CN111964546B - 未爆弹激光销毁效应测试系统及测试方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种未爆弹激光销毁效应测试系统及测试方法，涉及未爆弹销毁技术领域，测试系统包括激光销毁装置及测量组件，激光销毁装置包括半包围防爆墙及激光发生器，激光发生器设于防爆墙的开口处，防爆墙内交错设有若干个破片效应靶板，若干个破片效应靶板径向设于未爆弹外侧，防爆墙内还设有高速摄像机。测试方法的步骤如下：安装激光销毁装置、引爆未爆弹、统计销毁数据、综合分析。将未爆弹放置在半包围防爆墙内部中心，利用激光发生器引爆未爆弹，借助高速摄像机实时记录未爆弹的爆炸过程；若干个破片效应靶板收集破片，同时利用测量组件测量爆炸数据，通过统计未爆弹销毁数据并分析，得到未爆弹的激光销毁规律，评估未爆弹激光销毁效应。
Description
技术领域
本发明涉及未爆弹销毁技术领域，尤其涉及一种未爆弹激光销毁效应测试系统及测试方法。
背景技术
激光销毁是一种新型的未爆弹销毁处理方法，与炸药殉爆法、聚能射流销毁法、高热剂销毁法等化学能销毁法相比具有本质区别，是利用定向能毁伤原理实现未爆弹安全销毁的全新方法。目前，未爆弹激光销毁效应表征参量还不清晰完整，测试方法与装置还不系统完备，尚不能对未爆弹激光销毁效应进行有效评估，影响了未爆弹激光销毁机理研究与手段研发。
为了描述未爆弹激光销毁现象，揭示未爆弹激光销毁规律，评估未爆弹激光销毁效应，急需构建未爆弹激光销毁效应测试方法与手段。
发明内容
本发明的目的是提供一种未爆弹激光销毁效应测试系统及测试方法，能够有效解决未爆弹激光销毁弹药的表征、试验与测量的技术问题。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：
一种未爆弹激光销毁效应测试系统，包括激光销毁装置及用于测量爆炸数据的测量组件，所述激光销毁装置包括用于放置未爆弹的半包围防爆墙及用于引爆未爆弹的激光发生器，所述激光发生器设置于防爆墙的开口处，所述防爆墙内交错设有若干个破片效应靶板，若干个破片效应靶板径向设置于未爆弹的外侧，所述防爆墙内还设有用于观测未爆弹爆炸过程的高速摄像机。
优选的，所述高速摄像机的外部包裹钢制防护壳体，所述高速摄像机为两台，两台高速摄像机对称设置于防爆墙的开口端两侧。
优选的，所述防爆墙的顶部还设有挡弹层，所述防爆墙及挡弹层为便携式网格填充沙土墙，或为沙袋密实堆砌墙，或为固定式混凝土或钢筋混凝土挡墙，或为钢板墙。
优选的，所述防爆墙为U形结构，所述未爆弹设置于防爆墙的内部中间位置，所述激光发生器设置于防爆墙的开口端中部，所述激光发生器的两侧与防爆墙的开放端之间设有挡板。
优选的，所述破片效应靶板为松木板或钢板。
优选的，所述未爆弹的弹头朝下埋设于地面上，或者未爆弹设置于载弹台上，或者未爆弹悬挂于高处的悬弹杆上。
优选的，所述测量组件包括计时器、用于测量未爆弹碎片射入破片效应靶板上侵彻坑深度的测试尺、用于测量冲击波强度的冲击波超压传感器、用于测量激光强度的激光功率计、用于测量激光光斑直径的激光光斑测量仪、用于测量未爆弹与激光发生器之间距离的量尺，所述冲击波超压传感器设置于破片效应靶板的顶部，所述冲击波超压传感器与防爆墙外部的冲击波记录分析仪有线或无线连接。
优选的，还包括设置于防爆墙外部的控制器，所述激光发生器、高速摄像机、计时器、冲击波超压传感器及冲击波记录分析仪均与控制器有线或无线连接。
优选的，所述激光发生器设置于瞄准架上，所述瞄准架设有用于调整激光发生器发射角度的调整机构；所述调整机构包括平移组件、升降组件、俯仰组件和偏摆组件，所述平移组件、俯仰组件和偏摆组件设置于升降组件的活动端顶部，所述激光发生器与平移组件、俯仰组件和偏摆组件相连，用于调整激光发生器发射的激光在未爆弹表面聚焦。
