车辆底甲板瞬态变形量测试装置的制作方法

1.本发明涉及爆炸冲击试验技术领域，具体地，涉及一种车辆底甲板瞬态变形量测试装置。


背景技术：

2.当车辆行驶在埋设有地雷或者爆炸物的区域时，一旦触发地雷或者爆炸物就会引发爆炸，车辆底部突然受到爆炸冲击，车体的瞬态变形会对车内人员造成严重伤害，所以车体瞬态变形量是车辆设计对于安全性能要求的重要参数。由于车辆底甲板是最直接受到冲击的部位，因此准确测量车辆底甲板在爆炸冲击时的瞬态变形量是车辆防爆炸设计的重要参考因素。
3.在车辆受到爆炸冲击时，底甲板变形是一个动态过程，底甲板变形量包括弹性变形量及塑性变形量两部分。目前检测底甲板变形量的通用方法是在执行爆炸试验后直接测量底甲板最终变形量并作为测试结果。而试验后底甲板的最终变形量属于塑性变形，其并不能反应出底甲板在爆炸过程中的真实变形量，以此作为车辆防爆炸设计的参考因素可能会导致设计的车辆存在一定的安全隐患。


技术实现要素：

4.本发明实施例旨在提供一种车辆底甲板瞬态变形量测试装置，以解决现有技术中针对爆破条件下底甲板瞬态变形量的测试结果准确度低的技术问题。
5.为此，本发明一些实施例中提供一种车辆底甲板瞬态变形量测试装置，包括：
6.基座，所述基座的顶面通过支架设置于车辆的顶甲板上；
7.溃缩元件，所述溃缩元件的第一端设置于车辆的底甲板上，所述溃缩元件的第二端设置于所述基座的底面上；
8.检测单元，设置于车辆上，包括用于检测溃缩元件变形量的第一检测部件、用于检测基座位移量的第二检测部件和用于检测顶甲板位移量的第三检测部件；
9.主控单元，响应到爆破信号后，接收所述检测单元发送的所述溃缩元件变形量、所述基座位移量和所述顶甲板位移量，根据所述溃缩元件变形量、所述基座位移量和所述顶甲板位移量得到所述底甲板在爆破冲击下的瞬态变形量。
10.可选地，上述的车辆底甲板瞬态变形量测试装置中，所述主控单元用于根据如下公式得到所述瞬态变形量：
11.瞬态变形量＝a
×
溃缩元件变形量+b
×
基座位移量+c
×
顶甲板位移量；
12.其中，a、b和c为调节系数。
13.可选地，上述的车辆底甲板瞬态变形量测试装置中，所述第一检测部件包括摄像仪，所述摄像仪设置于车辆的侧甲板或尾甲板上；
14.所述摄像仪的拍摄区域包含溃缩元件所在区域，所述摄像仪拍摄记录所述底甲板变形引起的所述溃缩元件的变形过程的视频；
15.所述第一检测部件根据所述视频记录的所述溃缩元件的初始高度和最终高度得到所述溃缩元件变形量。
16.可选地，上述的车辆底甲板瞬态变形量测试装置中，所述第一检测部件还包括：
17.力传感器，所述力传感器设置于溃缩元件第二端与所述基座的底面之间，所述力传感器检测所述底甲板变形时对所述溃缩元件施加的撞力以及撞力持续时间。
18.可选地，上述的车辆底甲板瞬态变形量测试装置中，其中，以所述撞力持续时间的起点为t1时刻，以所述撞力持续时间的终点为t2时刻；所述第一检测部还用于获取所述溃缩元件在t1时刻视频图像中的初始像素区域；获取所述溃缩元件在t2时刻视频图像中的最终像素区域；根据所述最终像素区域、所述初始像素区域和所述撞力持续时间得到视频图像修订比例；根据所述视频图像修订比例、所述溃缩元件的所述初始高度和所述最终高度得到溃缩元件变形量与时间的对应关系；将所述对应关系发送至所述主控单元。
19.可选地，上述的车辆底甲板瞬态变形量测试装置中，所述第一检测部还用于，根据所述力传感器检测到的所述撞力与所述撞力持续时间，根据撞力对时间的积分运算结果得到所述底甲板对所述溃缩元件的撞击冲量，所述第一检测部将所述撞击冲量发送至所述主控单元。
