一种测试爆轰成长的多探针定位采集装置及测试方法

1.本发明涉及弹药工程技术领域，尤其涉及一种测试爆轰成长的多探针定位采集装置及测试方法。


背景技术：

2.起爆传爆序列是爆破系统中重要的组件，是由雷管起爆，经传爆药柱实现主装药稳定爆轰的功能性组件，特别是为了实现小型化和提高安全性，而通过减小传爆药的尺寸，实现在较小的传爆药柱下可靠起爆钝感主炸药是一个有效途径。
3.但是该传爆过程具有一定的复杂性，既与炸药自身的特性有关，也与炸药尺寸结构匹配有关，涉及炸药的冲击起爆、爆轰波的传爆、绕射、回爆以及局部不爆轰等复杂过程，在爆炸过程的可靠性评价和安全性评估中至关重要。在起爆传爆序列研究中，小尺寸传爆药柱冲击起爆作用下，主装药柱中爆轰成长过程表现为二维效应，沿轴向和径向反应速率的明显差异决定了爆轰传递的可靠性。准确掌握并有效评价主装药在不同直径传爆药作用下的爆轰成长特性，对科学指导起爆传爆序列设计及可靠性评价等均具有重要的意义。
4.目前研究传爆效应的最简单的方法是通过爆轰后钢见证板的凹坑状态进行判断，包含装药结构、约束以及传爆药输出能量等对传爆可靠性的影响，但是该方法缺乏对爆轰过程拐角和爆轰死区的认识。另一种光学测量方法，通过高速扫描相机观测裸露主装药侧表面来观察爆轰波传播过程，记录爆轰波传播轨迹的方法。由于受到试验环境以及空气侧向稀疏波影响，观测到的主装药表面爆轰波的出射情况不够精确。该方法对仪器以及试验环境要求相对较高并且对爆轰的发展过程反映不准确。
5.因此，需要提供一种新的传爆效应测试装置，研究传爆药柱的尺寸结构对主装药爆轰传播的影响，为传爆序列的尺寸匹配提供依据。


技术实现要素：

6.鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种测试爆轰成长的多探针定位采集装置及测试方法，用以解决现有爆轰效果测试方式，不能实现直接测试且测试准确度低的问题。
7.本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
8.一种测试爆轰成长的多探针定位采集装置，包括：基座、药柱限位底座、探针定位单元和测试探针；
9.所述药柱限位底座安装在基座的中心，且待测药柱安装在所述药柱限位底座上；所述探针定位单元安装在基座上；
10.所述待测药柱的圆周方向设置多组探针定位单元；
11.所述探针定位单元上固定安装所述测试探针，且所述测试探针通过所述探针定位单元抵紧在所述待测药柱的外表面。
12.进一步地，所述探针定位单元包括：竖直旋转杆和定位横杆组件；所述竖直旋转杆垂直于所述基座安装；所述定位横杆组件垂直安装在所述竖直旋转杆上。
13.进一步地，所述测试探针一端固定在所述定位横杆组件的端部，且与所述待测药柱抵紧接触；所述测试探针的另一端与同轴电缆信号线连接。
14.进一步地，所述同轴电缆信号线一端连接测试探针，另一端连接rc脉冲网络发生器。
15.进一步地，所述rc脉冲网络发生器通过同步信号线与动态信号采集系统连接。
16.进一步地，所述待测药柱表面与多个所述测试探针接触的位置作为监测点位；所述测试探针用于监测对应的监测点位的爆轰波出射时刻。
17.进一步地，所述探针定位单元设置多组，且均匀分布在所述待测药柱的圆周方向。
18.进一步地，一个探针定位单元包括多组所述定位横杆组件。
19.进一步地，多组所述定位横杆组件并列安装在所述竖直旋转杆上。
20.一种测试爆轰成长的多探针定位测试方法，其特征在于，所述测试方法采用上述测试爆轰成长的多探针定位采集装置；所述测试方法包括以下步骤：