优选的，所述俯仰组件包括第一齿轮和与之啮合第二齿轮，所述激光发生器的底座固定于第一齿轮的外圆上，所述第二齿轮套装于齿轮轴上，所述齿轮轴架设于支撑座上，所述齿轮轴的末端延伸至支撑座的外部与第一旋钮相连；所述支撑座与偏摆组件相连。
优选的，所述偏摆组件包括第一蜗轮和与之啮合的第一蜗杆，所述第一蜗轮套装于支撑座的底部，所述第一蜗杆的末端设有第二旋钮；所述第一蜗轮的底部与升降组件相连。
优选的，所述升降组件包括升降架和升降丝杆，所述升降架与第一蜗轮的底部固连，所述升降架的中部与升降丝杆螺纹配合，所述升降丝杆的两端设置于支撑架上，所述升降丝杆的底部与第二蜗轮相连，所述第二蜗轮与第二蜗杆啮合，所述第二蜗杆的末端延伸至支撑架的外部、且与第三旋钮相连；所述支撑架与平移组件相连。
优选的，所述平移组件包括丝杠和与之配合的螺母，所述丝杠架设于瞄准架的下部，所述支撑架的底部固定于螺母外圆，所述丝杠的末端延伸至瞄准架的外部、且与第四旋钮相连。
本发明还提供一种未爆弹激光销毁效应测试方法，包括以下步骤：
S1：安装激光销毁装置：
固定未爆弹：将未爆弹固定在防爆墙内中间位置；
根据待销毁未爆弹的爆炸当量及结构特性，确定激光销毁距离，在防爆墙开口侧设置激光发生器；
以未爆弹为中心，在不同半径距离上，交错布设固定破片效应靶板；
在破片效应靶板上布设固定冲击波传感器，通过线或无线方式引出防爆墙外，与冲击波记录分析仪连接；
将两台高速摄像机设置在钢质防护壳体内，调焦对准未爆弹；
在防爆墙开口侧设置生物效应靶标，使生物效应靶标偏离激光传输光路；
S2：引爆未爆弹：远距离启动激光发生器，发射激光销毁未爆弹；通过高速摄像机实时记录未爆弹的爆炸过程；
S3：统计销毁数据：
未爆弹销毁后，从破片效应靶板上收集破片，记录破片侵彻坑数量，测量破片侵彻坑大小；从冲击波记录分析仪上读取分析冲击波数据；从高速摄像上获取未爆弹爆炸动态影像数据；观察生物效应靶标存活状态，送医学解剖，观察其肢体及内脏损伤情况；
S4：综合分析：综合破片、冲击波、高速摄像、生物效应数据以及激光销毁特征参数，对比同类未爆弹非激光销毁销毁数据，综合分析未爆弹激光销毁效应。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：与现有技术相比，本发明通过在半包围防爆墙内部中心放置未爆弹，利用激光发生器引爆未爆弹，通过在未爆弹四周交错设置若干个破片效应靶板，同时利用测量组件测量爆炸数据，借助高速摄像机实时记录未爆弹的爆炸过程；通过统计未爆弹销毁数据，进行综合分析，得到未爆弹的激光销毁的规律，方便评估未爆弹激光销毁效应。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种未爆弹激光销毁效应测试系统中激光销毁装置的俯视图；
图2是本发明另一实施例中激光销毁装置的俯视图；
图3是图2中防爆墙的左视图；
图4是本发明一个实施例的控制原理框图；
图5是本发明实施例中调整机构的结构示意图；
图中：00-未爆弹，1-防爆墙，2-激光发生器，3-破片效应靶板，4-高速摄像机，5-挡弹层，6-挡板，7-控制器，8-计时器，9-冲击波超压传感器，10-冲击波记录分析仪；11-瞄准架；12-平移组件，120-丝杠，121-螺母，122-第四旋钮；13-升降组件，130-升降架，131-升降丝杆，132-支撑架，133-第二蜗轮，134-第二蜗杆；14-俯仰组件，140-支撑座，141-第一齿轮，142-第二齿轮，143-齿轮轴，144-第一旋钮；15-偏摆组件，151-第一蜗轮，152-第一蜗杆。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明实施例提供的一种未爆弹激光销毁效应测试系统，包括激光销毁装置及用于测量爆炸数据的测量组件，如图1、2所示，所述激光销毁装置包括用于放置未爆弹00的半包围防爆墙1及用于引爆未爆弹的激光发生器2，所述激光发生器2设置于防爆墙1的开口处，所述防爆墙1内交错设有若干个破片效应靶板3，若干个破片效应靶板3径向设置于未爆弹00的外侧，所述防爆墙1内还设有用于观测未爆弹爆炸过程的高速摄像机4。
