CN107271635B - 一种开放空间大尺度可燃气云爆炸三维超压场的测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种开放空间大尺度可燃气云爆炸三维超压场的测试方法，该方法包括三维压力传感器阵列搭建方法、压力数据采集方法、同步触发方法和供气系统搭建及可燃气云形成方法；由三维压力传感器阵列、同步触发系统、信号调理系统、压力数据采集系统、供电系统和供气系统组成。以气云中心为核心呈放射状在多个方向、多个高度搭建一个三维、多点的压力传感器测试阵列。采用压力数据自采集和同步触发压力数据采集两种压力数据采集方式，由同步触发系统和点火装置同步触发。同时利用供气系统形成一定高度的可燃气云，通过点火发射装置发射的点火弹点燃可燃气云形成测试所需的超压，为三维超压场的反演和重建提供数据支持，为安全距离及标准的制定提供数据依据。
Description
技术领域
本发明属于气体爆燃测试领域，尤其涉及一种开放空间大尺度可燃气云爆炸超压测试系统。
背景技术
大规模可燃气云爆炸产生的超压相对较大，可能造成巨大的破坏作用，大量可燃气体有可能从气体储罐或者输气管道中泄露出来，在空气中扩散混合形成大规模气云爆炸混合物，一旦气云被点燃就会发生爆炸，爆炸产生的超压在开放空间依然具有很大的破坏作用。因此，进行全尺寸爆破实验，测试气云爆炸产生的超压，对于安全距离的确定及安全标准的制定很有必要。
目前，我国已经建成首座(亚洲最大)全尺寸天然气管道爆破试验场，需要配备相关测试装备，制定测试方法，进行大尺度气云爆炸超压的测试。但现有关于气云的爆炸测试仅局限于实验室阶段或者小尺度的模拟实验，例如中国发明专利“开敞空间存在浓度梯度气云爆燃实验方法及装置”(专利申请号：200810224143.5)公开的一种开敞空间存在浓度梯度的气云爆燃实验方法及装置，其中涉及的实验气云规模很小，且用塑料薄膜约束，实验方法简单、实验装置及测点相对较少，并不能应用于大尺度气云爆燃实验。由于大尺度气云爆炸实验尚处于研发阶段，当气云直径达到几十米甚至几百米，并且实验处于环境恶劣的外场时，小尺度的实验室测试方法就不再适用。国外一些组织进行过相关大尺度实验，B.J.Lowesmith,G.Hankinson【Lowesmith B J,Hankinson G.Large scale experimentsto study fires following the rupture of high pressure pipelines conveyingnatural gas and natural gas/hydrogen mixtures[J].Process Safety&EnvironmentalProtection,2013,91(s 1–2):101–111.】等人进行了150mm直径管道爆破后产生的气云爆燃热辐射及冲击波的实验，但其主要是热辐射测试和近地面处的超压测试，且超压测点只有5个，分布在近地面位置，该实验仅局限于在单一水平方向上的超压测试，且测点太少。效果有一定的局限性。
目前，尚未见一种较为有效的针对开放空间大尺度可燃气云爆炸三维超压测试的技术解决方案。
发明内容
