專利名稱：沖擊波壓力測試裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于爆炸沖擊波測試領(lǐng)域，具體涉及一種爆炸沖擊波壓力測試裝置。
沖擊波壓力測試是評價炸藥性能和武器爆炸威力的一個重要手段。爆炸沖擊波壓力測試裝置在武器試驗、民用爆破、意外爆炸災(zāi)害評估等方面具有重要的應(yīng)用價值?，F(xiàn)在廣泛應(yīng)用的測試裝置是采用“壓電式壓力傳感器-電荷放大器—瞬態(tài)信號記錄儀-微機”來構(gòu)成測試系統(tǒng)。在這種測試裝置中，壓力傳感器置于爆炸現(xiàn)場，而電荷放大器、瞬態(tài)信號記錄儀和微機等測試記錄處理設(shè)備則置于測試工作室，爆炸沖擊波作用于壓力傳感器所產(chǎn)生的電荷信號需通過長電纜傳輸?shù)綔y試工作室的測試儀器，經(jīng)電荷放大器將電荷信號轉(zhuǎn)化為電壓信號后由瞬態(tài)信號記錄儀進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和存儲記錄，最后再由微機進(jìn)行數(shù)據(jù)波形的測試分析處理。采用這種裝置，由于傳感器到電荷放大器之間的信號傳輸需要通過長電纜進(jìn)行，沖擊波作用于信號傳輸電纜會因“電纜效應(yīng)”產(chǎn)生虛假信號疊加在被測信號上而引起干擾，電纜的分布電容直接影響測試系統(tǒng)的高頻特性并引入噪聲，傳輸電纜易遭沖擊波的破壞；為保護(hù)電纜，電纜的連接和敷設(shè)工藝要求高；由于組成測試系統(tǒng)的壓力傳感器、電荷放大器、瞬態(tài)信號記錄儀等測試設(shè)備彼此是分離的，測試前必須分別進(jìn)行校準(zhǔn)和標(biāo)定以確定測試系統(tǒng)的標(biāo)定系數(shù)；測試系統(tǒng)的設(shè)備多、體積大、攜帶不便、受野外試驗條件制約、抗電磁干擾和耐惡劣環(huán)境的生存能力差；多點測試時，電纜布線繁瑣、工作量大、測試效率低、可靠性差。
本發(fā)明的目的在于提供一種爆炸沖擊波壓力測試裝置。
采用本發(fā)明的沖擊波壓力測試裝置，可方便、快速地實現(xiàn)爆炸沖擊波壓力的無引線(不敷設(shè)電纜)現(xiàn)場實時測試，并縮小測試系統(tǒng)體積，簡化校準(zhǔn)、測試操作程序，提高測試系統(tǒng)在爆炸環(huán)境和野外條件下工作的適應(yīng)能力及可靠性和穩(wěn)定性要求，提高測試精度和測試數(shù)據(jù)的可信度。
本發(fā)明沖擊波壓力測試裝置實際上是測試系統(tǒng)，主要包括存儲測試器部分、遙控器部分、微機及測試程序部分。
存儲測試器部分，該部分含有傳感器、測試電路、接口、電池，傳感器與殼體緊固連接，傳感器既作為沖擊波壓力信號的傳感元件，又作為遙控器接收器的接收天線；測試電路將信號適配器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)存儲器、地址發(fā)生器、地址鎖存器、數(shù)據(jù)讀取控制器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、掉電保護(hù)器、信號觸發(fā)器、預(yù)置計數(shù)器、電源控制器、采集存儲控制器、遙控接收器、時鐘發(fā)生器集成微縮成一個測試模塊；接口可與微機的并行打印口直接連接，由微機系統(tǒng)程序控制讀取存儲器中的測試數(shù)據(jù)；電池為充電電池，電源控制器可對電池進(jìn)行快速自動充電控制。測試電路模塊、接口和電池置于封閉殼內(nèi)固定。
遙控器部分，它是一個手持式外觸發(fā)同步信號遙控裝置，表面分布有啟動鍵、復(fù)位鍵、觸發(fā)鍵、停止鍵、觸發(fā)選擇開關(guān)、同步觸發(fā)輸入座、發(fā)射指示燈、發(fā)射天線。采用超高頻無線電數(shù)字加密傳輸技術(shù)、用以實現(xiàn)存儲測試器的外觸發(fā)遙控控制，使存儲測試器能夠與外部時間基準(zhǔn)同步。
微機及測試程序，用以實現(xiàn)存儲測試器同微機的數(shù)據(jù)通信和數(shù)據(jù)波形的自動測試處理，該程序為模塊化設(shè)計、彈出式菜單、光標(biāo)操作，可進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、參數(shù)測試、數(shù)據(jù)讀取、波形繪圖、參數(shù)計算、文件管理等功能操作。
