CN216053394U - 教学用火工品模拟装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种教学用火工品模拟装置，属于火工品实验教学技术领域。所述教学用火工品模拟装置包括模拟火工品壳体、压力传感器、与压力传感器连接的电荷放大器、与电荷放大器相连的压力采集单元和声光控制单元、以及声光组件。模拟火工品壳体包括筒形的主体部、位于主体部内的分隔板、由分隔板分隔主体部所形成的第一容纳腔和第二容纳腔。压力传感器位于第一容纳腔中。电荷放大器与压力传感器连接。声光组件位于第二容纳腔中并与声光控制单元相连。本实用新型的教学用火工品模拟装置能够按照与实际火工品实验完全一致的操作方法和步骤，真实地完成火工品撞击感度实验操作全过程，同时确保使用过程中的安全性。

Description

教学用火工品模拟装置

技术领域

本实用新型涉及火工品实验教学技术领域，特别涉及一种教学用火工品模拟装置。

背景技术

火工品撞击感度实验是火工品原理及安全使用教学的一项重要内容，也是火工品研制及开发人员实验操作培训的一个主要科目。在以往的教学过程中，多采用实际火工品。这虽然取得良好的教学效果，但也不可避免的存在以下几个突出问题：一是操作安全风险，由于火工品在撞击后的发火过程难以预测和人为控制，因面存在着爆炸产物伤人、爆炸烟雾及噪声较大、具有火灾隐患等不可控风险；二是火工品贮存、运输风险，由于火工品为危险品，因而实验所需火工品必须专库存放、专车运输，环节多、风险大，安全管理要求也高；三是成本高，由于火工品为实验消耗品，大量的开展撞击感度实验，必将使教学成本大幅度增加，严重影响实验教学的常态化开展；四是无法深入了解掌握撞击发火的实时过程，由于火工品撞击发火只在一瞬间，而且这一过程不可复现，因而学员很难看清和理解发火过程。因此，传统的火工品撞击感度实验教学存在其自身无法解决的突出矛盾和问题，制约了教学过程的顺利进行，也严重影响了教学效率的有效提升。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的上述问题和缺陷的至少一个方面，本公开的实施例提供了一种教学用火工品模拟装置，该教学用火工品模拟装置能够模拟火工品撞击感度实验操作的全过程。

根据本公开的一个方面，提供了一种教学用火工品模拟装置，所述教学用火工品模拟装置包括：模拟火工品壳体，所述模拟火工品壳体包括：筒形的主体部；位于主体部内的分隔板；由所述分隔板分隔主体部所形成的第一容纳腔和第二容纳腔；位于第一容纳腔中的压力传感器；与压力传感器连接的电荷放大器，与电荷放大器依次相连的压力采集单元和声光控制单元；位于第二容纳腔中并与声光控制单元相连的声光组件。

在一些实施例中，所述模拟火工品壳体包括位于第一容纳腔的侧壁上的第一电缆孔和位于第二容纳腔的侧壁上的第二电缆孔，所述教学用火工品模拟装置还包括电缆，所述电缆通过第一电缆孔与所述压力传感器和电荷放大器电连接，所述电缆通过第二电缆孔与所述声光组件和声光控制单元电连接。

在一些实施例中，所述模拟火工品壳体还包括底座，所述主体部设置在所述底座上，所述底座的直径大于所述主体部的直径。

在一些实施例中，所述第一容纳腔、分隔板、第二容纳腔和底座都通过螺纹连接。

在一些实施例中，所述压力采集单元包括：与电荷放大器相连的隔离输入模块；与隔离输入模块相连的信号调理模块；基准电压模块；分别与信号调理模块和基准电压模块相连的模数变换模块；和与模数变换模块相连的可编程逻辑控制器。

在一些实施例中，所述声光控制单元包括依次连接的第一通信接口、基于来自压力采集单元的信号生成不同的控制指令的处理器和第二通信接口，其中第一通信接口连接压力采集单元与处理器，第二通信接口连接处理器与声光组件。

在一些实施例中，所述声光组件包括根据来自处理器的不同的控制指令分别进行工作的第一声光单元、第二声光单元和第三声光单元。

在一些实施例中，所述模拟火工品壳体还包括：位于主体部的底部上的安装体组件，所述声光组件位于安装体组件上，所述安装体组件包括第一安装体、第二安装体和第三安装体；和位于第二容纳腔的周壁上的观察口，所述观察口位于所述安装体组件的上方。