本发明目的在于，提供一种开放空间大尺度可燃气云爆炸三维超压场的测试方法，该方法搭建由三维压力传感器阵列、同步触发系统、信号调理系统、压力数据采集系统、供电系统和供气系统组成，适用于开放空间恶劣环境条件下，大尺度可燃气云爆炸三维超压场的测试方法及测试装置搭建。开放空间大尺度气云爆炸需要在室外进行，条件简陋，环境恶劣，可燃气云尺度太大，且爆心较高，近地面测点布置难以准确测量气云爆炸超压数据。同时，试验场测点多、距离远，过长的信号传输导线引起信号失真。针对以上结症，本发明提出了传感器及其安装杆的三维布设方法，采用冲击波超压测点采用高空阵列式三维布设；压力数据采集系统采用压力数据自采集和同步触发压力数据采集两种压力数据采集方式；为了防止信号干扰，解决试验场测点多、距离远，过长的信号传输导线引起信号失真的问题，采用了多信号同步触发器，搭建了同步触发网，配合压力信号采集设备及装置，建立了同步触发数据采集系统；实现了远端信号控制，缩短了信号传输导线的长度，提高了信号传输的稳定性和精准度。本发明还提供了根据上述方法的实验装置，包括辅助试验的供电系统，供气系统、和点火系统，能够实时采集恶劣环境下超大规模气云爆炸产生的三维超压数据。同时，得到的超压数据可以为三维超压场的反演和重建提供数据支持。通过测试得到气云在高空的爆燃产生的超压在横向及纵向的分布规律和超压的强度等级，为安全距离及标准的制定提供数据依据。
本发明所述的一种开放空间大尺度可燃气云爆炸三维超压场的测试方法，包括压力传感器阵列搭建方法、压力数据采集方法、同步触发方法和供气系统搭建及可燃气云形成方法，该测试方法搭建由三维压力传感器阵列、同步触发系统、信号调理系统、压力数据采集系统、供电系统和供气系统组成；所述的三维压力传感器阵列为开放空间中的三维多点的压力传感器阵列，由压力传感器(1)、测试杆(2)、传感器延长杆(3)、信号线(4)和传感器固定座(32)组成，在开放空间的测试场中，以气云中心为核心呈放射状在多个方向埋设多组传感器测试杆(2)，每根测试杆(2)之间按等距离排列，在每根测试杆(2)上等距离纵向分层设置有压力传感器(1)；所述的压力数据采集系统采用压力数据自采集和同步触发压力数据采集两种压力数据采集方式，在多组压力传感器阵列中，其中一组压力传感器阵列采用压力数据自采集方式，其每个压力传感器(1)都通过信号线(4)连接到埋设于地下的数字压力记录仪(7)，其余多组压力传感器阵列设置为同步触发压力数据采集方式，其每个压力传感器(1)都利用信号线(4)通过设置于防爆测试间(16)中的电荷放大器组(6)连接到数据采集仪(5)；同步触发压力数据采集方式对应的每组压力传感器阵列附近都设置有一个防爆测试间(16)，在防爆测试间(16)内部设置有数据采集仪(5)、电荷放大器组(6)、显示设备(8)、第一同步触发器(9)和稳压电源(10)，第一同步触发器(9)的触发信号输出端通过屏蔽电缆(13)连接到数据采集仪(5)的触发信号输入端；所述的同步触发系统由点火发射装置(11)、第二同步触发器(36)和点火控制开关(12)组成，在测试场外设置有控制间(15)，控制间(15)内部设置第二同步触发器(36)和点火控制开关(12)，二者通过屏蔽电缆(13)连接，点火控制开关(12)同时利用点火线(35)与设置于测试场内的点火发射装置(11)连接，同步控制第二同步触发器(36)触发和点火发射装置(11)点火发射，控制间(15)内的第二同步触发器(36)的触发信号输出端通过屏蔽电缆(13)连接到其中一间防爆测试间(16)内的第一同步触发器(9)的触发信号输入端，各防爆测试间(16)内的第一同步触发器(9)利用屏蔽电缆(13)串联连接，同步触发数据采集仪(5)运行；点火发射装置(11)设置于测试场内，包括触发线(17)、点火弹(18)和点火弹发射架(19)，自采集压力传感器阵列中的数字压力记录仪(7)利用触发线(17)与点火弹(18)相连，通过点火弹(18)发射切断触发线(17)实现断路触发；由点火控制开关(12)控制点火发射装置(11)的点火弹(18)点火发射，点燃可燃气云(30)形成测试所需的超压；所述的供气系统包括设置于测试场外安全距离的供气站(24)、注气管线(25)、高压输气管道爆破段(26)、排气管线(27)、放空阀(28)和高压注气设备(29)，供气站(24)的高压注气设备(29)通过注气管线(25)与高压输气管道爆破段(26)连通，高压输气管道爆破段(26)设置于测试场内的中心位置，高压输气管道爆破段(26)通过排气管线(27)与用于安全放空的放空阀(28)连通。