21.步骤1：将待测药柱安装到所述测试爆轰成长的多探针定位采集装置；
22.步骤2：引爆待测药柱；
23.步骤3：通过多个测试探针对待测药柱表面的多个监测点位进行监测。
24.本发明技术方案至少能够实现以下效果之一：
25.1.本发明采用多探针定位采集装置固定测试探针，通过测试探针直接测量爆轰波到达待测药柱表面不同位置的时刻，捕捉待测药柱中爆轰波沿侧面轴线的传播轨迹。
26.2.本发明的测试爆轰成长的多探针定位采集装置及试验方法，利用炸药爆轰波电离导电特性，当爆轰波到达测试探针的监测点位时，测试探针能够瞬间导电，并将脉冲电信号通过rc脉冲网络发生器和线缆(同轴电缆信号线、同步信号线)传递至动态信号采集系统。本发明通过多探针定位采集装置测定爆轰波到达主装药柱表面不同位置的时刻，实现准确快速对主装药爆轰成长过程的精确测量。
27.3.本发明的测试爆轰成长的多探针定位采集装置，通过测试探针对待测药柱表面的多个点位的监测，能够精确获取爆轰波出射轨迹，研究传爆药柱的尺寸结构对主装药爆轰传播的影响，为传爆序列的尺寸匹配提供依据。
28.本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
附图说明
29.附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
30.图1为本发明实施例1中的测试爆轰成长的多探针定位采集装置；
31.图2为本发明实施例1中的药柱限位底座的结构图；
32.图3为本发明实施例1中的探针定位单元的结构图；
33.图4为本发明实施例1中定位横杆组件的俯视图；
34.图5为本发明实施例1中定位横杆组件的侧视图；
35.图6为本发明实施例1中的横杆绝缘端的结构示意图；
36.图7为本发明实施例1中横杆绝缘端与探针的固定状态示意图；
37.图8为本发明实施例1中药柱侧表面探针测点位置示意图。
38.附图标记：
39.1-基座；2-药柱限位底座；3-探针定位单元；4-泄压圆孔；5-圆弧形滑槽；6-基座支脚；7-竖直旋转杆；8-测试探针；9-同轴电缆信号线；10-rc脉冲网络发生器；11-同步信号线；12-动态信号采集系统；13-待测药柱；14-预制裂缝；15-定位横杆组件；16-连接件；17-定位横杆；18-横杆绝缘端；19-第一限位件；20-弹簧；21-绝缘衬套；22-第一紧固顶丝；23-探针定位凹槽；24-探针走线通孔；25-绝缘端插接部；26-第二限位件；27-第二紧固顶丝。
具体实施方式
40.下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。
41.实施例1
42.本发明的一个具体实施例，提供一种测试爆轰成长的多探针定位采集装置，如图1-8所示，包括：基座1、药柱限位底座2、探针定位单元3和测试探针8；所述药柱限位底座2安装在基座1的中心，且待测药柱13安装在所述药柱限位底座2上；所述探针定位单元3安装在基座1上；所述待测药柱13的圆周方向设置多组探针定位单元3；所述探针定位单元3上固定安装所述测试探针8，且所述测试探针8通过所述探针定位单元3抵紧在所述待测药柱13的外表面。
43.具体地，如图1所示，基座1的中心预留泄压圆孔4；药柱限位底座2固定安装在基座1的泄压圆孔4中。
44.如图1所示，基座1上还设置有用于安装探针定位单元3的圆弧形滑槽5，圆弧形滑槽5有四个，且沿泄压圆孔4的圆周方向均匀分布。
45.如图1所示，基座1的下方设置多个基座支脚6；基座支脚6垂直于基座1设置，且与基座1通过焊接或螺栓固定连接；基座支脚6用于支撑基座1。测试时，将基座1通过基座支脚6水平固定在试验场地地面上。
