混凝土介质内冲击波压力测量装置和方法
【技术领域】
[0001]本发明属于爆炸冲击测试技术领域，主要涉及一种测量固体介质中冲击波压力测量装置和方法，具体一种测量混凝土介质中冲击波压力测量装置和方法。
【背景技术】
[0002]随着军事防御的发展，大批具有战略价值的军事目标(如指挥所、控制和通讯站等)转入地下深层，而且许多目标均为坚固的混凝土结构。例如反机场跑道的武器用的侵彻子母弹，通过大面积的抛洒子弹，利用动能使子弹侵彻入混凝土内部爆炸，使跑道产生足够大的弹坑或使混凝土层产生凸起，在跑道上不留下任何可能供飞机起降的完整路面，并使其在短期内难以修复，从而达到阻止飞机起飞，控制制空权的目的。因此，在军事领域，如何有效地攻击混凝土目标、增强混凝土设施的抗攻击能力，都需要研宄混凝土结构内的冲击应力，为侵彻武器的研宄以及防护材料/结构的性能改进研宄提供必要的数据和理论。
[0003]然而，混凝土是具有大量缺陷的非均匀脆性材料，材料的动态本构关系、爆炸载荷与介质的耦合作用、介质在爆炸冲击波作用下的失效方式以及脆性材料的裂纹和破碎机制等研宄，由于受到测试技术和成本等因素的限制，研宄工作具有很大的难度。
[0004]现有的混凝土中冲击波压力测试技术方案是将压力传感器预先埋设在混凝土中，固化完成后再进行压力测量，这种测量方法存在以下问题:(I)传感器安装定位难。压力传感器的敏感面不能与爆心完全垂直，且在浇筑过程中容易受到位置易发生位置和偏转，导致传感器敏感面与爆心不能在同一平面或冲击波传播方向与传感器的法线不在一条直线上；(2)爆心定位难。传感器与爆心的距离很难精确定位，在饶筑过程中也不容易保证定位管是与地面垂直的，而且定位管较轻时容易上浮，较重时容易下沉；(3)压力传感器与混凝土介质的结合界面。固化过程中压力传感器与混凝土介质之间可能产生空隙，导致二者不能紧密结合，从而影响测量结果。
[0005]对于装药在混凝土介质内部爆炸的冲击波的测量，国内学者利用锰铜和压电压力传感器做了一定量的工作，但由于阻抗匹配性差、传感器的测试距离和敏感面的方向难于精确控制，导致测试重复性差、精度也较低，误差大多在50%以上，有的甚至达几倍，各单位的测试数据差异也较大，目前还没有较合理和完善的方法。
[0006]本发明申请人对国内外专利文献和公开发表的期刊论文检索，尚未发现与本发明密切相关和一样的报道或文献。
【发明内容】
[0007]本发明的目的是针对混凝土介质内爆炸冲击波压力测量重复性差、精度较低，还没有较准确测量方法的现状，设计了一种成本较低、精度较高的测量装置和方法，可用于炸药装药在混凝土等固体介质内爆炸冲击波压力的测量。
[0008]本发明是一种混凝土介质内冲击波压力测量装置，由炸药装药、固定结构件、膜片压力传感器、混凝土板组成，其中固定结构件包括固定支架顶板、螺杆、固定支架底板和螺帽。本发明的测量装置为多层混凝土板结构，膜片压力传感器安装在混凝土板表面的几何中心，夹装于两层混凝土板之间，炸药装药位于最顶层混凝土板的几何中心，炸药装药的中心轴线、膜片压力传感器的敏感点和混凝土板的几何中心位于混凝土板的中心轴线上；多层混凝土板结构放置在固定支架底板上，固定支架顶板放置在最顶层混凝土板或炸药装药上端，利用螺杆连接固定支架顶板上的螺孔和固定支架底板的螺孔，螺帽拧在螺杆的两端，将炸药装药、膜片压力传感器和混凝土板紧固。
[0009]本发明的实现还在于:混凝土板的形状或为立方体或为圆柱体，混凝土板的表面经过精细打磨，使两层混凝土板的接触面能够紧密结合，尽量降低混凝土板的接触面之间空隙带来的实验误差。