所述的信号调理系统包括设置于各防爆测试间(16)内的电荷放大器组(6)，每组电荷放大器组(6)都由多台电荷放大器组成，其信号输入端通过信号线(4)分别与对应的压力传感器(1)连接，其对应的后端通过电缆(13)与数据采集仪(5)对应的输入端连接；电荷放大器组(6)做接地处置并安装减震装置。
所述的供电系统包括发电机组(23)和设置于防爆测试间(16)内的稳压电源(10)，二者通过供电电缆(30)连接，各防爆测试间(16)的稳压电源(10)之间采用并联连接；稳压电源(10)通过电源线(14)与防爆测试间(16)内的其他设备电源输入端连接并为其提供电力。
数据采集仪(5)与用于显示相关压力曲线的显示器设备(8)连接。
所述的数据自采集压力传感器阵列中的每个压力传感器(1)通过信号线(4)与1台数字压力记录仪(7)连接，数字压力记录仪(7)浅埋于测试杆(2)附近的土层中，各数字压力记录仪(7)之间通过触发电缆(34)串联连接，实现同步触发。
压力传感器(1)利用传感器延长杆(3)与测试杆(2)上的传感器固定座(32)连接固定，在压力传感器(1)与传感器延长杆(3)的连接部位加装有防止信号干扰的绝缘套(33)。
本发明所述的一种开放空间大尺度可燃气云爆炸三维超压场的测试方法，包括三维压力传感器阵列搭建方法、压力数据采集方法、同步触发方法和供气系统搭建及可燃气云形成方法。
在三维的开放空间中，以气云中心为核心呈放射状在多个方向设置多组压力传感器阵列，在每组的压力传感器阵列中都设置有多根测试杆，在每根测试杆上纵向分层设置有多个压力传感器，形成一个三维、多点的压力传感器测试阵列。采用压力数据自采集和同步触发压力数据采集两种压力数据采集方式，其中一组压力传感器阵列设置为压力数据自采集方式采用点火弹点火弹发射断路触发方式触发；其余多组压力传感器阵列设置为同步触发压力数据采集方式利用点火控制开关控制同步触发。利用搭建的供气系统形成一定高度的可燃气云，通过点火发射装置发射的点火弹点燃可燃气云形成测试所需的超压。
附图说明
图1是本发明的三维超压场测试系统搭建原理图；
图2是本发明的测试系统三维超压场测试装置示意图；
图3是本发明的传感器测试杆的安装示意图；
图4是本发明的数据自采集系统压力传感器在测试杆上的安装示意图；
图5是本发明的同步触发数据采集系统压力传感器在测试杆上的安装示意图；
图6是本发明的压力传感器结构示意图；
图7是本发明的点火发射装置的结构示意图；
图8是本发明的实测压力时程曲线示意图；
图9是本发明的测点到爆心不同距离的超压值分布示意图；
图10是本发明的到爆心100m处测试杆上不同高度处测点的超压值分布示意图。
图例：1、压力传感器，2、测试杆，3、传感器延长杆，4、信号线，5、数据采集仪，6、电荷放大器组，7、数字压力记录仪，8、显示设备，9、第一同步触发器，10、稳压电源，11、点火发射装置，12、点火控制开关，13、屏蔽电缆，14、电源线，15、控制间，16、防爆测试间，17、触发线，18、点火弹，19、点火弹发射架，20、地锚，21、固定钢索，22、测试杆基座，23、发电机组，24、供气站，25、注气管线，26、高压输气管道爆破段，27、排气管线，28、放空阀，29、高压注气设备，30、可燃气云，31、供电电缆，32、传感器固定座，33、绝缘套，34、触发电缆，35、点火线，36、第二同步触发器。
具体实施方式