在一些实施例中，第一声光单元包括位于第一安装体上的发射红光的第一发光源和发出高频警报声的第一蜂鸣器；第二声光单元包括位于第二安装体上的发射黄光的第二发光源和发出中频警报声的第二蜂鸣器；第三声光单元包括位于第三安装体上的发射绿光的第三发光源和发出中低频警报声的第三蜂鸣器。

在一些实施例中，所述教学用火工品模拟装置还包括：与压力采集单元连接的、对压力采集单元输出的电信号进行显示并贮存的示波器单元；和分别与示波器单元和声光控制单元连接的计算机。

本实用新型的实施例具有以下优点中的至少一个：

(1)本实用新型的实施例的教学用火工品模拟装置能够按照与实际火工品实验完全一致的操作方法和步骤，真实地完成火工品撞击感度实验操作全过程；

(2)本实用新型的实施例的教学用火工品模拟装置具有逼真的声光效果，使学员体会高仿真的实验情境；

(3)本实用新型的实施例的教学用火工品模拟装置具有清晰的压力变化曲线输出，使学员感知压力变化实时过程，强化了理论与实践结合的教学效果；

(4)本实用新型的实施例的教学用火工品模拟装置的结构简单，操作简便，经济实用，而且安全可靠。

附图说明

本实用新型的这些和/或其他方面和优点从下面结合附图对优选实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1是根据本实用新型的一个实施例的教学用火工品模拟装置的组成示意图；

图2是图1所示的教学用火工品模拟装置的模拟火工品壳体的结构示意图；

图3是图1所示的教学用火工品模拟装置的结构示意图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本实用新型实施方式的说明旨在对本实用新型的总体构思进行解释，而不应当理解为对本实用新型的一种限制。

参见图1，其示出了本实用新型的一个实施例的教学用火工品模拟装置100。教学用火工品模拟装置100包括模拟火工品壳体10、压力传感器20、电荷放大器30、压力采集单元40、声光控制单元50和声光组件60。本公开的教学用火工品模拟装置能够按照与实际火工品实验完全一致的操作方法和步骤，真实地完成火工品撞击感度实验操作全过程。

如图2所示，模拟火工品壳体10包括主体部11、位于主体部11内的分隔板12、由分隔板12分隔主体部11所形成的第一容纳腔13和第二容纳腔14。例如，模拟火工品壳体10为上下双层的机械结构。在图示的实施例中，主体部11呈筒形，第一容纳腔13和第二容纳腔14也呈筒形。然而，本领域技术人员清楚的是，本公开的实施例并不限制于此，可以根据需要设置其他形状的主体部、第一容纳腔和第二容纳腔。

压力传感器20用于在撞击感度实验过程中感测撞击锤落锤的撞击力，并将所述撞击力转变为电信号，实现压电能量转换，以便于后续处理。在一示例中，压力传感器20位于第一容纳腔13中，如图3所示。在一示例中，压力传感器20可以包括压电换能器，以实现压电能量转换。

电荷放大器30与压力传感器20连接，以用于将来自压力传感器20的电信号进行放大处理，以提高其信噪比。在一示例中，电荷放大器30防止电路短路并保护用电器，增加系统的整体稳定性。

压力采集单元40与电荷放大器30连接，以对来自电荷放大器30的信号进行平滑滤波、模数(A/D)变换，并依据峰值数据确定此次压力撞击的档次。

声光控制单元50与压力采集单元40连接，以基于来自压力采集单元40的信号产生相应的控制指令。

声光组件60与声光控制单元50连接，以使得声光组件60基于声光控制单元50产生的控制指令来操作，从而利用声光组件60来反应或表现出撞击力的大小，例如通过声音信号和/或光学信号。这可以为使用者(例如学员)提供更仿真的实验情境。在一示例中，声光组件60位于第二容纳腔14中，如图3所示。

本公开的实施例利用火工品模拟装置100模拟真实的火工品，从而火工品模拟装置能够按照与真实的火工品实验完全一致的操作方法和步骤，真实地完成火工品撞击感度实验操作全过程。

