CN108981507B - 一种基于高速摄像机的雷管延时精度现场快速测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及爆破技术领域，具体地指一种基于高速摄像机的雷管延时精度现场快速测量方法。选取待测试的雷管段别和数量，分组并进行编号；按照编号将一组雷管依次固定在地面上，将所有雷管并联与起爆器连接；固定高速摄像机使其对准待测试的雷管；引爆雷管，高速摄像机获得雷管爆破时的高速影像；导出高速影像对其进行逐帧分析，确定起爆器引爆时间和雷管起爆时间，获得雷管延时时间；将实际获得的雷管延时时间与雷管设计延时时间进行对比，确定雷管的延时精度和保证率。本发明的测试方法简单，操作方便，能够一次性测量多个雷管，且干扰很小，测试精度高，具有极大的推广价值。

Description

一种基于高速摄像机的雷管延时精度现场快速测量方法

技术领域

本发明涉及爆破技术领域，具体地指一种基于高速摄像机的雷管延时精度现场快速测量方法。

背景技术

在矿山、水利水电、隧洞桥梁等岩土工程领域，爆破技术是应用最为广泛的施工手段。随着爆破器材及施工技术的飞速发展，工程爆破正在由传统的粗放型爆破向精细型控制爆破发展，微差爆破技术的应用越来越广泛。微差爆破是一种毫秒级的延时爆破技术，能够合理的将炸药能量分段释放，相互影响，从而起到既能减小爆破振动又能充分破碎岩石的作用。在现代施工爆破领域，采用毫秒级雷管进行间隔起爆是一种最广泛的微差爆破技术。而毫秒级雷管的精度，对微差爆破的效果就起到了关键作用。爆破工程中，对雷管的消耗量巨大，对于大批量的雷管精度进行抽查测试就显得非常有必要。

专业的雷管精度测试方法是通断法和专业仪器防爆箱测试法，这通常是由雷管生产厂家进行高精度测量，对设备要求高，工序繁琐，不适用于现场测试。常规的雷管精度测试方法是通过监测雷管起爆产生的各种效果比如爆破振动、爆破声压冲击波等来确定雷管的起爆时间，进而确定雷管精度，即为测震法和测声压法。测震法通过爆破振动测试仪接收雷管起爆引发的爆破振动确定起爆时间，由于爆破振动在地层中传播的不确定性，不同震源引起的振动传播的时间也会有所差别，测量的结果误差较大。测声波法是通过声压测试装置，接收雷管起爆引起的空气冲击波确定起爆时间，由于声音在空气中传播受风速、气温等外界影响较大，测试也可能存在较大误差。同时，这两种方法，对于雷管起爆点到测试仪器点的距离要求一致，对距离精度要求也很高，而通常情况下，由于测量误差，距离也很难做到完全一致，这也会造成一定的测试误差。

发明内容

本发明的目的就是要解决上述背景技术中提到的现有雷管延时精度测量存在较大的误差、测试方法存在干扰的问题，提供一种基于高速摄像机的雷管延时精度现场快速测量方法。

本发明的技术方案为：一种基于高速摄像机的雷管延时精度现场快速测量方法，其特征在于：包括以下步骤：1)、雷管编号，选取待测试的雷管段别和数量，分组并进行编号；

2)、布置雷管，选取一块开阔地域，按照编号将一组雷管依次固定在地面上，将所有雷管并联与起爆器连接；

3)、布置高速摄像机，在安全距离外选取视野开阔的地点布置高速摄像机，固定高速摄像机使其对准待测试的雷管；

4)、引爆雷管，用起爆器引爆雷管，高速摄像机获得雷管爆破时的高速影像；

5)、影像分析，导出高速影像对其进行逐帧分析，确定起爆器引爆时间和雷管起爆时间，获得雷管延时时间，具体步骤如下：

5.1)、根据高速影像资料，记录起爆器发出火花时刻T₀；

5.2)、逐帧查看高速影像资料，查看每一发雷管发出火花的时刻T_n；

5.3)、根据公式计算每一发雷管的延时时间：

其中：t_n—雷管延时时间；

T_n—雷管起爆时间；

T₀—起爆器起爆时间；

l—导爆管雷管的长度；

v—爆轰波在导爆管中的传播速度。

6)、确定延时精度，将实际获得的雷管延时时间与雷管设计延时时间进行对比，确定雷管的延时精度和保证率。

进一步的将待测量的雷管按照编号依次等距间隔排列成一排形成一条直线线段a，将高速摄像机布置在穿过线段a中点的垂直直线b上。

进一步的将待测量的雷管按照编号依次等距间隔排列成一条弧线c，将高速摄像机布置在弧线c圆心处或是弧线C圆心与弧线c中点连线的延长线上。

进一步的所述的高速摄像机为拍摄频率达到1000帧/秒以上的摄像机。

本发明的优点有：1、本发明不需要专业的雷管精度测试仪器，能够满足在工程现场快速进行雷管精度测试的要求；

2、本发明利用光在空气中传播极快的特点，利用高速摄像机抓拍起爆火花影像，能够克服振动及声波在地面及空气中传播时误差较大的缺点，极大提高现场测试的精度；

3、本发明一次可以同时测试多个雷管的延时时间，具有极高的测试效率；

4、本发明受距离精度的限制较小，在现场操作时更加方便。

本发明的测试方法简单，操作方便，能够一次性测量多个雷管，且干扰很小，测试精度高，具有极大的推广价值。

附图说明

图1为雷管起爆点及高速摄像机位置平面示意图。

图中，1—起爆器；2—导爆管；3—雷管；4—高速摄像机；5—拍摄视角。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

某水电工程对雷管消耗量很大，需要现场抽查测试雷管精度。待抽查的雷管段别为MS3、MS4、MS5、MS6、MS7、MS8、MS9、MS10、MS11、MS12，共10种段别，抽查2组。