本发明不受下述实施例的限制，可根据发明的技术方案与实际情况来确定具体的实施方式。本发明所给出的实施例是便于更好地理解，但并不限定本发明。实施例中所用的试验设备和材料，如无特殊说明，均为市售。
实施例
本发明所述的一种开放空间大尺度可燃气云爆炸三维超压场的测试方法，包括压力传感器阵列搭建方法、压力数据采集方法、同步触发方法和供气系统搭建及可燃气云形成方法；该方法搭建由三维压力传感器阵列、同步触发系统、信号调理系统、压力数据采集系统、供电系统和供气系统组成；所述的三维压力传感器阵列为开放空间中的三维多点的压力传感器阵列，由压力传感器1、测试杆2、传感器延长杆3、信号线4和传感器固定座32组成，在开放空间的测试场中，以气云中心为核心呈放射状在多个方向埋设多组传感器测试杆2，每根测试杆2之间按等距离排列，在每根测试杆2上按等距离纵向分层设置有多个压力传感器1；
所述的压力数据采集系统采用压力数据自采集和同步触发压力数据采集两种压力数据采集方式，在多组压力传感器阵列中，其中一组压力传感器阵列采用压力数据自采集方式，其每个压力传感器1通过信号线4连接到埋设于地下的数字压力记录仪7，其余多组压力传感器阵列设置为同步触发压力数据采集方式，其每个压力传感器1利用信号线4通过设置于防爆测试间16中的电荷放大器组6连接到数据采集仪5；
同步触发压力数据采集方式对应的每组压力传感器阵列附近设置有防爆测试间16，防爆测试间16内设置有数据采集仪5、电荷放大器组6、显示设备8、第一同步触发器9和稳压电源10，第一同步触发器9的触发信号输出端通过屏蔽电缆13连接到数据采集仪5的触发信号输入端；
所述的同步触发系统由点火发射装置11、第二同步触发器36和点火控制开关12组成，在测试场外距测试场一定距离处设置有控制间15，控制间15内设置第二同步触发器36和点火控制开关12，二者通过屏蔽电缆13连接，点火控制开关12同时利用点火线35与设置于测试场内的点火发射装置11连接，第二同步触发器36触发和点火发射装置11点火发射，控制间15内的第二同步触发器36的触发信号输出端通过屏蔽电缆13连接到其中一间防爆测试间16内的第一同步触发器9的触发信号输入端，各防爆测试间16内的第一同步触发器9利用屏蔽电缆13串联连接，同步触发数据采集仪5运行；
点火发射装置11设置于测试场内，包括触发线17、点火弹18和点火弹发射架19，自采集压力传感器阵列中的数字压力记录仪7利用触发线17与点火弹18相连，通过点火弹18发射切断触发线17实现断路触发；
由点火控制开关12控制点火发射装置11的点火弹18点火发射，点燃可燃气云30形成测试所需的超压；
所述的供气系统包括设置于测试场外安全距离的供气站24、注气管线25、高压输气管道爆破段26、排气管线27、放空阀28和高压注气设备29，供气站24的高压注气设备29通过注气管线25与高压输气管道爆破段26连通，高压输气管道爆破段26设置于测试场内的中心位置，高压输气管道爆破段26通过排气管线27与用于安全放空的放空阀28连通；
所述的信号调理系统包括设置于各防爆测试间16内的电荷放大器组6，每组电荷放大器组6都由多台电荷放大器组成，其信号输入端通过信号线4分别与对应的压力传感器1连接，其对应的后端通过电缆13与数据采集仪5对应的输入端连接；电荷放大器组6做接地处置并安装减震装置；
所述的供电系统包括发电机组23和设置于防爆测试间16内的稳压电源10，二者通过供电电缆30连接，各防爆测试间16的稳压电源10之间采用并联连接；稳压电源10通过电源线14与防爆测试间16内的其他设备电源输入端连接并为其提供电力；
数据采集仪5与用于显示相关压力曲线的显示器设备8连接；
所述的数据自采集压力传感器阵列中的每个压力传感器1通过信号线4与1台数字压力记录仪7连接，数字压力记录仪7浅埋于测试杆2附近的土层中，各数字压力记录仪7之间通过触发电缆34串联连接，实现同步触发；