測試時，將存儲測試器通過支架固定在爆炸沖擊波壓力場內(nèi)的測試點，現(xiàn)場直接記錄沖擊波壓力-時間波形，實時完成沖擊波壓力信號的轉(zhuǎn)換、采集、量化、存儲等功能；試驗結(jié)束后，回收存儲測試器，經(jīng)接口通過微機及測試程序?qū)ζ浯鎯Φ臄?shù)據(jù)波形進(jìn)行轉(zhuǎn)儲、重現(xiàn)、測試、打印等自動分析處理。
本發(fā)明沖擊波壓力測試裝置自成體系，可直接深入到爆炸現(xiàn)場對沖擊波壓力波形進(jìn)行存儲測試，無需測試電纜和外部電源，野外測試的適應(yīng)性強，測試的可靠性、可信性和測試精度高，多點測試時各個存儲測試器相互獨立、互不影響，測試系統(tǒng)標(biāo)定校準(zhǔn)簡單、現(xiàn)場測試實施容易、性價比高。由于采用了數(shù)字存儲記錄技術(shù)，可完整地記錄爆炸沖擊波的壓力-時間波形；存儲測試器自帶接口，其存儲數(shù)據(jù)可通過微機的并行打印口直接調(diào)讀，并由測試程序自動測試處理沖擊波壓力波形特征參數(shù)，繪制壓力-時間曲線，打印測試數(shù)據(jù)。
下面結(jié)合附圖作進(jìn)一步描述。


圖1為沖擊波壓力測試裝置系統(tǒng)原理框2為存儲測試器結(jié)構(gòu)示意3為測試程序流程框4為遙控器外形5為沖擊波壓力波形圖從圖1沖擊波壓力測試裝置系統(tǒng)原理框圖中可以看出本發(fā)明的工作原理。
本發(fā)明沖擊波壓力測試裝置的存儲測試器中的壓力傳感器1為壓電式壓力傳感器，將沖擊波壓力信號轉(zhuǎn)化為電荷信號；信號適配器2將傳感器輸出的電荷信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，并實現(xiàn)測試量程的切換；模數(shù)轉(zhuǎn)換器3對波形數(shù)據(jù)采集量化；數(shù)據(jù)存儲器4存儲記錄數(shù)據(jù)波形；地址發(fā)生器5產(chǎn)生數(shù)據(jù)存儲器的讀寫地址；地址鎖存器6鎖存記錄數(shù)據(jù)波形的首地址；數(shù)據(jù)讀取控制器7控制數(shù)據(jù)的回收讀?。粩?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器8用于數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換輸出；掉電保護(hù)器9對存儲測試器中記錄的數(shù)據(jù)進(jìn)行掉電保護(hù)；信號觸發(fā)器10實現(xiàn)信號的觸發(fā)控制；預(yù)置計數(shù)器11對測試信號的預(yù)觸發(fā)延遲時間進(jìn)行計數(shù)；電源控制器12控制管理測試電路的電源消耗；采集存儲控制器13是測試系統(tǒng)的控制中心，控制各部分協(xié)調(diào)工作；時鐘發(fā)生器17提供系統(tǒng)工作時基；I/O接口14為存儲測試器同微機進(jìn)行通訊的輸入、輸出接口，數(shù)據(jù)通訊是在測試程序的控制下進(jìn)行的；微機15用于對存儲測試器的存儲數(shù)據(jù)進(jìn)行回收再現(xiàn)和分析處理；電池16為存儲測試器提供工作電源；遙控發(fā)射器19發(fā)送無線電遙控指令，對存儲測試器實施遙控操作；遙控接收器18用于接收遙控發(fā)射器19的無線電指令，并轉(zhuǎn)換成存儲測試器的控制指令。
壓力傳感器1輸出的壓力信號輸入到信號適配器2進(jìn)行信號預(yù)處理后分成兩路信號，一路信號到模數(shù)轉(zhuǎn)換器3進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，量化后的數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)存儲器4進(jìn)行存儲；信號適配器2另一路信號輸出到信號觸發(fā)器10；數(shù)據(jù)讀取控制器7、掉電保護(hù)器9、信號觸發(fā)器10、預(yù)置計數(shù)器11、電源控制器12、遙控接收器18、時鐘發(fā)生器17的輸出信號連接到采集存儲控制器13；同時采集存儲控制器13又分別輸出控制信號連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器3、數(shù)據(jù)存儲器4、地址發(fā)生器5、地址鎖存器6、