CN1227917A - 冲击波压力测试装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种冲击波压力测试装置，该装置包括存储测试器、遥控器和测试程序。存储测试器集传感器、测试电路、接口、电池于一体，测试电路同接口、电池一起密封于不锈钢外壳内，传感器与外壳紧固连接，存储测试器的接口与微机的并行打印口连接。测试时，存储测试器置于爆炸现场，由遥控器控制其工作，测试完后通过回收存储测试器由微机及测试程序处理测试数据。该测试装置还可用于冲击波速度及密封容器内液体和气体压力测试、机械活塞受力测试、温度测试等。

Description

冲击波压力测试装置

本发明属于爆炸冲击波测试领域，具体涉及一种爆炸冲击波压力测试装置。

冲击波压力测试是评价炸药性能和武器爆炸威力的一个重要手段。爆炸冲击波压力测试装置在武器试验、民用爆破、意外爆炸灾害评估等方面具有重要的应用价值。现在广泛应用的测试装置是采用“压电式压力传感器-电荷放大器—瞬态信号记录仪-微机”来构成测试系统。在这种测试装置中，压力传感器置于爆炸现场，而电荷放大器、瞬态信号记录仪和微机等测试记录处理设备则置于测试工作室，爆炸冲击波作用于压力传感器所产生的电荷信号需通过长电缆传输到测试工作室的测试仪器，经电荷放大器将电荷信号转化为电压信号后由瞬态信号记录仪进行数据采集和存储记录，最后再由微机进行数据波形的测试分析处理。采用这种装置，由于传感器到电荷放大器之间的信号传输需要通过长电缆进行，冲击波作用于信号传输电缆会因“电缆效应”产生虚假信号叠加在被测信号上而引起干扰，电缆的分布电容直接影响测试系统的高频特性并引入噪声，传输电缆易遭冲击波的破坏；为保护电缆，电缆的连接和敷设工艺要求高；由于组成测试系统的压力传感器、电荷放大器、瞬态信号记录仪等测试设备彼此是分离的，测试前必须分别进行校准和标定以确定测试系统的标定系数；测试系统的设备多、体积大、携带不便、受野外试验条件制约、抗电磁干扰和耐恶劣环境的生存能力差；多点测试时，电缆布线繁琐、工作量大、测试效率低、可靠性差。

本发明的目的在于提供一种爆炸冲击波压力测试装置。

采用本发明的冲击波压力测试装置，可方便、快速地实现爆炸冲击波压力的无引线(不敷设电缆)现场实时测试，并缩小测试系统体积，简化校准、测试操作程序，提高测试系统在爆炸环境和野外条件下工作的适应能力及可靠性和稳定性要求，提高测试精度和测试数据的可信度。

本发明冲击波压力测试装置实际上是测试系统，主要包括存储测试器部分、遥控器部分、微机及测试程序部分。

存储测试器部分，该部分含有传感器、测试电路、接口、电池，传感器与壳体紧固连接，传感器既作为冲击波压力信号的传感元件，又作为遥控器接收器的接收天线；测试电路将信号适配器、模数转换器、数据存储器、地址发生器、地址锁存器、数据读取控制器、数据转换器、掉电保护器、信号触发器、预置计数器、电源控制器、采集存储控制器、遥控接收器、时钟发生器集成微缩成一个测试模块；接口可与微机的并行打印口直接连接，由微机系统程序控制读取存储器中的测试数据；电池为充电电池，电源控制器可对电池进行快速自动充电控制。测试电路模块、接口和电池置于封闭壳内固定。

遥控器部分，它是一个手持式外触发同步信号遥控装置，表面分布有启动键、复位键、触发键、停止键、触发选择开关、同步触发输入座、发射指示灯、发射天线。采用超高频无线电数字加密传输技术、用以实现存储测试器的外触发遥控控制，使存储测试器能够与外部时间基准同步。