46.具体地，基座支脚6为可伸缩结构；基座支脚6包括：调节套管和调节内杆；所示调节套管的内部设计为螺纹孔，所示调节内杆的外表面设置外螺纹，调节内杆与调节套管通过螺纹套接，通过旋转调节内杆能够调节套接长度，进而调整基座支脚6整体的长度。调节套管与基座1固定连接，调节内杆支撑在地面上，通过调节各个基座支脚6的长度，在地面不平时，能够调节基座1保持水平。
47.如图2所示，药柱限位底座2包括：圆盘安装部和筒形药柱固定部。
48.具体地，药柱限位底座2的圆盘安装部安装在基座1的泄压圆孔4中。筒形药柱固定部设置在圆盘安装部的中心，且筒形药柱固定部的内部设置药柱安装槽；药柱安装槽的直径与圆柱形的待测药柱13的直径相等。待测药柱13设置在药柱安装槽中，并通过药柱安装槽进行支撑和定位。
49.进一步地，如图2所示，药柱限位底座2的圆盘安装部上设置有多条预制裂缝14，预制裂缝14用于防止待测药柱13爆炸时产生的冲击波对基座1的破坏。具体地，预制裂缝14包
括沿药柱限位底座2的圆周方向分布的多条弧形裂缝以及沿药柱限位底座2的径向方向延伸的多条直线形裂缝。
50.下面介绍探针定位单元3：
51.本发明的一种具体实施方式中，如图4所示，所述探针定位单元3包括：竖直旋转杆7和定位横杆组件15。具体地，如图4所示，所述竖直旋转杆7垂直于所述基座1安装；所述定位横杆组件15垂直安装在所述竖直旋转杆7上。
52.本发明的一种具体实施方式中，竖直旋转杆7包括：上部的圆柱段、中间的凸台和下部的螺柱段。具体地，竖直旋转杆7的螺柱段插入基座1上的圆弧形滑槽5中，且所述螺柱段上螺纹旋接固定螺母，通过旋紧固定螺母，能够将竖直旋转杆7夹紧固定在基座1上；基座1位于固定螺母和凸台之间。
53.进一步地，探针定位单元3还包括：连接件16。
54.连接件16上设置有第一安装孔和第二安装孔，且第一安装孔和第二安装孔互相垂直。
55.如图3所示，连接件16套设安装在竖直旋转杆7的圆柱段上；具体地，连接件16上设置有第一安装孔，竖直旋转杆7插接安装在连接件16的第一安装孔中，且竖直旋转杆7与连接件16之间设置绝缘衬套21。连接件16通过第一安装孔套设安装在竖直旋转杆7上，且能够绕竖直旋转杆7的轴线旋转，连接件16侧表面设置有通至第一安装孔的紧固螺栓，旋紧紧固螺栓能够将连接件16固定在竖直旋转杆7上。
56.进一步地，定位横杆组件15通过连接件16安装在竖直旋转杆7上。
57.具体地，定位横杆组件15安装在连接件16的第二安装孔中。由于第一安装孔和第二安装孔垂直，因此，定位横杆组件15与竖直旋转杆7垂直。
58.进一步地，如图4、图5所示，定位横杆组件15包括：定位横杆17、横杆绝缘端18、第一限位件19、弹簧20和第一紧固顶丝22。
59.具体地，定位横杆17滑动安装在连接件16的第二安装孔中；第二安装孔为矩形孔，第二安装孔为矩形能够限制定位横杆17在第二安装孔中的转动，且定位横杆17能够与连接件16相对滑移。
60.具体地，第一限位件19和弹簧20均套设安装在定位横杆17上，如图5所示。第一限位件19上设置有第一紧固顶丝22，通过旋紧或旋松第一紧固顶丝22能够实现第一限位件19与定位横杆17的相对固定或者相对滑移。弹簧20设置在第一限位件19和连接件16之间。
61.实施时，通过调节第一限位件19在定位横杆17上的安装位置，能够调节定位横杆17穿出连接件16的长度，进而通过弹簧20将横杆绝缘端18压紧在待测药柱13表面。