20.可选地，上述的车辆底甲板瞬态变形量测试装置中，所述第二检测部件包括设置于车辆的顶甲板上的激光测振仪，且所述基座位于所述激光测振仪的激光传输路径上；所述激光测振仪向所述基座的顶面发射激光束，接收由所述基座的顶面反射的激光束，根据激光束发射时间和接收时间得到所述基座相对于所述顶甲板的位移作为所述基座位移量。
21.可选地，上述的车辆底甲板瞬态变形量测试装置中，所述第三检测部件包括设置于车辆的顶甲板上的加速度传感器，所述加速度传感器检测所述顶甲板的加速度，对所述加速度积分运算后得到所述顶甲板位移量。
22.可选地，上述的车辆底甲板瞬态变形量测试装置中，还包括：
23.模拟爆破组件，设置于所述底甲板下方，其接收爆破启动信号后模拟爆炸场景；
24.所述主控单元，以所述爆破启动信号作为所述爆破信号。
25.可选地，上述的车辆底甲板瞬态变形量测试装置中，所述主控单元，每隔设定时长同步所述第一检测部件、所述第二检测部件和所述第三检测部件的时钟。
26.本发明提供的上述技术方案，与现有技术相比，至少具有如下有益效果：
27.本发明提供的车辆底甲板瞬态变形量测试装置，在响应到爆破信号即爆炸发生，底甲板会向上变形挤压溃缩元件发生变形，通过第一检测部件测量溃缩元件的变形量可以得到底甲板的最大瞬态变形量，通过设置在车辆中的第二检测部件监测基座位移量，通过第三检测部件检测顶甲板位移量，相当于得到了在爆炸过程中的整车位移量，根据基座位移量和顶甲板位移量对溃缩元件检测到的位移量进行修订，得到的底甲板瞬态变形量更加准确。
附图说明
28.下面将结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
29.图1为本发明一个实施例所述车辆底甲板瞬态变形量测试装置在装甲车辆上的设
置方式示意图；
30.图2为本发明另一个实施例所述车辆底甲板瞬态变形量测试装置在装甲车辆上的设置方式示意图；
31.图3为图2所示附图的立体结构示意图；
32.图4本发明一个实施例所述车辆底甲板瞬态变形量测试装置的信号传输方式示意图；
33.图5a-图5c为本发明一个实施例所述摄像仪在不同时刻拍摄到的画面的示意图。
具体实施方式
34.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明的简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或组件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
35.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个组件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
36.本发明一些实施例中提供一种车辆底甲板瞬态变形量测试装置，设置于装甲车辆的车体100中，如图1至图4所示，包括基座201、支架202、溃缩元件203、检测单元，检测单元包括第一检测部件204、第二检测部件205和第三检测部件206。所述基座201的顶面通过支架202设置于车辆的顶甲板102上；所述溃缩元件203的第一端设置于车辆的底甲板101上，所述溃缩元件203的第二端设置于所述基座201的底面上；所述检测单元设置于车辆上，所述第一检测部件204用于检测溃缩元件变形量，所述第二检测部件205用于检测基座位移量，所述第三检测部件206用于检测顶甲板位移量。所述主控单元207，响应到爆破信号后，接收所述检测单元发送的所述溃缩元件变形量、所述基座位移量和所述顶甲板位移量，根据所述溃缩元件变形量、所述基座位移量和所述顶甲板位移量得到所述底甲板在爆破冲击下的瞬态变形量。