微机及测试程序，用以实现存储测试器同微机的数据通信和数据波形的自动测试处理，该程序为模块化设计、弹出式菜单、光标操作，可进行参数设置、参数测试、数据读取、波形绘图、参数计算、文件管理等功能操作。

测试时，将存储测试器通过支架固定在爆炸冲击波压力场内的测试点，现场直接记录冲击波压力-时间波形，实时完成冲击波压力信号的转换、采集、量化、存储等功能；试验结束后，回收存储测试器，经接口通过微机及测试程序对其存储的数据波形进行转储、重现、测试、打印等自动分析处理。

本发明冲击波压力测试装置自成体系，可直接深入到爆炸现场对冲击波压力波形进行存储测试，无需测试电缆和外部电源，野外测试的适应性强，测试的可靠性、可信性和测试精度高，多点测试时各个存储测试器相互独立、互不影响，测试系统标定校准简单、现场测试实施容易、性价比高。由于采用了数字存储记录技术，可完整地记录爆炸冲击波的压力-时间波形；存储测试器自带接口，其存储数据可通过微机的并行打印口直接调读，并由测试程序自动测试处理冲击波压力波形特征参数，绘制压力-时间曲线，打印测试数据。

下面结合附图作进一步描述。

图1为冲击波压力测试装置系统原理框图

图2为存储测试器结构示意图

图3为测试程序流程框图

图4为遥控器外形图

图5为冲击波压力波形图

从图1冲击波压力测试装置系统原理框图中可以看出本发明的工作原理。

本发明冲击波压力测试装置的存储测试器中的压力传感器1为压电式压力传感器，将冲击波压力信号转化为电荷信号；信号适配器2将传感器输出的电荷信号转化为电压信号，并实现测试量程的切换；模数转换器3对波形数据采集量化；数据存储器4存储记录数据波形；地址发生器5产生数据存储器的读写地址；地址锁存器6锁存记录数据波形的首地址；数据读取控制器7控制数据的回收读取；数据转换器8用于数据的转换输出；掉电保护器9对存储测试器中记录的数据进行掉电保护；信号触发器10实现信号的触发控制；预置计数器11对测试信号的预触发延迟时间进行计数；电源控制器12控制管理测试电路的电源消耗；采集存储控制器13是测试系统的控制中心，控制各部分协调工作；时钟发生器17提供系统工作时基；I/O接口14为存储测试器同微机进行通讯的输入、输出接口，数据通讯是在测试程序的控制下进行的；微机15用于对存储测试器的存储数据进行回收再现和分析处理；电池16为存储测试器提供工作电源；遥控发射器19发送无线电遥控指令，对存储测试器实施遥控操作；遥控接收器18用于接收遥控发射器19的无线电指令，并转换成存储测试器的控制指令。

压力传感器1输出的压力信号输入到信号适配器2进行信号预处理后分成两路信号，一路信号到模数转换器3进行模数转换，量化后的数据输出到数据存储器4进行存储；信号适配器2另一路信号输出到信号触发器10；数据读取控制器7、掉电保护器9、信号触发器10、预置计数器11、电源控制器12、遥控接收器18、时钟发生器17的输出信号连接到采集存储控制器13；同时采集存储控制器13又分别输出控制信号连接到模数转换器3、数据存储器4、地址发生器5、地址锁存器6、数据转换器8、掉电保护器9、信号触发器10、预置计数器11和电源控制器12，对其相应的功能进行控制；电池16的输出连接到电源控制器12；数据转换器8连到I/O接口14，同时I/O接口14与微机15相接以进行数据通讯，其输出控制信号又连到数据读取控制器7。地址锁存器6的输出与地址发生器5相连，而地址发生器5的输出又分别连到数据存储器4和地址锁存器6，数据存储器4的输出数据连到数据转换器8，模数转换器3的输出数据连到数据存储器4。

