[发明专利]基于动量块和弹簧的冲击波冲量无源测量装置及测量方法

说明书

本发明公开了一种基于动量块和弹簧的冲击波冲量无源测量装置及测量方法，以解决目前爆炸冲击波冲量测量中装置安装复杂、易受场地限制、成本较高等问题。装置由动量块、封装壳体、撞击板、压缩弹簧、留痕刻针、后挡板、底封座组成。动量块、撞击板、压缩弹簧、后挡板从左至右同轴装配于封装壳体内，底封座与封装壳体为同轴装配，留痕刻针通过封装壳体的U形槽伸出封装壳体。测量方法是通过受冲击波加载的动量块与撞击板发生碰撞，撞击板对压缩弹簧进行压缩，带动固定在撞击板侧壁上的留痕刻针在记录带上留下痕迹，通过痕迹最大位移计算动量块撞击速度，进而得到装置所在位置冲击波冲量。本发明装置成本低、体型小、装配简单，测量方法可靠。

技术领域

本发明属于测量检测领域，涉及一种爆炸产生的冲击波参数测量的装置，具体涉及一种利用动量转换原理对爆炸冲击波冲量进行测量的无源装置及测量方法。

背景技术

炸药爆炸后会挤压周围介质产生冲击波，冲击波主要参数包括超压峰值、正压作用时间、比冲量等。其中比冲量为爆炸场内单位面积所受到的压力冲量，通过冲击波正压区压力对时间进行积分可以得到，比冲量乘以目标物作用面积则为冲量，由于冲击波冲量能够综合反映超压峰值和正压持续时间及目标物的作用效果，在冲击波测量领域中具有重要的工程价值。

目前冲击波的冲量测量主要有两类方法：

第一类是基于压力的测试方法，通过测量冲击波压力时程曲线并进行时间积分可得到比冲量，再乘以目标物作用面积可得冲量。此类方法以比较成熟的电测法为主，主要依靠电压力传感器进行测量，其能够完整记录冲击波压力时程曲线，具有精确度较好的优点，但由于安装要求较高致使电测传感器的布置难度大，且易受到复杂爆炸环境(高温、高压、强磁场)的影响从而产生较大测量误差。

第二类是基于等效测试方法，通过冲击波加载后物体的形变、位移、速度等计算冲击波冲量。此类方法主要有冲击摆法、等效靶板法、等高线法等。冲击摆是一种间接测量冲量的有效装置，原理是将待测冲量转换成摆锤的角位移，通过测量角位移来计算冲击波冲量，其具有抗干扰能力强和无需现场标定等优点，但实验过程中的设备质心和打击中心难以确定，容易造成较大的测量误差。等效靶板法是利用效应靶(在一定约束下具有较好敏感性，在冲击波作用下会产生对应塑性变形的靶结构)按照一定规律布置在待测爆炸场中，通过靶板的最大残余塑性形变甚至破碎情况来估算冲击波参量的一种方法，分析时可将作用于靶板的冲击波载荷等效为均布载荷，则其变形也为对称的，建立相应的反演模型可以估算该位置处的冲击波冲量。其原理简单，成本低廉，经过标定后测量具有一定的准确度，但其安装约束要求较高且靶板容易发生不规则变形，实际测量中存在一定的误差。等高线法是根据炸药爆炸驱动动量块，通过动量块飞散的速度求得其动量从而去分析炸药爆炸能量的方法，一般流程是在炸药周围不同半径上依圆周方向按规律摆放动量块，在冲击波驱动动量块飞散后用高速摄像机成像结果计算动量块速度，由于可能受到炸药爆炸后火球，强光线的影响，拍摄结果的易受干扰。等高线法也有记录动量块飞散后落点，再根据落点基于平抛运动原理反推动量块速度的方法，但落点的判断带有主观因素，测量结果易有较大误差。

综上所述，目前冲击波冲量测量方法主要存在以下问题：

1.基于压力测量的方法由于需要布设电测传感器，存在成本较高、布设困难、电磁干扰等问题，难以在非标试验场(野外临时场地)开展大规模测量。

2.等效测试方法中，高精度的测量方法如冲击摆法需要电测设备辅助测量，，成本较高，安装较复杂；等效靶板法的测量精度不够，布设和实施也有比较大的难度；等高线法无论是架设高速相机进行拍摄记录还是根据动量块落点进行反推演算，都存在一定的人为读数误差，从而影响测量结果。

因此，传统冲击波冲量测试方法中基于压力测量的方法测量系统组成复杂，仪器成本较高，易受野外实验条件制约；等效测试法设备体积较大，安装复杂，标定繁琐，难以大规模布设。如何快速、准确、低成本对爆炸冲击波冲量进行无源测量是本领域需要解决的难点问题。

发明内容