37.爆炸发生后，由于整车在爆炸冲击作用下会向上运动，以上的测试装置随整车向上运动，因此溃缩元件的变形量并不是真实底甲板变形量，需要进一步修正。而通过本方案，底甲板101会向上变形挤压溃缩元件203发生变形，通过第一检测部件204测量溃缩元件203的变形量可以得到底甲板101的最大瞬态变形量，通过设置在车辆中的第二检测部件205检测基座201的位移量，通过第三检测部件206检测顶甲板102的位移量，相当于得到了在爆炸过程中的整车位移量，根据基座位移量和顶甲板位移量对溃缩元件检测到的位移量进行修订，得到的底甲板瞬态变形量更加准确。
38.优选地，所述第二检测部件205包括设置于车辆的顶甲板102上的激光测振仪2051，且所述基座201位于所述激光测振仪2051的激光传输路径上；所述激光测振仪2051向所述基座201的顶面发射激光束，接收由所述基座201的顶面反射的激光束，根据激光束发
射时间和接收时间得到所述基座201相对于所述顶甲板102的位移作为所述基座位移量。设置于顶甲板102上的激光测振仪2051能够用于修订基座201相对于顶甲板102的位移误差，由于基座201在爆炸过程中的变形较小，使用激光测振仪2051进行测试位移能够得到更为准确的结果。
39.进一步地，所述第三检测部件206包括设置于车辆的顶甲板102上的加速度传感器2061，所述加速度传感器2061检测所述顶甲板102的加速度，对所述加速度积分运算后得到所述顶甲板位移量。设置于顶甲板102上的加速度传感器2061的测量数据直接通过积分就可以得到顶甲板的位移，简化了运算过程，为修订车体运动位移误差带来便利。
40.另外，图中所示的测试装置安装于装甲车辆内，其安装位置优选为爆破点的正上方，在该位置处为底甲板101变形量最大的位置处，如果需要测量多个位置的变形量，可以根据需求在装甲车中不同位置设置多组测试装置。
41.上述方案中，所述主控单元204用于根据如下公式得到所述瞬态变形量：瞬态变形量＝a
×
溃缩元件变形量+b
×
基座位移量+c
×
顶甲板位移量；其中，a、b和c为调节系数，a、b和c的优选值均为1，具体可以根据实际情况进行试验标定。另外，以上公式中，设定竖直向上的方向为正方向，在测量基座位移量和顶甲板位移量时，以向上的方向为正，以向下的方向为负即可。
42.以上方案中，所述第一检测部件204包括摄像仪2042，所述摄像仪2042设置于车辆的侧甲板或尾甲板103上。所述摄像仪2042的拍摄区域包含溃缩元件203所在区域，所述摄像仪2042拍摄记录所述底甲板变形引起的所述溃缩元件203的变形过程的视频；所述第一检测部件204根据所述视频记录的所述溃缩元件203的初始高度和最终高度得到所述溃缩元件变形量。所述摄像仪2042选择高速摄像机，高速摄像机能够以小于1/1000秒的曝光或超过每秒250帧的帧速率捕获运动图像。因此，其可以准确记录到溃缩元件203变形的整个过程。由于溃缩元件203(如溃缩式标尺管)可以记录底甲板101的最大变形量，但无法还原压溃过程，也不能反映底甲板变形过程，因此通过高速摄像机记录溃缩元件的变形过程即得到底甲板的变形过程，能够为车辆设计提供参考数据。
43.进一步地，所述第一检测部件204还可以包括力传感器2041，所述力传感器2041设置于溃缩元件第二端与所述基座201的底面之间，所述力传感器2041检测所述底甲板变形时对所述溃缩元件203施加的撞力以及撞力持续时间。假设溃缩元件203在未受到撞击力时，力传感器2041的检测结果为零，则以力传感器2041的检测结果大于零的时刻作为撞力持续时间的起点，当底甲板形变结束后，溃缩元件203受到的撞力变为零，则以力传感器2041的检测结果回归为零的时刻作为撞力持续时间的终点。通过高速摄像机已经记录了底甲板的变形过程，再结合底甲板变形时所产生的撞力，能够更好地确定底甲板101在爆炸产生过程中的抗冲击能力。
