爆炸测试技术课件汇总

1第一章概论Chapter1机电学院机电学院SchoolofMechatronicEngineeringSchoolofMechatronicEngineering爆炸测试技术ExplosionTestingTechnique第一章概论„1.1爆炸测试特点„1.2爆炸信号的特征„1.3爆炸测试技术的地位与发展„1.2爆炸测试特点(1)单次性(2)高速(4)高温(3)高压(5)瞬时性(6)破坏性与安全操作(1)单次性炸药爆炸、雷管起爆、发动机点火、火炮射击和导弹发射等，其性能参数是在瞬间作用过程中测试而获得的，一旦过程结束，样品也彻底毁坏。在测试中，除考虑测试方法、手段外，还要选择一种最佳的数据处理与可靠性评定方法，获得可信的数据，也很大程度减少了测试样品数量。（2）高速高速燃烧、爆炸和快速冲击是测试对象的重要特征之一。•弹丸的初速一般在300～2000m/s•聚能破甲弹金属射流速度在7000～10000m/s之间•常用密度条件下，炸药的爆速在6000～10000m/s•塑料导爆管的爆速大于1700m/s•普通导爆索的传爆速度在6500m/s以上•斯蒂芬酸铅从燃烧到爆轰成长，速度可达2000m/s•氮化铅爆速为2500～5000m/s（3）高压为了达到作功和毁伤的目的，应造成爆炸点周围介质发生急剧的压力突变，瞬间压力越高，破坏效果越显著。因此，压力突变是爆炸破坏作用的关键性能指标。•高膛压火炮峰值压力可达700MPa•爆炸与冲击过程产生的压力高达数十万个大气压，相当109Pa2（4）高温爆温是炸药爆炸瞬间释放出的热量将爆炸产物加热到的最高温度，它是爆炸性能的重要参数。•战斗部内炸药装药在爆炸时温度可达3000～5000℃•弹箭发射时，推进剂燃烧温度也可达3000℃•火药燃烧温度在2000～3000℃。（5）瞬时性从系统接受外界刺激能量到爆炸，中间经历了极为迅速的物理和化学反应过程。•弹丸在膛内10ms可发射完毕•10米长导爆索，爆轰波从一端传到另一端，只需要0.15ms•爆轰与冲击过程从启动到结束所用的时间是10-6～10-8s•燃烧过程比爆燃和爆轰过程要长得多，一般在毫秒级。（6）破坏性与安全操作破坏性：安全性要求：•破坏仪器•破坏模具•实验不当，造成人身事故•严格按安全操作规程执行•设计试验时要考虑安全防护•注意环境影响„1.3爆炸信号的特征数字信号模拟信号信号分类确定信号随机信号周期信号非周期信号准周期信号瞬变信号了解被测信号的特征，如信号的幅度、峰值、上升时间、脉冲宽度等，以此确定选用的传感器、二次仪表和记录仪器等，这对正确设计测试系统和评估动态误差是十分重要的。爆炸测试技术研究的对象是确定信号，它可以用明确的数学关系式描述，它又是瞬变信号，其中绝大多数不具有周期性。例如：是一种指数信号。公式中a是实数，若a0，信号将随时间增加而增长，若a0，，信号将随时间增加而衰减，a的绝对值的大小，反映了信号增长和衰减的速率。在燃烧、爆炸测试技术中，这是一种常见的信号形式，a的绝对值一般比较大，即曲线的变化速率很大。taextx0)(=公式表明，非周期信号可以展开成为一系列正（余）弦信号的叠加，即x(t)是由从零到无限大的无穷多的谐波分量叠加而成。爆炸测试装置在测量瞬变信号时，要考虑基波、二次谐波和高次谐波等对测试的影响，因此，用于本领域的测试仪器、传感器和连接元件等，往往具有很宽的频带、较高的固有频率和响应速率。dfefXtxtfj∫∞∞−=π2)()(dfefXtfjπ2)(瞬变信号通过傅立叶级数变换，可得到频域函数：3凝聚相炸药燃烧转爆轰分为燃烧、低速爆轰、稳定爆轰过程。在反应过程中，我们要测试什么样的物理特征量？燃烧热量、爆速、爆压，还是反应过程随时间的变化状态？在什么位置、什么时间测量？用什么方法测？测试的物理量主要有压力、冲量、速度、加速度、密度、时间、位移、光强变化量等。选用的测试方法包括电测和光测两大类。图1燃烧气体推动活塞压力曲线图1~7列出了一些具有代表性的燃烧、爆炸和冲击测试信号波形。图2三维坐标下的冲击波压力图5激波管内压力分布图6平面一维冲击波衰减曲线图7测压弹测试膛压曲线图3电雷管桥丝温度变化曲线图4感应电动势随时间的变化规律信息测试手段的技术水平是科学技术和生产力发展水平的重要标志。爆炸测试技术今后发展方向主要有以下几个方面：（1）提高测试仪器的测试精度和动态响应传感器是关键，仪器、仪表要具备高精度、高响应、小型化、高过载、抗干扰。