压力传感器1利用传感器延长杆3与测试杆2上的传感器固定座32连接固定，在压力传感器1与传感器延长杆3的连接部位加装有防止信号干扰的绝缘套33；
如图1所示，本发明的一种开放空间大尺度可燃气云爆炸三维超压场的测试方法包括搭建的供气系统，点火系统，气云形成，自由场压力传感器三维阵列，信号调理系统，数据采集系统，同步触发系统，供电系统；气体泄漏与空气形成可燃气云后，点火系统发射点火弹进行点火，点火瞬间产生前驱冲击波，随后火球迅速扩展加速，形成有前驱冲击波阵面和爆燃波阵面构成的两波三区结构，最终形成超压信号，超压信号传播到各压力测点处的自由场压电式压力传感器。压力传感器产生电荷信号，并通过信号导线将信号传输到信号调理系统，信号调理系统将接收到的电荷信号进行调理，通过通信电缆传递给数据采集系统，数据采集系统将电荷信号通过与传感器的灵敏度换算，最终得到各点超压值。同时，显示设备以数据曲线的形式显示超压数据。同步触发系统通过触发线输出电压信号，使得数据采集系统触发，数据自采集系统属于独立的一套系统，主要起到冗余作用。通过信号导线直接与传感器阵列相连，供电系统通过供电电缆给信号处理设备、数据采集系统设备、同步触发系统设备供电。
如图2、3、4、5、6所示，本发明的一种开放空间大尺度可燃气云爆炸三维超压场的测试方法涉及一种开放空间大尺度可燃气云爆炸三维超压场测试系统的搭建；本实施例以4组三维压力传感器阵列搭建，每组阵列布设5根测试杆2为例进行进一步说明：
围绕气云中在四个不同方向呈正“十”字形埋设4组测试杆2，每个方向的测试杆组包含5根组测试杆2，每根测试杆2之间相距50米，每组测试杆2中的第一根测试杆2从距离爆心100米处开始埋设，测试杆2高度30米，选择合适直径的无缝钢管焊接而成，测试杆2固定于埋设在地下的测试杆基座22上，并利用固定钢索21通过地锚20与地面紧固、用以加强测试杆2并提高抗冲击波能力；从测试杆2顶部开始往下每隔5m纵向分层均匀固定有5个传感器固定座32，选择合适尺寸的槽钢通过焊接与测试杆2固定；
对应每个传感器固定座32都通过传感器延长杆3固定一个压力传感器1，传感器延长杆3选择具有较高强度的金属材料加工，其两端加工有螺纹连接机构，压力传感器1为IPC型自由场压电式压力传感器，敏感元件39为石英材质，灵敏度范围为10-1000pc/MPa，量程为0.001-100MPa，每个压力传感器1引出一根信号线4连接到其对应的压力数据采集设备，压力传感器1利用螺纹连接方式与传感器延长杆3固定，在螺纹连接位置加装塑料材料的绝缘套33进行绝缘处理，传感器延长杆3的另一端利用螺纹连接方式固定到传感器固定座32上，通过4组呈放射状布设的测试杆2和其上纵向分层布置压力传感器1，实现了三维、多点的压力传感器测试阵列测点布设；
如图2、4、5所示，压力数据采集系统采用压力数据自采集和同步触发压力数据采集两种压力数据采集方式；其中有一组压力传感器阵列设置为压力数据自采集方式，利用与压力传感器1通过信号线4连接的数字压力记录仪7(DPR数字记录仪)直接采集压力数据，选择将数字压力记录仪7挖坑埋设在测试杆底部土层中，其余多组压力传感器阵列设置为同步触发压力数据采集方式，在每组压力传感器阵列中间的适当位置设置防爆测试间16，其内部设置安装数据采集仪5、电荷放大器组6、显示设备8、第一同步触发器9和稳压电源10，对应的压力传感器阵列中的压力传感器1通过设置在防爆测试间16中的电荷放大器组6连接到数据采集仪5；