在实施例中，如图2所示，模拟火工品壳体10包括位于第一容纳腔13的侧壁上的第一电缆孔15和位于第二容纳腔14的侧壁上的第二电缆孔16。

在实施例中，教学用火工品模拟装置100还包括电缆70。电缆70通过第一电缆孔15连接压力传感器20和电荷放大器30，以实现压力传感器20和电荷放大器30的信号连接，例如压力传感器20将感测到的压力以电信号的方式传输至电荷放大器30。电缆70通过第二电缆孔16连接声光控制单元50和声光组件60，以实现声光控制单元50和声光组件60的信号连接，例如，声光控制单元50将其生成的控制指令传输至声光组件60。

在实施例中，如图2所示，模拟火工品壳体10还包括底座17。主体部11设置在底座17上，底座17在水平面的正投影面积大于主体部11在水平面上的正投影面积，以更牢固地放置火工品模拟装置100。在一示例中，底座17的直径大于主体部11的直径。在图示的实施例中，底座17为圆柱形，但本领域技术人员清楚的是，本公开的实施例并不限制于此，还可以根据需要设置其他的形状。

在实施例中，第一容纳腔13、分隔板12、第二容纳腔14和底座17都通过螺纹连接，以便于组装模拟火工品壳体10，有助于制造结构简单、操作方便的教学用火工品模拟装置100。然而，本领域技术人员清楚的是，上述部件也可以采用其他方式连接，例如以形状适配的方式连接、或者通过粘结剂连接等。

在实施例中，如图2所示，模拟火工品壳体10包括位于主体部11的底部上的安装体组件18，以用于装载声光组件60。在一示例中，安装体组件18包括第一安装体182、第二安装体184和第三安装体186，以分别装载声光组件60的第一声光单元62、第二声光单元64和第三声光单元66(后面将详细介绍)。在图示的实施例中，声光单元呈正方体的形式，然而本领域技术人员还可以根据需要设置其他形状的声光单元，例如长方体、圆柱体、圆锥体等。

在实施例中，如图3所示，模拟火工品壳体10包括观察口19，以便于使用者接收到(例如观察到或听到)声光组件发出的光学信号和声音信号。在一示例中，观察口19位于第二容纳腔14的周壁上。在一示例中，观察口19位于安装体组件18的上方，以便于使用者观察。本公开的实施例对于观察口的形状没有特别限定，只要能够接收到光学信号和声音信号即可。

在实施例中，压力采集单元40包括与电荷放大器30相连的隔离输入模块、与隔离输入模块相连的信号调理模块、基准电压模块、分别与信号调理模块和基准电压模块相连的模数变换模块和与模数变换模块相连的可编程逻辑控制器。

隔离输入模块以光耦合的形式完成来自电荷放大器30的电信号输入，并实现模拟电路与数字电路的物理隔离，以解决各种设备之间“地”电位差的问题。在一示例中，隔离输入模块可以例如为隔离器。

信号调理模块对来自隔离输入模块的电信号进行平滑滤波和限幅处理，以有效地抑制各种设备之间的信号干扰。在一示例中，信号调理模块可以例如为滤波器。

基准电压模块为模数变换模块提供参考电压，以确保模数变换模块能够可靠地工作。参考电压可以是高精度的(优选地，±0.02％)。例如，可以将参考电压设置为5V。

模数变换模块基于基准电压模块将经滤波、限幅后的电信号转换为对应的数字量(例如，12位精度)，以便于后期的信号分析。模数变换模块可以例如为模数变换器。

可编程逻辑控制器(PLC)对来自模数变换模块的多次(例如100次-8000次，或1000次-5000次)的峰值采样数据取平均值后，与预设的高门限值、中门限值、低门限值进行比较，以确定本次撞击力或压力的档次。在一示例中，高门限值为大于7200，中门限值在3200～7200之间，低门限值为小于3200。当经过比较确定所述平均值属于高门限值时，PLC确定本次撞击力的档次为“高”，并生成相应的信号；当经过比较确定所述平均值属于中门限值时，PLC确定本次撞击力的档次为“中”，并生成相应的信号；当经过比较确定所述平均值属于低门限值时，PLC确定本次撞击力的档次为“低”，并生成相应的信号。在一示例中，撞击锤产生的撞击压力大于100N/cm²对应于高门限值；撞击锤产生的撞击压力在50～100N/cm²之间对应于中门限值；撞击锤产生的撞击压力小于50N/cm²对应于中低门限值。