（2）拓宽测试领域（3）加强数值模拟和仿真技术„1.4爆炸测试技术的地位与发展思考题：1.爆炸测试信号的特征是什么？2.爆炸测试技术具有那些特点？11爆炸测试技术EXPLOSIONTESTINGTECHNIQUE第二章测试系统BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLGY第二章测试系统2.1测试系统组成2.2线性测试系统特性2.3系统的静态特性2.4系统的动态特性2.5爆炸测试信号的传输2.6常用测量仪器2.7测试系统设计2.8测量误差与数据处理2爆炸测试技术EXPLOSIONTESTINGTECHNIQUE第二章测试系统BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLGY2.1测试系统组成测试系统是由单个或多个单元组成，这些单元包括传感器、放大器、记录仪表等。单元彼此相连，组成一个统一的整体，具有某种测试功能。图2.1开环测试系统3爆炸测试技术EXPLOSIONTESTINGTECHNIQUE第二章测试系统BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLGY2.1测试系统组成图2.2有确定时序的时间间隔测量系统图2.3无确定时序的时间间隔测试系统4爆炸测试技术EXPLOSIONTESTINGTECHNIQUE第二章测试系统BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLGY2.1测试系统组成图2.4带外触发支路的测量系统5爆炸测试技术EXPLOSIONTESTINGTECHNIQUE第二章测试系统BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLGY2.2线性系统特性线性系统具有如下一些主要性质：(1)叠加特性(2)比例特性(3)微分特性(4)积分特性(5)频率不变性(6)时不变特性若不失真地测量燃烧和爆炸过程中的各种物理参量，测试系统必须为线性系统。6爆炸测试技术EXPLOSIONTESTINGTECHNIQUE第二章测试系统BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLGY（1）叠加特性()()[]()()[]tytytxtx2121±→±()()tytx11→同时作用的几个输入量所引起的响应，等于该几个输入量单独引起的响应之和。若，则()()tytx22→图2.5叠加特性27爆炸测试技术EXPLOSIONTESTINGTECHNIQUE第二章测试系统BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLGY（1）叠加特性图2.6叠加特性示例8爆炸测试技术EXPLOSIONTESTINGTECHNIQUE第二章测试系统BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLGY（2）比例特性比例特性又称均匀性或称齐次性，它表明当输入信号乘以某一常数时，响应也被乘以同样的常数。()()tkytkx→若，则()()tytx→图2.7比例特性示例9爆炸测试技术EXPLOSIONTESTINGTECHNIQUE第二章测试系统BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLGY（3）微分特性（4）积分特性()()∫∫→ttdttydttx00()()dttdydttdx→线性系统对输入信号微分的响应，等于原输出信号的微分。若线性系统的初始状态为零，则系统对输入信号积分的响应，等于原输出信号的积分。10爆炸测试技术EXPLOSIONTESTINGTECHNIQUE第二章测试系统BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLGY（5）频率不变性（6）时不变特性系统的输入为某一频率的信号时，则系统的输出将有且只有同频率的信号。()jwtXtxe0=()()0e0ϕ+=wtjYty当输入延迟t0时间后，其响应也延迟t0时间，且输出波形保持不变。