62.进一步地，如图3所示，定位横杆组件15还包括：第二限位件26和第二紧固顶丝27。第二限位件26设置在定位横杆17的端部，且第一限位件19和第二限位件26位于连接件16的两侧。第二限位件26上设有第二紧固顶丝27，通过旋紧或旋松第二紧固顶丝27能够实现第二限位件26与定位横杆17的相对固定或者相对滑移。第一紧固顶丝和第二紧固顶丝分别用于将第一限位件19和第二限位件26固定在定位横杆17上。
63.进一步地，如图6、图7所示，横杆绝缘端18上设有贯穿的探针走线通孔24和圆柱状的绝缘端插接部25。横杆绝缘端18的绝缘端插接部25与定位横杆17的插接孔匹配，横杆绝缘端18通过孔柱配合插接安装在定位横杆17的端部。
64.具体地，测试探针8由两根相互缠绕成螺旋状的漆包线组成，且两根漆包线缠绕在一起的部分相互绝缘，另一端裸露出金属丝。
65.进一步的，定位横杆17和横杆绝缘端18均为空心管。
66.定位横杆17上设有穿线通孔，横杆绝缘端18的探针走线通孔24与定位横杆17的穿线通孔连通形成用于测试探针8穿过的通道。
67.进一步的，横杆绝缘端18设置有偏置的前端面，且前端面与定位横杆17垂直；前端面上设置有线形的探针定位凹槽23。所述探针定位凹槽23用于将测试探针8固定在横杆绝缘端18的前端面上。如图6、图7所示，测试探针8的端部从探针走线通孔24中穿出后，测试探针8伸出探针定位凹槽23的部分朝后弯曲，测试探针8末端的两根漆包线端分开并用绝缘胶带粘接在横杆绝缘端18的侧面上。具体地，同一探针定位单元3的多组定位横杆组件15的探针定位凹槽23均水平安装，且偏置方向一致。
68.实施时，所述测试探针8通过多个所述探针定位单元3固定紧贴在待测药柱13侧表面上，测试探针8裸露出金属丝的一端从定位横杆17的后端穿出并连接同轴电缆信号线9，rc脉冲网络发生器10的信号输入通道通过同轴电缆信号线9与每个测试探针8相连接；所述动态信号采集系统12通过同步信号线11与所述rc脉冲网络发生器10的信号输出通道相连接。
69.通过调整连接件16在竖直旋转杆7上的安装位置和数量，可任意调整定位横杆17的安装高度、位置和数量。通过调整定位横杆17的方向，将定位横杆17的轴线方向指向爆心。通过调整第一限位件19的位置，调整定位横杆17伸出连接件16的长度。使横杆绝缘端18前端面上的测试探针8与待测药柱13紧密接触，并将定位横杆17的轴线方向指向待测药柱13轴线。
70.如图6、图7所示，将测试探针8穿过横杆绝缘端18和定位横杆17，将测试探针8卡紧固定在横杆绝缘端18前端面的探针定位凹槽23中，并将多余部分朝后弯曲，将测试探针8断面分开用绝缘胶带固定于横杆绝缘端18的侧面，测试时两个分叉在爆轰波电离作用下导通，实现对检测点位的爆轰时刻的监测。
71.本发明的一种具体实施方式中，所述测试探针8一端固定在所述定位横杆组件15的端部，且与所述待测药柱13抵紧接触；所述测试探针8的另一端与同轴电缆信号线9连接。所述同轴电缆信号线9一端连接测试探针8，另一端连接rc脉冲网络发生器10。所述rc脉冲网络发生器10通过同步信号线11与动态信号采集系统12连接。
72.本发明的一种具体实施方式中，所述待测药柱13表面与多个所述测试探针8接触的位置作为监测点位；所述测试探针8用于监测对应的监测点位是否发生爆轰现象。具体地，如图1所示，所述探针定位单元3有四组，且均匀分布在所述待测药柱13的圆周方向。如图3所示，一个探针定位单元3包括四组所述定位横杆组件15。四组所述定位横杆组件15并列安装在所述竖直旋转杆7上。
73.本实施实例中，安装四个探针定位单元3，每个探针定位单元3上安装四个定位横杆组件15，共计十六个定位横杆组件15，以固定十六个测试探针8；对应地，待测药柱13的侧表面上设置十六个监测点位；监测点位的位置分布如图8所示。