[0010]本发明的实现还在于:膜片压力传感器安装在混凝土板的表面几何中心，炸药装药的中心轴线、膜片压力传感器的敏感点和混凝土板的几何中心都位于同混凝土板的中心轴线上，用于控制膜片传感器敏感面的位置和方向，提高试验精度。
[0011]本发明的实现还在于:混凝土板上的线槽可将导线引出，保证混凝土板之间的紧也彡口口。
[0012]本发明还是一种利用混凝土介质内爆炸冲击波压力测量方法，混凝土介质内冲击波压力测量包括以下步骤:
[0013]①依据试验所需测量的压力范围和点数，确定膜片压力传感器的类型、数量和混凝土板的厚度，传感器一般选用膜片压力传感器，其体积较小、厚度< 0.2mm，与混凝土介质的匹配性较好；
[0014]②依据膜片压力传感器的长度和混凝土板的半径或边长确定装配方式，混凝土板的半径或1/2边长小于膜片压力传感器的敏感点与传输电缆焊点之间的距离时，直接进行安装；混凝土板的半径或1/2边长大于膜片压力传感器的敏感点与传输电缆的焊点之间的距离时，通过混凝土板上的线槽将导线引出，使两层混凝土板接触面的紧密结合；
[0015]③将膜片压力传感器粘贴在混凝土板的几何中心表面，然后连接传输电缆，依次逐层安装，使膜片压力传感器的敏感元件和混凝土板的中心轴线在同一直线上；
[0016]④膜片压力传感器和混凝土板全部安装完毕后，在最顶层的混凝土板上表面的几何中心安装炸药装药，利用固定结构件将炸药装药、膜片压力传感器和混凝土板紧固，使炸药装药的中心轴线、膜片压力传感器的敏感点和混凝土板的几何中心位于混凝土板的中心轴线上，达到控制膜片传感器敏感面的位置和方向，提高试验精度的目的；
[0017]⑤膜片压力传感器通过低噪声电缆连接适配器，适配器再与高速数据采集仪连接；
[0018]⑥调试高速数据采集系统，使高速数据采集系统处于正常工作状态；
[0019]⑦炸药药柱上固定好雷管后，雷管线与起爆线连接，引爆炸药装药，进行试验；
[0020]⑧高速数据采集仪记录和存储测量到炸药装药爆炸产生的冲击波压力-时间历程，通过数据处理获得其冲击波压力。
[0021]本发明的实现还在于:依据膜片压力传感器的长度和混凝土板的半径或边长，确定膜片压力传感器的安装方式。当混凝土板的半径或1/2边长小于膜片压力传感器的敏感点与传输电缆的焊点之间的距离时，可以直接进行安装；当混凝土板的半径或1/2边长大于膜片压力传感器的敏感点与传输电缆的焊点之间的距离时，通过混凝土板上线槽将导线引出，保证两层板之间的紧密结合。
[0022]本发明的实现还在于:依据炸药装药的抗压强度，确定炸药装药的安装方式。当炸药柱抗压强度较高时，安装方式参见图1 ;当炸药柱抗压强度较弱时，安装方式参见图2，防止紧固过程中炸药装药产生裂纹或碎裂。
[0023]本发明根据爆炸冲击测量工作的实际需要，设计了较为合理、可靠的混凝土介质冲击压力波测试方法，解决了混凝土介质冲击波压力测试过程中匹配与定位的问题。与现有技术相比，本发明的有益效果体现在以下几个方面:
[0024](I)针对目前混凝土介质内爆炸冲击波测试中存在传感器安装定位难、爆心定位难和压力传感器与混凝土介质的结合界面等导致测试重复性差、精度较低的问题，设计了一种重复性较好、精度较高的实验方法，测量误差可控制在15%以内，能够满足工程试验的需求，可用于炸药装药在混凝土等固体介质内爆炸冲击波的测量。
[0025](2)本发明使用了多成混凝土板叠加的结构，使膜片压力传感器夹装于两层混凝土板之间，使炸药装药的中心轴线、膜片压力传感器的敏感点和混凝土板的几何中心位于混凝土板的中心轴线上，可以精准控制传感器敏感面的方向和传感器敏感面与爆心的距离，有效地解决了混凝土介质中冲击波压力测量中的压力传感器