图2为存储测试器结构示意图。冲击波压力存储测试器是一个园柱形测试装置，外壳由不锈钢或其他金属和合金制作，包括壳体24、前端盖25、后端盖23三部分。传感器21通过传感器安装孔20由螺纹连接在前端盖25上，并与测试电路22连接；测试电路22分别与电源16和接口14连接，并通过固定支架与前端盖25连接；前端盖25和后端盖23同壳体24通过螺纹连接，形成封闭结构体系。

图3为测试程序流程框图。测试程序采用Borland C++语言编程，中文Windows工作环境，模块化设计，图形界面，弹出式菜单，光标操作。程序启动后，经过初始化进入冲击波测试主菜单，执行参数设置子程序，可对存储测试器的测试参数进行设置和修改，并将测试参数存储在测试程序的存储装置中，该子程序执行完后，转入数据读取子程序。读取数据时，首先通过测试程序的读首地址信号输出装置读入测试波形的首地址存储数据，并存储在测试程序的首地址存储装置中；再通过测试程序的读数据信号输出装置读入存储数据，同时生成数据文件存储在测试程序的数据存储装置中，然后转入文件管理子程序。文件管理子程序可对文件进行存档、调用管理，文件调用后，执行波形绘图子程序，可对测试数据波形进行绘图显示、波形缩放、坐标量化、波形恢复操作，波形绘图后可进入参数计算和参数测试子程序。参数计算子程序可对冲击波压力进行理论计算，计算数据存储在测试程序的数据存储装置中；参数测试子程序可对冲击波压力特征参数进行自动测试，测试数据存储在测试程序的数据存储装置中，并将计算结果和测试结果生成测试报告。这两个子程序进行完后，可利用测试程序的数据显示装置在微机屏幕上显示计算、测试结果，并打印测试波形数据。参数设置、参数测试、数据读取、波形绘图、参数计算、文件管理六个程序模块相互独立运行，一个子程序在运行时可调用另一个子程序，每个子程序执行完后均可进入程序主菜单。程序设计有效地利用了中文Windows可视窗口，简洁明了，运行速度快，移植性好。

图4为遥控器外形图。遥控器为一个手持式外触发同步信号发射输出装置，其外壳26为方形外壳，表面分布有启动28、复位29、触发32、停止33四个功能键以及触发选择开关30、同步触发输入31、发射指示27、发射天线34。当相应的功能键作用时，指示灯27就发光指示。触发选择开关30用于选择触发方式，同步触发信号由同步触发输入座31输入。遥控器实现存储测试器的外触发同步控制，可与爆炸试验的起爆时刻进行时间关连，以记录冲击波的走时曲线，从而进行冲击波的传播速度测试。

测试时，若选择同步触发方式，存储测试器电源开关、系统复位、触发记录都通过遥控器来完成。存储测试器复位后，测试电路处于信号待触发工作状态，模数转换器连续采集量化，数据存储器循环存储记录。当触发控制信号达到后，控制触发预置计数器11工作，当其计满预定的计数后立即控制模数转换器3、数据存储器4、地址发生器5停止工作，并由地址锁存器6锁存记录停止时的数据地址，控制电源控制器12截断测试电路中所有与读取数据无关的器件的电源，掉电保护器9使存储测试器处于低功耗数据保存状态，并对数据存储器4实施掉电保护。回收数据时，打开存储测试器的后端盖23，将接口14连接在微机的并行打印口上，在测试程序控制下由微机进行测试数据处理。数据回收时首先要读取记录信号的首地址，再依次读取记录波形数据，存储数据是通过数据转换器8输出的。若选择触发方式，只是触发信号是由冲击波压力信号产生的，系统工作过程与同步触发方式一样。