74.实施例2
75.本发明的一种测试爆轰成长的多探针定位测试方法，所述测试方法采用实施例1
的测试爆轰成长的多探针定位采集装置对待测药柱13进行测试。
76.所述测试方法包括以下步骤：
77.步骤1：将待测药柱13安装到所述测试爆轰成长的多探针定位采集装置；
78.步骤2：引爆待测药柱13；
79.步骤3：通过多个测试探针8对待测药柱13表面的多个监测点位进行监测。
80.所示步骤1中，待测药柱13的安装过程包括：
81.步骤s11：将基座1通过基座支脚6水平固定在试验场地地面上；
82.步骤s12：将药柱限位底座2安装在基座1的中心的泄压圆孔4中，并将待测药柱13安装在药柱限位底座2上的药柱安装槽中；
83.步骤s13：将竖直旋转杆7的下端部插入基座1的圆弧形滑槽5中；在竖直旋转杆7下端的螺柱段上螺纹旋接固定螺母，并通过旋紧固定螺母将竖直旋转杆7固定在基座1上；在竖直旋转杆7的上部的圆柱段上套设绝缘衬套21，并将竖直旋转杆7的圆柱段插入连接件16的第一安装孔中。
84.步骤s14：将定位横杆组件15进行组装，并将定位横杆组件15滑动安装在连接件16上；
85.步骤s15：在定位横杆组件15上安装测试探针8；调整定位横杆组件15，将定位横杆组件15的轴线方向指向待测药柱13的轴线，并使测试探针8抵紧在待测药柱13的外表面。
86.进一步的，步骤s14中，定位横杆组件15的组装过程为：
87.s14-1.将横杆绝缘端18的绝缘端插接部25插入定位横杆17一端的插接孔中，通过柱孔配合将横杆绝缘端18安装在定位横杆17的端部；旋转横杆绝缘端18使其前端面上的探针定位凹槽23水平，且同一组探针定位单元3上的多个横杆绝缘端18的前端面的偏置方向一致；
88.s14-2.在定位横杆17的另一端依次套设安装第一限位件19和弹簧20，并在第一限位件19的侧面安装第一紧固顶丝22；将定位横杆17穿入连接件16上的第二安装孔中，且弹簧20设置在连接件16和第一限位件19之间。
89.s14-3：在定位横杆17穿出连接件16的端部套设安装第二限位件26，并在第二限位件26的侧面安装第二紧固顶丝27。
90.第一紧固顶丝22旋紧时，第一限位件19固定安装在定位横杆17上；第二紧固顶丝27旋紧时，第二限位件26固定安装在定位横杆17上，定位横杆17通过第一限位件19和第二限位件26进行限位，使定位横杆17不会脱离连接件16。
91.进一步的，步骤s15中，测试探针8的安装过程为：
92.s15-1.所述测试探针8由两根相互缠绕成螺旋状的漆包线组成，且两根漆包线缠绕在一起的部分相互绝缘；将测试探针8的一端依次穿过定位横杆17内部的穿线通孔和横杆绝缘端18的探针走线通孔24，并从横杆绝缘端18的探针走线通孔24中穿出。
93.s15-2.将测试探针8的穿出部分固定在横杆绝缘端18端面上的探针定位凹槽23中，并将测试探针8伸出探针定位凹槽23的部分朝后弯曲，将测试探针8末端的两根漆包线分开并用绝缘胶带粘接在横杆绝缘端18的侧面上。测试探针8另一端裸露出金属丝，并通过两根金属丝与同轴电缆信号线9连接。
94.进一步的，步骤s15中，定位横杆组件15的调整过程为：
95.s15-3：调节定位横杆组件15的高度和轴线方向；
96.旋松连接件16侧面的紧固螺栓，使连接件16能够沿竖直旋转杆7滑移，同时能够绕竖直旋转杆7的轴线旋转；拖动连接件16及定位横杆组件15沿竖直旋转杆7的轴线方向滑移，调节定位横杆组件15的高度；旋转连接件16和定位横杆组件15调节定位横杆组件15的轴线指向待测药柱13的轴线；根据试验需求将定位横杆组件15调至所需的高度和方向后，重新旋紧连接件16上的紧固螺栓进行固定。