在实施例中，声光控制单元50包括依次连接的第一通信接口、处理器和第二通信接口。

第一通信接口实现压力采集单元40与处理器的连接，以将来自压力采集单元40的信号传输至处理器。在一示例中，第一通信接口采用RS232串行通信接口。

处理器基于来自压力采集单元40的信号生成不同的控制指令。当压力采集单元40确定本次撞击力的档次为“高”时，处理器生成“高”的指令；当压力采集单元40确定本次撞击力的档次为“中”时，处理器生成“中”的指令；当压力采集单元40确定本次撞击力的档次为“低”时，处理器生成“低”的指令。在一示例中，处理器可以例如为单片机。

第二通信接口实现处理器与声光组件60的连接，以将处理器生成的控制指令发送至声光组件60。在一示例中，第二通信接口采用RS422串行通信接口。

在实施例中，声光组件60包括第一声光单元62、第二声光单元64和第三声光单元66，如图1所示。第一声光单元62、第二声光单元64和第三声光单元66根据来自处理器的不同的控制指令分别进行工作。

在一示例中，如图3所示，第一声光单元62包括第一发光源622和第一蜂鸣器624。第一发光源622发射红光。第一蜂鸣器624发出高频警报声，例如大于2000Hz。在一示例中，第一发光源622和第一蜂鸣器624位于第一安装体182上。

在一示例中，如图3所示，第二声光单元64包括第二发光源642和第二蜂鸣器644。第二发光源642发射黄光。第二蜂鸣器644发出中频警报声，例如800～2000Hz。在一示例中，第二发光源642和第二蜂鸣器644位于第二安装体184上。

在一示例中，如图3所示，第三声光单元66包括第三发光源662和第三蜂鸣器664。第三发光源662发射绿光。第三蜂鸣器664发出中低频警报声，例如400～800Hz。在一示例中，第三发光源662和第三蜂鸣器664位于第三安装体186上。

在实施例中，当处理器生成“高”的指令时，声光控制单元50使得第一声光单元62工作。声光控制单元50可以通过生成的控制指令使得第一声光单元62工作，例如第一发光源622发射红光，和/或第一蜂鸣器624发出高频警报声。当处理器生成“中”的指令时，声光控制单元50使得第二声光单元64工作。声光控制单元50可以通过生成的控制指令使得第二声光单元64工作，例如第二发光源642发射黄光，和/或第二蜂鸣器644发出中频警报声。当处理器生成“低”的指令时，声光控制单元50使得第三声光单元66工作。声光控制单元50可以通过生成的控制指令使得第三声光单元66工作，例如第三发光源662发射绿光，和/或第三蜂鸣器664发出中低频警报声。

因此，使用者根据声光组件60发出的声音信号和/或光学信号，确定本次撞击感度的档次或大小，从而更加形象地完成了撞击感度实验。当然本领域技术人员清楚的是，本公开的实施例并不限制于此，可以根据需要调整第一声光单元、第二声光单元和第三声光单元的声音信号和光学信号。

因此，当撞击感度实验台落锤落下，击中压力传感器20；经过压力传感器20的压电换能后，将相应的电信号传输至电荷放大器30进行放大处理；压力采集单元40对输入的电信号进行滤波、A/D模数变换，并完成峰值数据判定，确定出此次撞击的压力档次；压力采集单元40输出信号并传送至声光控制单元50，声光控制单元50根据压力采集单元40的信号选择并操控三个声光单元中的一个进行工作。

在实施例中，如图1所示，教学用火工品模拟装置100还包括与压力采集单元40连接的示波器单元80。示波器单元80能够对压力采集单元40输出的电信号进行显示并贮存，以允许使用者实时直观地观察到撞击锤撞击压力传感器20时的压力变化过程。示波器单元80能够将压力变化过程实时地记录下来，使用者可以随时通过回放来理解压力变化过程。

在实施例中，如图1所示，教学用火工品模拟装置100还包括分别与示波器单元80和声光控制单元50连接的计算机90。计算机90能够基于示波器单元80构建虚拟仪器操作界面并对压电信号和声光状态进行全景式显示、记录和操控。计算机90能够通过例如GPIB488总线与示波器单元80相连，以对示波器单元80输出的压电信号进行全景式显示和记录。计算机90通过第一通信接口将其指令传输至声光控制单元50，以允许人为操作声光控制单元50。