()()tytx→()()00ttyttx−→−若则若则11爆炸测试技术EXPLOSIONTESTINGTECHNIQUE第二章测试系统BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLGY2.3系统的静态特性线性系统的输出-输入关系为一条直线，即y=ax，但实际很多测试仪器的输出-输入关系是非线性的。在静态情况下，一般输出-输入特性可表示为nnxaxaxaaxfyLL+++==2210)(图2.8奇次和偶次方程曲线(1)线性度（非线性误差）12爆炸测试技术EXPLOSIONTESTINGTECHNIQUE第二章测试系统BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLGY(1)线性度（非线性误差）图2.9标定曲线和拟合直线313爆炸测试技术EXPLOSIONTESTINGTECHNIQUE第二章测试系统BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLGY%100×Δ=myll—标定曲线与拟合直线之间的最大偏差—测量系统满量程输出拟合直线与标定曲线之间的偏差称为非线性误差mylΔ图2.10非线性误差14爆炸测试技术EXPLOSIONTESTINGTECHNIQUE第二章测试系统BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLGY(2)静态灵敏度yΔ常数==ΔΔ=xyxyK静态灵敏度是测试仪器输出增量与输入增量之比，用K表示xyKΔΔ=—输出变化量—输入变化量如果是线性理想系统，则xΔ图2.11灵敏度15爆炸测试技术EXPLOSIONTESTINGTECHNIQUE第二章测试系统BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLGY(3)迟滞性（迟滞误差/回程误差）当测试系统的输入信号一定时，系统正、反行程的输出—输入曲线会出现不重合情况，两条曲线出现偏差，称为迟滞误差。—正、反行程输出最大误差—仪器满量程输出图2.12迟滞误差%100×Δ=myhδhΔmy16爆炸测试技术EXPLOSIONTESTINGTECHNIQUE第二章测试系统BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLGY(4)重复性（重复性误差）当测试系统按同一方向（单调增大或单调减小）连续做全量程多次测量时，所得的标定曲线往往不能完全重合，表征标定曲线不重叠程度的静态特性即为重复性。—多次测量所得输出量间的最大偏差—仪器满量程输出%100×Δ±=mymrmΔmy图2.13重复性误差17爆炸测试技术EXPLOSIONTESTINGTECHNIQUE第二章测试系统BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLGY由于重复性误差具有随机性，Δm值与重复次数有关，可采用下式求得更合理的重复性误差值。%100)3~2(×±=mnyrσ∑=−−=niinyy12)1/()(σ式中σ—标准偏差，由贝塞耳公式计算式中—第i次测量值—测量值的平均值—单量程测试次数iyyn18爆炸测试技术EXPLOSIONTESTINGTECHNIQUE第二章测试系统BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLGY以上静态参数可以通过静态标定获得。当传感器或测量仪器销售前，生产者会对产品的性能指标进行标定和测量，并将标定参数提供给用户。419爆炸测试技术EXPLOSIONTESTINGTECHNIQUE第二章测试系统BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLGY2.4系统的动态特性测试系统的动态特性指系统对随时间变化的输入量的响应特性。动态响应包括时间响应和频率响应。研究测试系统的动态特性时，首先把系统看成线性系统，然后建立其数学模型。n阶微分方程的数学表达式：xbdtdxbdtxdbdtxdbyadtdyadtydadtydammmmmmnnnnnn0111101111+++=+++−−−−−−LL20爆炸测试技术EXPLOSIONTESTINGTECHNIQUE第二章测试系统BEIJINGINSTITUTEOFTECHNOLGYxbya00=电位器传感器