信号调理系统包括三组电荷放大器6，每组包括四台八通道电荷放大器6，分别布置在三座防爆测试间16中，电荷放大器6信号输入端与压力传感器1通过信号线4连接，对应的后端用屏蔽电缆13(Q9铜芯屏蔽电缆)与数据采集仪5的采集通道输入端连接，电荷放大器组6设置接地端，具体方法是设置埋地铜带，并浇盐水，将电荷放大器6的接地端与铜带相连实现接地，同时，利用在电荷放大器6的底座安装减震装置减少爆炸地震波的振动效应；
数据采集仪5的输入端与对应的电荷放大器6的输出端利用屏蔽电缆13连接，数据采集系统与同时连接到显示器设备8，用于显示相关的压力曲线；
供电系统由发电机组23和设置于各防爆测试间16内部的稳压电源10组成，设置于测试场内的发电机组23通过供电电缆31连接到稳压电源10，由其为与其连接的装数据采集仪5、电荷放大器组6、显示设备8、和第一同步触发器9提供稳定的电源，供电电压为220V。各防爆测试间16的稳压电源10之间并联连接；
对应上述两种不同的压力数据采集方式设计了两种不同的触发方式，通过同步触发系统同时触发两种数据采集方式运行，同步触发系统由点火发射装置11、第二同步触发器36和点火控制开关12组成，在测试场外距测试场1.8公里处设置有一个控制间15，其内部设置第二同步触发器36和点火控制开关12，在测试场内的防爆测试间16内也各设置有一台第一同步触发器9，各防爆测试间16的第一同步触发器9采用串联连接，其中一台第一同步触发器9直接连接到控制间15的第二同步触发器36上，点火控制开关12点火的同时，各个防爆测试间16内的数据采集设备就会同步触发，克服了采集设备集中于一点，从而使得导线过长，引起信号失真的问题，控制间15内的点火控制开关12与第二同步触发器36连接，同时还连接到设置于测试场内的点火发射装置11；
如图7所示，根据射程需要和点火高度的参数，确定点火发射装置11的设置位置和设备选型，点火发射装置11设置于测试场内，由触发线17、点火弹18和点火弹发射架19组成，点火发射装置11通过触发电缆34与自采集压力传感器阵列中的一台数字压力记录仪7连接，用于点燃可燃气云30的点火弹18安装于点火弹发射架19上，为专用的高空点火弹，点火发射装置11设置触发线17与点火弹18相连，触发线17可选用合适参数的漆包线，通过点火弹18发射切断触发线17，实现断路触发，将触发信号通过触发电缆34传递到数字压力记录仪7，触发其运行，各数字压力记录仪7之间通过触发电缆34串联连接，因此实现所有数字压力记录仪7同步触发运行，同步触发系统的搭建，实现了在同步触发两种压力数据采集系统运行的同时点燃由高压输气管道爆破段26中泄放出的可燃气云30，点火高度范围设置为20-100m；
在测试场外距离燃爆中心1.8公里的安全距离设置供气站24，用于产生可燃气云30的高压输气管道爆破段26设置于测试场中心位置，可选用全尺寸天然气输气管道，通过注气管线25与设置于供气站24的高压注气设备29连通，将用于实验的高压可燃气体注入高压输气管道爆破段26，为了防止意外事故的发生，在高压输气管道爆破段26的另一端连通有排气管线27、在其端头安装有放空阀28，可以在有特殊情况的时候利用放空阀28将高压输气管道爆破段26内的气体通过排气管线27进行安全放空；
如图8所示，本发明的数据采集系统对传感器感应到的压力信号实时采集，每个传感器都会形成一个压力-时间曲线，曲线中的两个峰值即为超压值，其中小峰值为前驱冲击波超压值，大峰值为火球加速扩展爆燃形成的超压值；
如图9所示，通过数据采集系统提取超压值，可得到同一高度距离爆炸中心不同距离处的超压值分布；
如图10所示，通过数据采集系统提取超压值，可得到各测试杆上不同高度处测点的超压值分布；
本发明的具体操作、运行流程如下：