其中，本实施例的雷管的导爆管长度l＝20m，爆轰波在导爆管中的传播速度v＝2000m/s，爆轰波在导爆管中的传播时间Δ＝l/v＝10ms。雷管段别的标称延时时间如表1所示：

表1：雷管段别的标称延时时间

将每组雷管种的十根雷管进行编号，一组编号为1-1、1-2…1-10，另外一组编号为2-1、2-2…2-10，然后选取开阔场地作为实验场地，开始按照编号布置雷管，雷管3通过导爆管2与起爆器1连接，在视野开阔的地方安放高速摄像机4，如图1所示，高速摄像机4的拍摄视角5能够正好将所有的雷管3囊括进去。利用高速摄像机4获取雷管3爆破时的影像，然后对影像进行分析。

其中，本实施例的雷管3和高速摄像机4布置方式有两种，一种是将待测量的雷管3按照编号依次等距间隔排列成一排形成一条直线线段a，将高速摄像机布置在穿过线段a中点的垂直直线b上，这种排列方式简单、直观，具体排列见图1。另一种是将待测量的雷管3按照编号依次等距间隔排列成一条弧线c，将高速摄像机布置在弧线c圆心处或是弧线c圆心与弧线c中点连线的延长线上，如果圆心位置刚好处在安全距离且拍摄视角5能够观察到所有的雷管，那就可以将高速摄像机4布置在圆心位置，如果圆心距离雷管3太近，为了避免雷管3爆炸的危险，需要将高速摄像机4布置在圆心与弧线c中点的延长线上，当高速摄像机4布置在圆心处时，这种排列方式每个雷管3与高速摄像机4的距离都是相等的，可以完全消除距离干扰因素。实际测量时根据需求进行综合布置。

具体测试步骤如下：

1、将第1组雷管3进行编号，分别如1-1、1-2……1-10；

2、在工程现场选一块开阔的场地，将雷管3按照编号顺序依次固定在地面上排成一条直线，相邻两发雷管3间距2m；

3、将雷管3的导爆管2和起爆器1连接在一起，确保起爆器1能将所有雷管3同时引爆；

4、在安全距离以外的高地上选取一个视野开阔的地方固定高速摄像机4，高速摄像机4的摄像频率不小于1000帧/s，将高速摄像机4正对着雷管起爆区，并开始录像；

5、引爆起爆器1，将所有雷管3同时引爆；

6、拍摄雷管3起爆影像，并导出到电脑上，利用专业高速影像播放软件，慢速播放起爆影像；

7、在起爆器1起爆时，逐帧播放确定起爆器最开始起爆发出火花的时刻T₀；

8、按照同样的方法逐帧确定每一发雷管3最开始起爆发出火花的时刻T_n；

9、按照下列公式计算每一发雷管3的实际延时时间：

其中：t_n—雷管3延时时间；

T_n—雷管3起爆时间；

T₀—起爆器1起爆时间；

l—导爆管雷管的长度；

v—爆轰波在导爆管中的传播速度；

10、将雷管3的实际延时时间和表1中标称延时时间进行对比，判定是否符合雷管精度要求；

11、重复上述过程，并进行第二组雷管精度测试；

本实施例的雷管精度测试结果如表2和表3所示：

表2：第一组雷管精度测试结果

表3：第一组雷管精度测试结果

由此可见，这种测试方法简单高效，干扰因素小，雷管爆破位置与高速摄像机的距离很短，光速在空气中的传播速度很快，这个距离基本上不会对结果产生误差。另外通过对影像资料进行分析，可以一次性对多个雷管延时时间进行分析，处理量大。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (4)

1.一种基于高速摄像机的雷管延时精度现场快速测量方法，其特征在于：包括以下步骤：1)、雷管编号，选取待测试的雷管段别和数量，分组并进行编号；

2)、布置雷管，选取一块开阔地域，按照编号将一组雷管依次固定在地面上，将所有雷管并联与起爆器连接；

3)、布置高速摄像机，在安全距离外选取视野开阔的地点布置高速摄像机，固定高速摄像机使其对准待测试的雷管；

4)、引爆雷管，用起爆器引爆雷管，高速摄像机获得雷管爆破时的高速影像；

5)、影像分析，导出高速影像对其进行逐帧分析，确定起爆器引爆时间和雷管起爆时间，获得雷管延时时间，具体步骤如下：

5.1)、根据高速影像资料，记录起爆器发出火花时刻T₀；

5.2)、逐帧查看高速影像资料，查看每一发雷管发出火花的时刻T_n；

5.3)、根据公式计算每一发雷管的延时时间：

其中：t_n—雷管延时时间；

T_n—雷管起爆时间；

T₀—起爆器起爆时间；

l—导爆管雷管的长度；

v—爆轰波在导爆管中的传播速度；

6)、确定延时精度，将实际获得的雷管延时时间与雷管设计延时时间进行对比，确定雷管的延时精度和保证率。

2.如权利要求1所述的一种基于高速摄像机的雷管延时精度现场快速测量方法，其特征在于：将待测量的雷管按照编号依次等距间隔排列成一排形成一条直线线段a，将高速摄像机布置在穿过线段a中点的垂直直线b上。

3.如权利要求1所述的一种基于高速摄像机的雷管延时精度现场快速测量方法，其特征在于：将待测量的雷管按照编号依次等距间隔排列成一条弧线c，将高速摄像机布置在弧线c圆心处或是弧线c圆心与弧线c中点连线的延长线上。

4.如权利要求1所述的一种基于高速摄像机的雷管延时精度现场快速测量方法，其特征在于：所述的高速摄像机为拍摄频率达到1000帧/秒以上的摄像机。

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