在本发明的一个具体实施例中，如图1、2所示，为了保证高速摄像机正常工作，所述高速摄像机4的外部包裹钢制防护壳体作为掩体，所述高速摄像机4为两台，两台高速摄像机4对称设置于防爆墙1的开口端两侧，方便多角度观察未爆弹的爆炸过程。
在本发明的一个具体实施例中，如图3所示，所述防爆墙1的顶部还设有挡弹层5，所述防爆墙1及挡弹层5为便携式网格填充沙土墙，或为沙袋密实堆砌墙，或为固定式混凝土或钢筋混凝土挡墙，或为钢板墙。采用该结构的防爆墙可以最大程度地防护爆炸破坏冲击，减少安全设防距离，收集破片。
在本发明的一个具体实施例中，如图1、2所示，所述防爆墙1为U形结构，所述未爆弹00设置于防爆墙1的内部中间位置，所述激光发生器2设置于防爆墙1的开口端中部，所述激光发生器2的两侧与防爆墙1的开放端之间设有挡板6。
具体制作时，所述破片效应靶板3可选用松木板、钢板及其它具有一定强度的板材。采用此类破片效应靶板可以收集破片，方便测试破片侵彻坑。
固定未爆弹时，可将未爆弹00的弹头朝下埋设于地面上，或者将未爆弹00设置于载弹台上，或者未爆弹悬挂于高处的悬弹杆上。
在本发明的一个具体实施例中，所述测量组件包括计时器、用于测量未爆弹碎片射入破片效应靶板上侵彻坑深度的测试尺、用于测量冲击波强度的冲击波超压传感器、用于测量激光强度的激光功率计、用于测量激光光斑直径的激光光斑测量仪、用于测量未爆弹与激光发生器之间距离的量尺，所述冲击波超压传感器设置于破片效应靶板的顶部，所述冲击波超压传感器与防爆墙外部的冲击波记录分析仪有线或无线连接。通过上述这些测量组件，可实现未爆弹激光销毁效应的表征参量测量：激光功率、光斑直径、作用距离、作用时间、破片数量、破片质量、破片侵彻坑大小、冲击波超压等。
进一步优化上述技术方案，如图4所示，还包括设置于防爆墙外部的控制器7，所述激光发生器2、高速摄像机4、计时器8、冲击波超压传感器9及冲击波记录分析仪10均与控制器7有线或无线连接。可将控制器置于中控室内，操作人员通过控制器远程控制，能够确保工作人员的人身安全。
作为一种优选结构，所述激光发生器2设置于瞄准架11上，所述瞄准架11设有用于调整激光发生器2发射角度的调整机构；如图5所示，所述调整机构包括平移组件12、升降组件13、俯仰组件14和偏摆组件15，所述激光发生器1通过俯仰组件14、偏摆组件15、升降组件13与平移组件12相连，用于调整激光发生器发射的激光在未爆弹表面聚焦。通过该结构的调整机构可调节激光发生器的发射角度，可使激光垂直于未爆弹的表面、且在同一高度上。
在本发明的一个具体实施例中，如图5所示，所述俯仰组件14包括支撑座140、第一齿轮141和与之啮合第二齿轮142，所述激光发生器1的底座固定于第一齿轮141的外圆上，所述第二齿轮142套装于齿轮轴143上，所述齿轮轴143架设于支撑座140上，所述齿轮轴143的末端延伸至支撑座140的外部与第一旋钮144相连；所述支撑座140与偏摆组件15相连。其中，第一齿轮的直径大于第二齿轮的直径，能够实现俯仰角度的精细调节。通过转动第一旋钮，可驱动第二齿轮及第一齿轮转动，进而带动激光发生器俯仰摆动。
在本发明的一个具体实施例中，如图5所示，所述偏摆组件15包括第一蜗轮151和与之啮合的第一蜗杆152，所述第一蜗轮151套装于支撑座140的底部，所述第一蜗杆152的末端设有第二旋钮；所述第一蜗轮151的底部与升降组件13相连。通过转动第二旋钮，即可驱动第一蜗杆及第一蜗轮转动，进而带动支撑座及其上方激光发生器旋转，实现激光发生器偏摆角度的调整。