将装有绝缘套33和传感器延长杆3的压力传感器1，借助吊车等大型高空操作机械，安装到测试杆2上的测点位置，并连接信号导线4，信号导线4沿杆向下布置，并在地面上挖沟埋设，最终接于防爆测试间16中电荷放大器6的输入端，所有传感器均按照此过程连接，并将传感器编号、所在位置、连接的仪器通道编号进行记录，同时将防爆测试间中的设备及各个防爆测试间的设备按照图2进行连接，连接完毕后进行系统触发及采集调试，通过多次调试系统稳定后人员撤离现场；
在1.8公里安全距离外的供气站进行供气操作，供气系统通过供气站24的高压注入设备，将天然气通过注气管线25注入到高压输气管道爆破段26中，充气压力达到12MPa-13MPa后停止注气，进行稳压测试，若压力保持稳定即为注气成功，注气成功后即可进行爆破测试，爆破之前设置数据采集系统参数，设置第一同步触发器9和第二同步触发器36至待触发状态，爆破前进行安全检查并警戒，确保所有人员全部撤出到1.8公里外的安全范围，高压输气管道爆破段26为真实的全尺寸天然气输气管道，管道受到人为机械破坏后失效破裂，高压气体向上喷出形成射流，射流形成对空气的卷吸作用，并快速与空气混合扩散在高空，形成直径百米以上的可燃气云30；
当可燃气云扩散一定时间后，在1.8公里外的控制间15启动点火系统的点火控制器12，点火控制器分别输出电信号到点火弹18和防爆测试间16中的第一同步触发器9，进而触发数据采集仪5进行数据记录，同时当点火弹18接收到电信号后进行电点火并升空，升高到在预定高度后自动引爆，产生的爆炸火球点燃点火弹18附近的可燃气体，同时触发数字压力记录仪7采集数据，点燃后的气体产生的火焰沿气云向四周球形传播，传播过程中，火焰被加速产生强烈爆燃现象，爆燃过程产生冲击波，并向周围介质传播；
当冲击波传播到三维布置阵列中的压力传感器1的测点位置后，压力传感器1感应到冲击波产生的超压作用，并因超压作用而产生电荷信号，电荷信号通过信号导线4传输到电荷放大器6，电荷放大器6对电荷信号进行调理分析，输出电信号到防爆测试间16中的数据采集仪5，数据采集仪5中的采集板卡对采集到的信号进行换算并分析记录，通过设置参数将记录的数据转换成超压值，并通过显示器8将记录的数据以压力-时间时程曲线的形式呈现出来；
爆燃过程大约持续10s，爆炸过程完毕后，避免立刻进入试验场中，用氮气对管道进行吹扫，等待残余火焰熄灭，残余气体吹散后方能安排人员进入现场，进入现场后进行设备损坏程度的检查及收集，线路的整理，对试验现场进行整理和恢复，安排专人对测试设备进行筛选、看护和损失评估；
取回测试数据进行数据处理，确定数据对应的传感器、放大器通道、数据采集板卡通道等信息；
数据结果分析，编写测试报告，至此，完成试验测试过程。
Claims (6)
1.一种开放空间大尺度可燃气云爆炸三维超压场的测试方法，包括压力传感器阵列搭建方法、压力数据采集方法、同步触发方法和供气系统搭建及可燃气云形成方法，其特征在于：该测试方法包括搭建三维压力传感器阵列、同步触发系统、信号调理系统、压力数据采集系统、供电系统和供气系统；所述的三维压力传感器阵列为开放空间中的三维多点的压力传感器阵列，由压力传感器（1）、测试杆（2）、传感器延长杆（3）、信号线（4）和传感器固定座（32）组成，在开放空间的测试场中，以气云中心为核心呈放射状在多个方向埋设多组传感器测试杆（2），每根测试杆（2）之间按等距离排列，在每根测试杆（2）上等距离纵向分层设置有压力传感器（1）；所述的压力数据采集系统采用压力数据自采集和同步触发压力数据采集两种压力数据采集方式，在多组压力传感器阵列中，其中一组压力传感器阵列为数据自采集压力传感器阵列，采用压力数据自采集方式，其每个压力传感器（1）都通过信号线（4）连接到埋设于地下的数字压力记录仪（7），其余多组压力传感器阵列设置为同步触发压力数据采集方式，其每个压力传感器（1）都利用信号线（4）通过设置于防爆测试间（16）中的电荷放大器组（6）连接到数据采集仪（5）；同步触