44.由于摄像仪2042固定于侧甲板或尾甲板103上，爆炸发生时，车体运动会影响摄像仪拍摄到的图像的清晰度，使得摄像仪2042拍摄到的图像中的长度比例尺失真，从而造成较大的测量误差。为了解决该问题，优选地，上述方案中的车辆底甲板瞬态变形量测试装置，以所述撞力持续时间的起点为t1时刻，以所述撞力持续时间的终点为t2时刻。所述第一检测部204还用于获取所述溃缩元件在t1时刻视频图像中的初始像素区域；获取所述溃缩元件在t2时刻视频图像中的最终像素区域；根据所述最终像素区域、所述初始像素区域和
所述撞力持续时间得到视频图像修订比例；根据所述视频图像修订比例、所述溃缩元件的所述初始高度和所述最终高度得到溃缩元件变形量与时间的对应关系；将所述对应关系发送至所述主控单元。
45.参考图5a-5c，假设p1为t1时刻视频图像，可以从图中确定出溃缩元件所占像素的行数或者说溃缩元件的高度为m1；假设p2为t2时刻视频图像，此时底甲板已经发生了变形，溃缩元件也必然因受到撞力而变形，从图中确定出溃缩元件所占像素的行数或者说溃缩元件的高度为m2；而针对视频中任意一帧图像px，溃缩元件所占像素的行数或者说溃缩元件的高度为mx；当将视频中的每一帧图像或者说多帧图像进行比较时，能够确定出摄像仪图像比例尺所受到的影响，进而对其进行修订。如果每一帧图像中的图像比例尺已经确定，同时在图像中溃缩元件所占像素区域也是确定的，就能够确定出在拍摄该帧图像的时刻所对应的溃缩元件的实际高度。本方案中，通过修订摄像仪因爆破环境导致的画面失真误差，能够保证最终记录的溃缩元件203或底甲板101的变形过程具有更高精度。
46.优选地，所述第一检测部204还用于，根据所述力传感器2041检测到的所述撞力与所述撞力持续时间，根据撞力对时间的积分运算结果得到所述底甲板101对所述溃缩元件203的撞击冲量，所述第一检测部204将所述撞击冲量发送至所述主控单元207。因此，所述力传感器2041除了能够辅助修订摄像仪的拍摄误差，还用于辅助记录底甲板对溃缩元件的撞击冲量，撞击冲量是车辆底部防护组件设计的重要参考依据。
47.进一步地，以上的车辆底甲板瞬态变形量测试装置中还可以包括模拟爆破组件208，设置于所述底甲板101下方，其接收到爆破启动信号后模拟爆炸场景；所述主控单元207，以所述爆破启动信号作为所述爆破信号。在实际应用时，模拟爆破组件208可以由主控单元207控制，也可以由单独控制单元进行控制。如果模拟爆破组件208由主控单元207控制时，主控单元207发出爆破启动信号。如果模拟爆破组件208具有单独的控制单元，则主控单元207与模拟爆破组件208的控制单元可实现数据通信，模拟爆破组件208的控制单元发出爆破启动信号，同时向主控单元207也发出相同信号，主控单元207可即时响应到爆炸已经启动的信息。如前所述，优选所述模拟爆破组件208设置于溃缩元件203的正下方。
48.进一步地，所述主控单元207，每隔设定时长同步所述第一检测部件204、所述第二检测部件205和所述第三检测部件206的时钟。通过同步各个检测部件的时钟，保证各个检测部件检测到的数据都是针对相同时刻下的真实状态，从而提高底甲板瞬态变形量检测结果的精度。另外，以上各个检测部件，优选在模拟爆破组件208起爆之前就已经全部启动，以确保测试装置能够即时检测到爆炸过程所有时刻的关键数据参数。
49.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。