因此，当撞击感度实验台落锤落下，击中压力传感器20；经过压力传感器20的压电换能后，将相应的电信号传送至电荷放大器30进行放大处理；压力采集单元40对输入的电信号进行滤波、A/D模数变换，并完成峰值数据判定，确定出此次撞击的压力档次；压力采集单元40输出信号，一路传送至示波器单元80，进行压力变化曲线的显示和贮存，另一路则直接传送至声光控制单元50，作为该单元的输入参量；计算机90通过GPIB488总线与示波器80相连接，构建虚拟仪器操作界面以对示波器80输出的压电信号进行全景式显示、记录和判断；声光控制单元50根据压力采集单元40的信号选择并操控三个声光单元中的一个进行工作。

在本公开的实施例中，教学用火工品模拟装置能够按照与实际火工品实验完全一致的操作方法和步骤，真实地完成火工品撞击感度实验操作全过程，强化了理论与实践结合的教学效果，故提高了教学效果，节约了成本，并且操作简便、安全可靠。

虽然本总体构思的一些实施例已被显示和说明，本领域技术人员将理解，在不背离本总体构思的原则和精神的情况下，可对这些实施例做出改变，本实用新型的范围以权利要求和它们的等同物限定。

Claims (10)

1.一种教学用火工品模拟装置，其特征在于，所述教学用火工品模拟装置包括：

模拟火工品壳体，所述模拟火工品壳体包括：

筒形的主体部；

位于主体部内的分隔板；

由所述分隔板分隔主体部所形成的第一容纳腔和第二容纳腔；

位于第一容纳腔中的压力传感器；

与压力传感器连接的电荷放大器，

与电荷放大器依次相连的压力采集单元和声光控制单元；

位于第二容纳腔中并与声光控制单元相连的声光组件。

2.根据权利要求1所述的教学用火工品模拟装置，其特征在于，所述模拟火工品壳体包括位于第一容纳腔的侧壁上的第一电缆孔和位于第二容纳腔的侧壁上的第二电缆孔，

所述教学用火工品模拟装置还包括电缆，所述电缆通过第一电缆孔与所述压力传感器和电荷放大器电连接，所述电缆通过第二电缆孔与所述声光组件和声光控制单元电连接。

3.根据权利要求1所述的教学用火工品模拟装置，其特征在于，所述模拟火工品壳体还包括底座，所述主体部设置在所述底座上，所述底座的直径大于所述主体部的直径。

4.根据权利要求3所述的教学用火工品模拟装置，其特征在于，所述第一容纳腔、分隔板、第二容纳腔和底座都通过螺纹连接。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的教学用火工品模拟装置，其特征在于，所述压力采集单元包括：

与电荷放大器相连的隔离输入模块；

与隔离输入模块相连的信号调理模块；

基准电压模块；

分别与信号调理模块和基准电压模块相连的模数变换模块；和

与模数变换模块相连的可编程逻辑控制器。

6.根据权利要求5所述的教学用火工品模拟装置，其特征在于，所述声光控制单元包括依次连接的第一通信接口、将压力采集单元信号转换为相应控制指令的处理器和第二通信接口，

其中第一通信接口连接压力采集单元与处理器，第二通信接口连接处理器与声光组件。

7.根据权利要求6所述的教学用火工品模拟装置，其特征在于，所述声光组件包括根据来自处理器的不同的控制指令分别进行工作的第一声光单元、第二声光单元和第三声光单元。

8.根据权利要求7所述的教学用火工品模拟装置，其特征在于，所述模拟火工品壳体还包括：

位于主体部的底部上的安装体组件，所述声光组件位于安装体组件上，所述安装体组件包括第一安装体、第二安装体和第三安装体；和

位于第二容纳腔的周壁上的观察口，所述观察口位于所述安装体组件的上方。

9.根据权利要求8所述的教学用火工品模拟装置，其特征在于，

第一声光单元包括位于第一安装体上的发射红光的第一发光源和发出高频警报声的第一蜂鸣器；

第二声光单元包括位于第二安装体上的发射黄光的第二发光源和发出中频警报声的第二蜂鸣器；

第三声光单元包括位于第三安装体上的发射绿光的第三发光源和发出中低频警报声的第三蜂鸣器。

10.根据权利要求6所述的教学用火工品模拟装置，其特征在于，所述教学用火工品模拟装置还包括：

与压力采集单元连接的、对压力采集单元输出的电信号进行显示并贮存的示波器单元；和

分别与示波器单元和声光控制单元连接的计算机。

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