量程时，预估冲击波超压值要在传感器量程范围内，要介于压力传感器量程的1/3～2/3之间；

本发明的实现还在于：利用靶场静爆试验场附近的混凝土平台，保证了托弹架和空中布置传感器安装装置在同一水平面上进行安装，通过调整托弹架的高度可以确保球形裸药的起爆中心与标准压力传感器在同一水平面上；

本发明的实现还在于：每个空中布置传感器安装装置配有一个安装盘，每个安装盘上可以同时安装七个传感器，在安装盘的中心安装一个标准压力传感器，其它六个传感器安装孔在以中心为圆心的圆周上均匀分布；在每次检选传感器时，可以根据试验测试需要选择安装一个或安装六个被检选压力传感器，空中布置传感器安装装置见图1，安装盘结构示意图见图2。

本发明的实现还在于：如果一个空中布置传感器安装装置无法满足所有被检选压力传感器的现场检选，可以选择多个空中布置传感器安装装置同时布设；布设半径相同时，优先在和第一个布设好的空中布置传感器安装装置之间的角度为90度的范围内进行布设；当被检选的传感器极多时，需使用多个空中布置传感器安装装置，在小半径的90°范围内就可能叠加交叉，则需要增大布设半径，使最终形成相互无交叉的局面，如图6所示。小范围布设减少了低噪声信号电缆的损耗，同时，减小了工作量；布设半径不同时，由起爆中心向外，呈平面螺旋式散开。

本发明的实现还在于：标准压力传感器较被检选压力传感器有更高的性能指标，且要经过静态和动态标校，仅用于压力传感器的现场检选试验，不参与试验测试。

本发明的实现还在于：以标准压力传感器测试数据为基准，按照被检选压力传感器测试数据与基准的偏差值由小到大的顺序进行传感器的现场检选，方法合理、可行，操作简单。

以某试验为背景，介绍冲击波压力传感器现场检选方法的主要步骤。

步骤1：冲击波超压值的预估。

试验要求：药柱为30kgTNT爆炸当量，竖立放置在木制托弹架上，药柱几何中心距地面1.5m，以药柱在地面的垂直投影点为圆心，传感器沿径向布设在距圆心3m、6m、10m、15m、21m、28m的两条测线上，两条测线的夹角为30°，共12个测试点位，具体布设示意图见图3所示。

利用萨多夫斯基公式进行不同点位的冲击波超压值预估，冲击波超压预估值及对应传感器量程、数量见表1。

其中：ΔP₁—冲击波超压峰值，MPa；

ω—TNT当量，kg；

R—距装药中心的距离，m。

本次试验一条测线上确定了2个200psi和10个50psi的被检选压力传感器，因此，两条测线上最终确定了4个200psi和20个50psi的压力传感器进行现场检选。

表1

步骤2：确定检选试验的球形裸药放置位置及布设半径。

以被检选压力传感器的最大量程为反射冲击波超压ΔP₂，利用公式(2)，反算入射冲击波超压ΔP₁。

式中：ΔP₁为入射冲击波超压；ΔP₂为反射冲击波超压；P₀为未经扰动介质的压力；K为空气的比热比。一般情况下，K＝1.4。

已知TNT当量和计算得到的ΔP₁的值，利用公式(1)反算传感器最小布设半径，量程为200pai传感器的最小布设距离为1.2691m，确定布设半径为1.5m；量程为50psi传感器的最小布设距离为2.1640m，确定布设半径为2.5m。具体结果见表2。

表2

根据传感器检选场地尺寸及传感器的布设半径，确定1KgTNT当量标准裸药的布设位置；根据步骤1确定的不同量程的被检选压力传感器数量，计算4个200psi被检选压力传感器需要一个空中布置传感器安装装置；20个50psi被检选压力传感器需要四个空中布置传感器安装装置(每个空中布置传感器安装装置最多布设6个被检选压力传感器)，则共需要五个空中布置传感器安装装置。五个空中布置传感器安装装置平面布设示意图见图4所示。

步骤3：安装传感器及布设空中布置传感器安装装置，传感器、低噪声信号电缆、适配器和多通道数据采集记录器组成多通道冲击波超压测试系统，系统组成框图见图5所示。

步骤4：起爆1kgTNT当量的标准药柱，启动测试系统、采集并下载数据。

步骤5：依次分析每一个安装装置上的被检选压力传感器测试数据，以该装置上标准压力传感器测试数据为基准，以被检选压力传感器超压值与标准压力传感器超压值之差进行排序，剔除误差较大的数据及对应传感器，从而完成所有传感器的现场检选。

表3给出了其中一个传感器安装装置上的量程为50psi传感器测试数据。按照“被检选压力传感器超压值与标准压力传感器超压值之差”的绝对值进行从小到大排序，对应传感器编号依次为：0#、2#、1#、5#、6#、3#、4#；检选出编号为1#、2#、5#的传感器。

表3

步骤6：最终检选出试验用量程为200psi传感器2个，50psi传感器10个。

Claims (5)

1.一种冲击波压力传感器现场检选方法，其特征在于包括下述步骤：

(1)依据试验要求的爆炸当量以及与起爆中心的距离，利用萨道夫斯基公式对不同距离的冲击波超压值进行预估，按照预估值确定每个距离处所用传感器的量程；依据量程确定被检选压力传感器；

(2)在起爆中心利用托弹架固定标准爆炸信号源，按照步骤(1)确定的距离布设空中布置传感器安装装置；

(3)将标准压力传感器和被检选压力传感器安装在空中布置传感器安装装置的安装盘上，安装盘正对起爆中心且垂直于地面，每个安装盘的中心位置安装1个标准压力传感器，若干个被检选压力传感器以标准压力传感器为圆心沿圆周均布；

(4)对标准爆炸信号源的爆炸冲击波信号进行采集；读取标准压力传感器和被检选压力传感器的超压峰值；

(5)任意选取一个空中布置传感器安装装置，以该空中布置传感器安装装置上的标准压力传感器测试数据为基准，被检选压力传感器的测试数据与标准压力传感器测试数据的偏差值由小到大进行排序，剔除排序靠后的50％被检选压力传感器；

(6)重复步骤(5)，逐一完成各个空中布置传感器安装装置上的被检选压力传感器的检选。

2.根据权利要求1所述的冲击波压力传感器现场检选方法，其特征在于：所述的步骤(1)中，预估值要在被检选压力传感器量程的1/3和2/3之间。

3.根据权利要求1所述的冲击波压力传感器现场检选方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，起爆中心与各个标准压力传感器在同一水平面上。

4.根据权利要求1所述的冲击波压力传感器现场检选方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，若被检选压力传感器数量超过了一个空中布置传感器安装装置上能够安装的数量，则在以起爆中心为圆心的相同半径圆周上布设若干个空中布置传感器安装装置。

5.根据权利要求4所述的冲击波压力传感器现场检选方法，其特征在于：所述的步骤(3)中，相同半径圆周上布设的各个空中布置传感器安装装置和第一个布设的空中布置传感器安装装置之间的角度小于90度，且各个空中布置传感器安装装置的安装盘相互之间没有叠加交叉。