97.s15-4：根据待测药柱13侧表面与竖直旋转杆7的距离调整定位横杆组件15的位置，使测试探针8与待测药柱13紧密接触；
98.首先，旋松第一紧固顶丝22，使第一限位件19能够沿定位横杆17滑移；
99.然后，移动第一限位件19，减小第一限位件19与连接件16之间的间距，使弹簧20被压缩；旋紧第一紧固顶丝22，使第一限位件19与定位横杆17固定；
100.最后，弹簧20被压缩状态下，弹簧20的弹力能够推动第一限位件19向远离连接件16的方向运动，进而带动定位横杆17和横杆绝缘端18向待测药柱13方向位移，使横杆绝缘端18上的测试探针8能够抵紧在待测药柱13的表面。
101.进一步地，通过对多组定位横杆组件15进行调整，使多个测试探针8与待测药柱13表面的多个监测点位接触。
102.进一步地，所述步骤3中，当待测药柱13的监测点位起爆时，测试探针8末端的两根漆包线在爆轰电离环境下导通，同时能够将电信号通过同轴电缆信号线9和同步信号线11依次传递至rc脉冲网络发生器10和动态信号采集系统12，实现对多个监测点位的起爆时刻的监测。
103.进一步地，所述步骤3中，待测药柱13引爆后，通过多个测试探针8监测待测药柱13外表面的多个监测点位的起爆时刻，实现对待测药柱13的起爆过程和传爆过程进行检测。
104.与现有技术相比，本发明提供的技术方案至少具有以下有益效果之一：
[0105][0106]
1)本发明提供了一种测试爆轰成长的多探针定位采集装置，通过调整竖直旋转杆7的数量、连接件16的数量及其在竖直旋转杆7上的安装位置，可任意调整定位横杆17的安装高度和数量；本发明能够直接安装在爆炸试验场地，有足够的可抗爆炸冲击的强度和刚度。
[0107]
2)本发明的测试爆轰成长的多探针定位采集装置，在药柱限位底座2上设计了预制裂缝14，防止试验时冲击波对基座的破坏；并且只需要更换药柱限位底座2和定位横杆组件15即可进行多次试验，组装方便且成本较低。
[0108]
3)本发明通过在定位横杆17上设置弹簧20和第一限位件19预紧，以及连接件16在竖直旋转杆7上的可旋转设计，使定位横杆组件15能够调节位置，且多个定位横杆组件15独立运动，互不干扰，保证多个测试探针8均能够与待测药柱13上对应的监测点位接触紧密，以保证多通道探针的测量精度。
[0109]
4)本发明的测试爆轰成长的多探针定位采集装置，探针定位横杆与竖直旋转杆之间设有的绝缘层，并且定位横杆端也由绝缘材料制成，可防止由于多通道探针在爆轰电离环境下短路而形成的通道间干扰，提高了信号的准确性。本发明的测试爆轰成长的多探针定位采集装置，采用不锈钢或普通碳素钢表面喷塑制成，不但有足够的强度和刚度，在各种
大气环境中也有很好的耐腐蚀性能。
[0110]
5)本发明同时公开了一种炸药爆轰成长过程的测试方法，相较于传统光学拍摄方法，此方法避免空气稀疏波对裸露装药爆轰传播过程影响，采集爆轰电离导通探针的电信号对爆轰过程进行监测，可更加精确地测到爆轰波特性参量。
[0111]
6)本发明的测试爆轰成长的多探针定位采集装置，通过对定位横杆组件15进行位置调整，可以针对不同尺寸的待测药柱13的起爆过程进行监测，获取最先出射位置、回爆绕射区域、曲率变化区域(爆轰成长区域)、稳定爆轰区域、局部不爆轰区域(爆轰死区)等几个特征参量对爆轰演化过程进行表征，具有更加的扩展性。
[0112]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。