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器8、掉電保護(hù)器9、信號觸發(fā)器10、預(yù)置計數(shù)器11和電源控制器12，對其相應(yīng)的功能進(jìn)行控制；電池16的輸出連接到電源控制器12；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器8連到I/O接口14，同時I/O接口14與微機15相接以進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，其輸出控制信號又連到數(shù)據(jù)讀取控制器7。地址鎖存器6的輸出與地址發(fā)生器5相連，而地址發(fā)生器5的輸出又分別連到數(shù)據(jù)存儲器4和地址鎖存器6，數(shù)據(jù)存儲器4的輸出數(shù)據(jù)連到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器8，模數(shù)轉(zhuǎn)換器3的輸出數(shù)據(jù)連到數(shù)據(jù)存儲器4。
圖2為存儲測試器結(jié)構(gòu)示意圖。沖擊波壓力存儲測試器是一個園柱形測試裝置，外殼由不銹鋼或其他金屬和合金制作，包括殼體24、前端蓋25、后端蓋23三部分。傳感器21通過傳感器安裝孔20由螺紋連接在前端蓋25上，并與測試電路22連接；測試電路22分別與電源16和接口14連接，并通過固定支架與前端蓋25連接；前端蓋25和后端蓋23同殼體24通過螺紋連接，形成封閉結(jié)構(gòu)體系。
圖3為測試程序流程框圖。測試程序采用Borland C++語言編程，中文Windows工作環(huán)境，模塊化設(shè)計，圖形界面，彈出式菜單，光標(biāo)操作。程序啟動后，經(jīng)過初始化進(jìn)入沖擊波測試主菜單，執(zhí)行參數(shù)設(shè)置子程序，可對存儲測試器的測試參數(shù)進(jìn)行設(shè)置和修改，并將測試參數(shù)存儲在測試程序的存儲裝置中，該子程序執(zhí)行完后，轉(zhuǎn)入數(shù)據(jù)讀取子程序。讀取數(shù)據(jù)時，首先通過測試程序的讀首地址信號輸出裝置讀入測試波形的首地址存儲數(shù)據(jù)，并存儲在測試程序的首地址存儲裝置中；再通過測試程序的讀數(shù)據(jù)信號輸出裝置讀入存儲數(shù)據(jù)，同時生成數(shù)據(jù)文件存儲在測試程序的數(shù)據(jù)存儲裝置中，然后轉(zhuǎn)入文件管理子程序。文件管理子程序可對文件進(jìn)行存檔、調(diào)用管理，文件調(diào)用后，執(zhí)行波形繪圖子程序，可對測試數(shù)據(jù)波形進(jìn)行繪圖顯示、波形縮放、坐標(biāo)量化、波形恢復(fù)操作，波形繪圖后可進(jìn)入?yún)?shù)計算和參數(shù)測試子程序。參數(shù)計算子程序可對沖擊波壓力進(jìn)行理論計算，計算數(shù)據(jù)存儲在測試程序的數(shù)據(jù)存儲裝置中；參數(shù)測試子程序可對沖擊波壓力特征參數(shù)進(jìn)行自動測試，測試數(shù)據(jù)存儲在測試程序的數(shù)據(jù)存儲裝置中，并將計算結(jié)果和測試結(jié)果生成測試報告。這兩個子程序進(jìn)行完后，可利用測試程序的數(shù)據(jù)顯示裝置在微機屏幕上顯示計算、測試結(jié)果，并打印測試波形數(shù)據(jù)。參數(shù)設(shè)置、參數(shù)測試、數(shù)據(jù)讀取、波形繪圖、參數(shù)計算、文件管理六個程序模塊相互獨立運行，一個子程序在運行時可調(diào)用另一個子程序，每個子程序執(zhí)行完后均可進(jìn)入程序主菜單。程序設(shè)計有效地利用了中文Windows可視窗口，簡潔明了，運行速度快，移植性好。
圖4為遙控器外形圖。遙控器為一個手持式外觸發(fā)同步信號發(fā)射輸出裝置，其外殼26為方形外殼，表面分布有啟動28、復(fù)位29、觸發(fā)32、停止33四個功能鍵以及觸發(fā)選擇開關(guān)30、同步觸發(fā)輸入31、發(fā)射指示27、發(fā)射天線34。當(dāng)相應(yīng)的功能鍵作用時，指示燈27就發(fā)光指示。觸發(fā)選擇開關(guān)30用于選擇觸發(fā)方式，同步觸發(fā)信號由同步觸發(fā)輸入座31輸入。遙控器實現(xiàn)存儲測試器的外觸發(fā)同步控制，可與爆炸試驗的起爆時刻進(jìn)行時間關(guān)連，以記錄沖擊波的走時曲線，從而進(jìn)行沖擊波的傳播速度測試。