发压力数据采集方式对应的每组压力传感器阵列附近设置有防爆测试间（16），在防爆测试间（16）内部设置有数据采集仪（5）、电荷放大器组（6）、显示设备（8）、第一同步触发器（9）和稳压电源（10），第一同步触发器（9）的触发信号输出端通过屏蔽电缆（13）连接到数据采集仪（5）的触发信号输入端；所述的同步触发系统由点火发射装置（11）、第二同步触发器（36）和点火控制开关（12）组成，在测试场外设置有控制间（15），控制间（15）内部设置第二同步触发器（36）和点火控制开关（12），二者通过屏蔽电缆（13）连接，点火控制开关（12）同时利用点火线（35）与设置于测试场内的点火发射装置（11）连接，同步控制第二同步触发器（36）触发和点火发射装置（11）点火发射，控制间（15）内的第二同步触发器（36）的触发信号输出端通过屏蔽电缆（13）连接到其中一间防爆测试间（16）内的第一同步触发器（9）的触发信号输入端，各防爆测试间（16）内的第一同步触发器（9）利用屏蔽电缆（13）串联连接，同步触发数据采集仪（5）运行；点火发射装置（11）设置于测试场内，包括触发线（17）、点火弹（18）和点火弹发射架（19），数字压力记录仪（7）利用触发线（17）与点火弹（18）相连，通过点火弹（18）发射切断触发线（17）实现断路触发；由点火控制开关（12）控制点火发射装置（11）的点火弹（18）点火发射，点燃可燃气云（30）形成测试所需的超压；所述的供气系统包括设置于测试场外安全距离的供气站（24）、注气管线（25）、高压输气管道爆破段（26）、排气管线（27）、放空阀（28）和高压注气设备（29），供气站（24）的高压注气设备（29）通过注气管线（25）与高压输气管道爆破段（26）连通，高压输气管道爆破段（26）设置于测试场内的中心位置，高压输气管道爆破段（26）通过排气管线（27）与用于安全放空的放空阀（28）连通。
2.如权利要求1所述的一种开放空间大尺度可燃气云爆炸三维超压场的测试方法，其特征在于：所述的信号调理系统包括设置于各防爆测试间（16）内的电荷放大器组（6），每组电荷放大器组（6）都由多台电荷放大器组成，其信号输入端通过信号线（4）分别与对应的压力传感器（1）连接，其对应的后端通过电缆（13）与数据采集仪（5）对应的输入端连接；电荷放大器组（6）做接地处置并安装减震装置。
3.如权利要求1所述的一种开放空间大尺度可燃气云爆炸三维超压场的测试方法，其特征在于：所述的供电系统包括发电机组（23）和设置于防爆测试间（16）内的稳压电源（10），二者通过供电电缆（31 ）连接，各防爆测试间（16）的稳压电源（10）之间采用并联连接；稳压电源（10）通过电源线（14）与防爆测试间（16）内的其他设备电源输入端连接并为其提供电力。
4.如权利要求1所述的一种开放空间大尺度可燃气云爆炸三维超压场的测试方法，其特征在于：数据采集仪（5）与用于显示相关压力曲线的显示设备（8）连接。
5.如权利要求1所述的一种开放空间大尺度可燃气云爆炸三维超压场的测试方法，其特征在于：所述数据自采集压力传感器阵列的每个压力传感器（1）通过信号线（4）与1台数字压力记录仪（7）连接，数字压力记录仪（7）浅埋于测试杆（2）附近的土层中，各数字压力记录仪（7）之间通过触发电缆（34）串联连接，实现同步触发。
6.如权利要求1所述的一种开放空间大尺度可燃气云爆炸三维超压场的测试方法，其特征在于：压力传感器（1）利用传感器延长杆（3）与测试杆（2）上的传感器固定座（32）连接固定，在压力传感器（1）与传感器延长杆（3）的连接部位加装有防止信号干扰的绝缘套（33）。
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