在本发明的一个具体实施例中，如图5所示，所述升降组件13包括升降架130和升降丝杆131，所述升降架130与第一蜗轮151的底部固连，所述升降架130的中部与升降丝杆131螺纹配合，所述升降丝杆131的两端设置于支撑架132上，所述升降丝杆131的底部与第二蜗轮134同轴固定，所述第二蜗轮133与第二蜗杆134啮合，所述第二蜗杆134的末端延伸至支撑架132的外部、且与第三旋钮相连；所述支撑架132与平移组件12相连。通过转动第三旋钮，带动第二蜗杆及第二蜗轮转动，第二蜗轮带动升降丝杆转动，进而带动升降架及其顶部的第一蜗轮转动，进而带动顶部的激光发生器实现上下升降。
在本发明的一个具体实施例中，如图5所示，所述平移组件12包括丝杠120和与之配合的螺母121，所述丝杠120架设于瞄准架3的下部，所述支撑架132的底部固定于螺母121外圆，所述丝杠120的末端延伸至瞄准架3的外部、且与第四旋钮122相连。通过旋转第四旋钮，即可驱动丝杠转动，进而带动螺母及其顶部的支撑架发生平移。
进一步优化上述技术方案，第一旋钮、第二旋钮、第三旋钮及第四旋钮均可用微型伺服电机驱动，通过控制器协调控制各个伺服电机的动作，即可实现自动调节激光发生器的发射角度
本发明还提供一种未爆弹激光销毁效应测试方法，包括以下步骤：
S1：安装激光销毁装置：
1、将未爆弹00固定在防爆墙1内中间位置。将未爆弹的弹头朝下埋设在地面下，漏出全弹丸2/3部位，周围用土掩埋固定，防止未爆弹倾倒。
2、根据待销毁未爆弹的爆炸当量及结构特性等参数，确定激光销毁距离，在防爆墙开口侧设置激光发生器，保证其激光传输光路上无任何障碍物。
3、以未爆弹为中心，在不同半径距离上，交错布设固定破片效应靶板；
4、在破片效应靶板上布设固定冲击波传感器，通过线或无线方式引出防爆墙外，与冲击波记录分析仪连接；
5、在防爆墙开口侧设置生物效应靶标，使生物效应靶标偏离激光传输光路；生物效应靶标可选用兔子一类的小动物。
6、将两台高速摄像机设置在钢质防护壳体内，调焦对准未爆弹。
S2：引爆未爆弹：
7、操作人员撤离防爆墙并隐蔽在防护掩体内，其他人员撤离至安全区域。
8、根据现场指挥员指令，确认防爆墙内无人员，激光发生器及高速摄像机与远程控制器导通后；远距离启动激光发生器，发射激光销毁未爆弹；
9、通过安全区域的控制器进行实时动态观察并记录未爆弹的爆炸过程。
S3：统计销毁数据：
10、未爆弹销毁后，从破片效应靶板上收集破片，记录破片侵彻坑数量，测量破片侵彻坑大小；
11、从冲击波记录分析仪上读取分析冲击波数据；
12、从高速摄像上获取未爆弹爆炸动态影像数据；
13、观察生物效应靶标存活状态，送医学解剖，观察其肢体及内脏损伤情况；
14、综合破片、冲击波、高速摄像、生物效应等各类数据以及及激光销毁特征参数，对比同类未爆弹非激光销毁销毁数据，综合分析未爆弹激光销毁效应。
与现有技术相比，本发明提供的未爆弹激光销毁效应测试系统及测试方法，具有结构简单、操作方便的优点，利用激光发生器引爆防爆墙内未爆弹，通过在未爆弹四周交错设置若干个破片效应靶板，方便收集爆炸破片，分析破片数量、破片质量以及破片侵彻坑大小；同时利用测量组件测量爆炸数据，获取激光功率、光斑直径、作用距离、作用时间、破片侵彻坑大小、冲击波超压等表征参量；借助高速摄像机实时记录未爆弹的爆炸过程；通过统计未爆弹销毁数据，进行综合分析，得到未爆弹的激光销毁的规律，方便评估未爆弹激光销毁效应。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。
Claims (7)
1.一种未爆弹激光销毁效应测试系统，其特征在于：包括激光销毁装置及用于测量爆炸数据的测量组件，所述激光销毁装置包括用于放置未爆弹的半包围防爆墙及用于引爆未爆弹的激光发生器，所述激光发生器设置于防爆墙的开口处，所述防爆墙内交错设有若干个破片效应靶板，若干个破片效应靶板径向设置于未爆弹的外侧，所述防爆墙内还设有用于观测未爆弹爆炸过程的高速摄像机；所述测量组件包括计时器、用于测量未爆弹碎片射入破片效应靶板上侵彻坑深度的测试尺、用于测量冲击波强度的冲击波超压传感器、用于测量激光强度的激光功率计、用于测量激光光斑直径的激光光斑测量仪、用于测量未爆弹与激光发生器之间距离的量尺，所述冲击波超压传感器设置于破片效应靶板的顶部，所述冲击波超压传感器与防爆墙外部的冲击波记录分析仪有线或无线连接；