測試時，若選擇同步觸發(fā)方式，存儲測試器電源開關(guān)、系統(tǒng)復(fù)位、觸發(fā)記錄都通過遙控器來完成。存儲測試器復(fù)位后，測試電路處于信號待觸發(fā)工作狀態(tài)，模數(shù)轉(zhuǎn)換器連續(xù)采集量化，數(shù)據(jù)存儲器循環(huán)存儲記錄。當(dāng)觸發(fā)控制信號達(dá)到后，控制觸發(fā)預(yù)置計數(shù)器11工作，當(dāng)其計滿預(yù)定的計數(shù)后立即控制模數(shù)轉(zhuǎn)換器3、數(shù)據(jù)存儲器4、地址發(fā)生器5停止工作，并由地址鎖存器6鎖存記錄停止時的數(shù)據(jù)地址，控制電源控制器12截斷測試電路中所有與讀取數(shù)據(jù)無關(guān)的器件的電源，掉電保護(hù)器9使存儲測試器處于低功耗數(shù)據(jù)保存狀態(tài)，并對數(shù)據(jù)存儲器4實施掉電保護(hù)?；厥諗?shù)據(jù)時，打開存儲測試器的后端蓋23，將接口14連接在微機的并行打印口上，在測試程序控制下由微機進(jìn)行測試數(shù)據(jù)處理。數(shù)據(jù)回收時首先要讀取記錄信號的首地址，再依次讀取記錄波形數(shù)據(jù)，存儲數(shù)據(jù)是通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器8輸出的。若選擇觸發(fā)方式，只是觸發(fā)信號是由沖擊波壓力信號產(chǎn)生的，系統(tǒng)工作過程與同步觸發(fā)方式一樣。
實施例圖5為空氣中TNT炸藥爆炸時的沖擊波壓力—時間波形記錄曲線。炸藥TNT當(dāng)量為160g(裝藥尺寸為φ50×25mm)，爆高1m，測試點距爆心1m，存儲測試器固定在測試點的專用支架(起支撐作用)上。測試前，先檢測測試系統(tǒng)的工作狀態(tài)，按下遙控器的啟動鍵和復(fù)位鍵，若遙控器的觸發(fā)指示燈和存儲測試器工作狀態(tài)指示燈亮(檢測時需打開存儲測試器后端蓋)，說明測試系統(tǒng)工作正常。測試時，通過測試程序計算測試壓力范圍，設(shè)置存儲測試器測試參數(shù)，使存儲測試器工作在信號待觸發(fā)工作狀態(tài)。爆炸沖擊波信號一到，存儲測試器自動觸發(fā)存儲記錄爆炸沖擊波波形。試驗完后，取回存儲測試器，通過微機重現(xiàn)記錄波形，并進(jìn)行沖擊波壓力波形特征參數(shù)測試和數(shù)據(jù)處理，打印測試波形和數(shù)據(jù)。若要測試沖擊波傳播速度，只需精確測量測試點到爆心的距離和同步觸發(fā)延遲時間，兩者相除即為沖擊波傳播速度。
本發(fā)明沖擊波壓力測試裝置自成體系，自帶通訊接口，測試系統(tǒng)軟、硬件一體化設(shè)計，可實現(xiàn)沖擊波壓力無引線存儲測試，簡化校準(zhǔn)、測試工作程序。測試電路整體集成封裝，金屬外殼密封屏蔽，耐惡劣環(huán)境，抗電磁干擾，測試可靠性高，野外工作適應(yīng)能力強。沖擊波壓力測試裝置不僅用于空中和水中爆炸沖擊波壓力測試及沖擊波速度測試，還可用于容器、管道內(nèi)的液體和氣體壓力測試及機械活塞運動的受力測試，更換不同類型的傳感器還可用于溫度或其它參數(shù)的存儲測試。
本發(fā)明采用的微機若為筆記本型微機則可構(gòu)成便攜式測試系統(tǒng)。
權(quán)利要求
1．一種沖擊波壓力測試裝置，其特征在于包括存儲測試器部分、遙控器部分、微機和測試程序部分。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種沖擊波壓力測試裝置，其存儲測試器特征在于傳感器21固定在前端蓋25的傳感器安裝孔20上，并同測試電路22連接；測試電路22分別和接口14、電池16相連接，并通過固定支架與前端蓋25連接；前端蓋25和后端蓋23與殼體24緊固連接，形成封閉體系。