实施例

图5为空气中TNT炸药爆炸时的冲击波压力—时间波形记录曲线。炸药TNT当量为160g(装药尺寸为φ50×25mm)，爆高1m，测试点距爆心1m，存储测试器固定在测试点的专用支架(起支撑作用)上。测试前，先检测测试系统的工作状态，按下遥控器的启动键和复位键，若遥控器的触发指示灯和存储测试器工作状态指示灯亮(检测时需打开存储测试器后端盖)，说明测试系统工作正常。测试时，通过测试程序计算测试压力范围，设置存储测试器测试参数，使存储测试器工作在信号待触发工作状态。爆炸冲击波信号一到，存储测试器自动触发存储记录爆炸冲击波波形。试验完后，取回存储测试器，通过微机重现记录波形，并进行冲击波压力波形特征参数测试和数据处理，打印测试波形和数据。若要测试冲击波传播速度，只需精确测量测试点到爆心的距离和同步触发延迟时间，两者相除即为冲击波传播速度。

本发明冲击波压力测试装置自成体系，自带通讯接口，测试系统软、硬件一体化设计，可实现冲击波压力无引线存储测试，简化校准、测试工作程序。测试电路整体集成封装，金属外壳密封屏蔽，耐恶劣环境，抗电磁干扰，测试可靠性高，野外工作适应能力强。冲击波压力测试装置不仅用于空中和水中爆炸冲击波压力测试及冲击波速度测试，还可用于容器、管道内的液体和气体压力测试及机械活塞运动的受力测试，更换不同类型的传感器还可用于温度或其它参数的存储测试。

本发明采用的微机若为笔记本型微机则可构成便携式测试系统。

Claims (7)

1．一种冲击波压力测试装置，其特征在于包括存储测试器部分、遥控器部分、微机和测试程序部分。

2．根据权利要求1所述的一种冲击波压力测试装置，其存储测试器特征在于传感器21固定在前端盖25的传感器安装孔20上，并同测试电路22连接；测试电路22分别和接口14、电池16相连接，并通过固定支架与前端盖25连接；前端盖25和后端盖23与壳体24紧固连接，形成封闭体系。

3．根据权利要求2所述的一种冲击波压力测试装置，其特征是存储测试器的测试电路22包括：压力传感器1输出的压力信号输入到信号适配器2进行信号预处理后分成两路信号，一路信号到模数转换器3进行模数转换，量化后的数据输出到数据存储器4进行存储；信号适配器2另一路信号输出到信号触发器10；数据读取控制器7、掉电保护器9、信号触发器10、预置计数器11、电源控制器12、遥控接收器18、时钟发生器17的输出信号连接到采集存储控制器13；同时采集存储控制器13又分别输出控制信号连接到模数转换器3、数据存储器4、地址发生器5、地址锁存器6、数据转换器8、掉电保护器9、信号触发器10、预置计数器11和电源控制器12，对其相应的功能进行控制；电池16的输出连接到电源控制器12；数据转换器8连到I/O接口14，同时I/O接口14与微机15相接以进行数据通讯，其输出控制信号又连到数据读取控制器7。地址锁存器6的输出与地址发生器5相连，而地址发生器5的输出又分别连到数据存储器4和地址锁存器6，数据存储器4的输出数据连到数据转换器8，模数转换器3的输出数据连到数据存储器4。

4．根据权利要求2所述的一种冲击波压力测试装置，其特征是安装在存储测试器上的传感器21既作为冲击波压力信号的传感元件，又作为遥控接收器18的接收天线。

5．根据权利要求2所述的一种冲击波压力测试装置，其特征是电池为充电电池。

6．根据权利要求1所述的一种冲击波压力测试装置，其特征是遥控器为一个手持式外触发同步信号遥控发射装置。

7．根据权利要求1所述的一种冲击波压力测试装置，其测试程序采用微机并行打印口回收存储测试器中的测试数据，其特征是测试程序还包括：

(1)用于读取存储测试器中测试数据首地址的读首地址信号输出装置；

(2)用于存贮存储测试器中测试数据首地址的地址存贮装置；

(3)用于读取存储测试器中测试数据的读数据信号输出装置；

(4)用于存贮存储测试器中测试数据的数据存贮装置；

(5)用于存贮存储测试器测试参数的数据存贮装置；

(6)用于存贮计算结果的数据存贮装置；

(7)用于存贮测试结果的数据存贮装置；

(8)用于显示测试波形结果的数据显示装置。

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