所述激光发生器设置于瞄准架上，所述瞄准架设有用于调整激光发生器发射角度的调整机构；所述调整机构包括平移组件、升降组件、俯仰组件和偏摆组件，所述平移组件、俯仰组件和偏摆组件设置于升降组件的活动端顶部，所述激光发生器与平移组件、俯仰组件和偏摆组件相连，用于调整激光发生器发射的激光在未爆弹表面聚焦；
所述俯仰组件包括第一齿轮和与之啮合第二齿轮，所述激光发生器的底座固定于第一齿轮的外圆上，所述第二齿轮套装于齿轮轴上，所述齿轮轴架设于支撑座上，所述齿轮轴的末端延伸至支撑座的外部与第一旋钮相连；所述支撑座与偏摆组件相连；
所述偏摆组件包括第一蜗轮和与之啮合的第一蜗杆，所述第一蜗轮套装于支撑座的底部，所述第一蜗杆的末端设有第二旋钮；所述第一蜗轮的底部与升降组件相连；
所述升降组件包括升降架和升降丝杆，所述升降架与第一蜗轮的底部固连，所述升降架的中部与升降丝杆螺纹配合，所述升降丝杆的两端设置于支撑架上，所述升降丝杆的底部与第二蜗轮相连，所述第二蜗轮与第二蜗杆啮合，所述第二蜗杆的末端延伸至支撑架的外部、且与第三旋钮相连；所述支撑架与平移组件相连；
所述平移组件包括丝杠和与之配合的螺母，所述丝杠架设于瞄准架的下部，所述支撑架的底部固定于螺母外圆，所述丝杠的末端延伸至瞄准架的外部、且与第四旋钮相连；
采用上述激光销毁装置来评估未爆弹激光销毁效应的方法如下：
S1：安装上述激光销毁装置：
固定未爆弹：将未爆弹固定在防爆墙内中间位置；
根据待销毁未爆弹的爆炸当量及结构特性，确定激光销毁距离，在防爆墙开口侧设置激光发生器；
以未爆弹为中心，在不同半径距离上，交错布设固定破片效应靶板；
在破片效应靶板上布设固定冲击波传感器，通过线或无线方式引出防爆墙外，与冲击波记录分析仪连接；
将两台高速摄像机设置在钢质防护壳体内，调焦对准未爆弹；
S2：引爆未爆弹：远距离启动激光发生器，发射激光销毁未爆弹；通过高速摄像机实时记录未爆弹的爆炸过程；
S3：统计未爆弹销毁数据：
未爆弹销毁后，从破片效应靶板上收集破片，记录破片侵彻坑数量，测量破片侵彻坑大小；从冲击波记录分析仪上读取分析冲击波数据；从高速摄像上获取未爆弹爆炸动态影像数据；
S4：综合分析：综合破片、冲击波、高速摄像以及激光销毁特征参数，对比同类未爆弹非激光销毁销毁数据，综合分析未爆弹激光销毁效应。
2.根据权利要求1所述的未爆弹激光销毁效应测试系统，其特征在于：所述高速摄像机的外部包裹钢制防护壳体，所述高速摄像机为两台，两台高速摄像机对称设置于防爆墙的开口端两侧。
3.根据权利要求1所述的未爆弹激光销毁效应测试系统，其特征在于：所述防爆墙的顶部还设有挡弹层，所述防爆墙及挡弹层为便携式网格填充沙土墙，或为沙袋密实堆砌墙，或为固定式混凝土或钢筋混凝土挡墙，或为钢板墙。
4.根据权利要求3所述的未爆弹激光销毁效应测试系统，其特征在于：所述防爆墙为U形结构，所述未爆弹设置于防爆墙的内部中间位置，所述激光发生器设置于防爆墙的开口端中部，所述激光发生器的两侧与防爆墙的开放端之间设有挡板。
5.根据权利要求1所述的未爆弹激光销毁效应测试系统，其特征在于：所述破片效应靶板为松木板或钢板。
6.根据权利要求1所述的未爆弹激光销毁效应测试系统，其特征在于：所述未爆弹的弹头朝下埋设于地面上，或者未爆弹设置于载弹台上，或者未爆弹悬挂于高处的悬弹杆上。
7.根据权利要求1所述的未爆弹激光销毁效应测试系统，其特征在于：还包括设置于防爆墙外部的控制器，所述激光发生器、高速摄像机、计时器、冲击波超压传感器及冲击波记录分析仪均与控制器有线或无线连接。
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