3．根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種沖擊波壓力測試裝置，其特征是存儲測試器的測試電路22包括壓力傳感器1輸出的壓力信號輸入到信號適配器2進(jìn)行信號預(yù)處理后分成兩路信號，一路信號到模數(shù)轉(zhuǎn)換器3進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，量化后的數(shù)據(jù)輸出到數(shù)據(jù)存儲器4進(jìn)行存儲；信號適配器2另一路信號輸出到信號觸發(fā)器10；數(shù)據(jù)讀取控制器7、掉電保護(hù)器9、信號觸發(fā)器10、預(yù)置計數(shù)器11、電源控制器12、遙控接收器18、時鐘發(fā)生器17的輸出信號連接到采集存儲控制器13；同時采集存儲控制器13又分別輸出控制信號連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器3、數(shù)據(jù)存儲器4、地址發(fā)生器5、地址鎖存器6、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器8、掉電保護(hù)器9、信號觸發(fā)器10、預(yù)置計數(shù)器11和電源控制器12，對其相應(yīng)的功能進(jìn)行控制；電池16的輸出連接到電源控制器12；數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器8連到I/O接口14，同時I/O接口14與微機15相接以進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，其輸出控制信號又連到數(shù)據(jù)讀取控制器7。地址鎖存器6的輸出與地址發(fā)生器5相連，而地址發(fā)生器5的輸出又分別連到數(shù)據(jù)存儲器4和地址鎖存器6，數(shù)據(jù)存儲器4的輸出數(shù)據(jù)連到數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器8，模數(shù)轉(zhuǎn)換器3的輸出數(shù)據(jù)連到數(shù)據(jù)存儲器4。
4．根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種沖擊波壓力測試裝置，其特征是安裝在存儲測試器上的傳感器21既作為沖擊波壓力信號的傳感元件，又作為遙控接收器18的接收天線。
5．根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種沖擊波壓力測試裝置，其特征是電池為充電電池。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種沖擊波壓力測試裝置，其特征是遙控器為一個手持式外觸發(fā)同步信號遙控發(fā)射裝置。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種沖擊波壓力測試裝置，其測試程序采用微機并行打印口回收存儲測試器中的測試數(shù)據(jù)，其特征是測試程序還包括(1)用于讀取存儲測試器中測試數(shù)據(jù)首地址的讀首地址信號輸出裝置；(2)用于存貯存儲測試器中測試數(shù)據(jù)首地址的地址存貯裝置；(3)用于讀取存儲測試器中測試數(shù)據(jù)的讀數(shù)據(jù)信號輸出裝置；(4)用于存貯存儲測試器中測試數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)存貯裝置；(5)用于存貯存儲測試器測試參數(shù)的數(shù)據(jù)存貯裝置；(6)用于存貯計算結(jié)果的數(shù)據(jù)存貯裝置；(7)用于存貯測試結(jié)果的數(shù)據(jù)存貯裝置；(8)用于顯示測試波形結(jié)果的數(shù)據(jù)顯示裝置。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種沖擊波壓力測試裝置，該裝置包括存儲測試器、遙控器和測試程序。存儲測試器集傳感器、測試電路、接口、電池于一體，測試電路同接口、電池一起密封于不銹鋼外殼內(nèi)，傳感器與外殼緊固連接，存儲測試器的接口與微機的并行打印口連接。測試時，存儲測試器置于爆炸現(xiàn)場，由遙控器控制其工作，測試完后通過回收存儲測試器由微機及測試程序處理測試數(shù)據(jù)。該測試裝置還可用于沖擊波速度及密封容器內(nèi)液體和氣體壓力測試、機械活塞受力測試、溫度測試等。
文檔編號G01L5/14GK1227917SQ9812400
公開日1999年9月8日 申請日期1998年12月14日 優(yōu)先權(quán)日1998年12月14日
發(fā)明者范澤輝, 田忠, 唐劍, 魏翔文 申請人:中國工程物理研究院應(yīng)用電子學(xué)研究所