炸药爆速的连续测量技术研究.pdf

ｄｏｉ１０. ３９６９/ ｊ. ｉｓｓｎ. １００１-８３５２. ２０１７. ０６. ０１２ 炸药爆速的连续测量技术研究 ❋ 王宇新 李晓杰 闫鸿浩 王小红 大连理工大学工程力学系辽宁大连，１１６０２４ [摘 要] 爆速是研究炸药性能的重要指标，虽然传统的爆速测量方法操作简单，但是由于测量点少、精度低，经 常无法采集到有效的数据，而且也很难反映出炸药在整个爆轰过程中爆速的变化。 为了弥补目前炸药爆速测量的 缺陷，提出一种爆速的连续测量技术，采用高速数据采集与连续电阻丝探针相结合的方法来测试水下爆炸、工程爆 破、爆炸焊接等工况下的各种炸药爆速，爆轰行程每米测量点数为 ２. ５ 万，测量范围从 ５０ ｍ/ ｓ 到 １０ ０００ ｍ/ ｓ，测量 精度可以控制在小于 １. ０％，通过数学拟合算法和编制程序对测量数据信号进行图形可视化分析，并绘制出连续行 程-爆速分析曲线，可以满足不同形式炸药爆速测量的试验研究。 [关键词] 炸药爆轰；爆速；信号处理；连续电阻丝法 [分类号] Ｏ３８４ Ｓｔｕｄｙ ｏｎ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｔｅｓｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ Ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓ ＷＡＮＧ Ｙｕｘｉｎ， ＬＩ Ｘｉａｏｊｉｅ， ＹＡＮ Ｈｏｎｇｈａｏ， ＷＡＮＧ Ｘｉａｏｈｏｎｇ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｍｅｃｈａｎｉｃｓ， Ｄａｌｉａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ｄａｌｉａｎ， １１６０２４ [ＡＢＳＴＲＡＣＴ] Ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｉｓ ａｎ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｔｏ ｓｔｕｄｙ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ａｎ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ. Ａｌｔｈｏｕｇｈ ｔｒａｄｉ- ｔｉｏｎａｌ ｔｅｓｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄｓ ａｎｄ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ ｆｏｒ ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｒｅ ｖｅｒｙ ｓｉｍｐｌｅ ｔｏ ｏｐｅｒａｔｅ， ｔｈｅ ｖａｌｉｄ ｄａｔａ ｃｏｕｌｄ ｈａｒｄｌｙ ｂｅ ｃｏｌ- ｌｅｃｔｅｄ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｆｅｗ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔｓ ａｎｄ ｌｏｗ ｔｅｓｔｉｎｇ ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ. Ｔｈｅｙ ａｒｅ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ｄｅｓｃｒｉｂｅ ｔｈｅ ｃｈａｎｇｅ ｏｆ ｄｅｔｏｎａ- ｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｆｏｒ ｗｈｏｌｅ ｓｌｉｄｉｎｇ ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ. Ｔｏ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｅ ｆｏｒ ｄｅｆｅｃｔｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｅｖｉｏｕｓ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｍｅｔｈｏｄｓ， ｃｏｎｔｉ- ｎｕｏｕｓ ｔｅｓｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｗａｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｂｙ ｕｓｉｎｇ ｏｆ ｈｉｇｈ-ｓｐｅｅｄ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｒｅｓｉｓ- ｔａｎｃｅ ｗｉｒｅ. Ｔｈｅ ｔｅｓｔｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｔｅｓｔ ｔｈｅ ｕｎｄｅｒｗａｔｅｒ ｅｘｐｌｏｓｉｏｎ， ｒｏｃｋ ｂｌａｓｔｉｎｇ， ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ｗｅｌｄｉｎｇ ａｎｄ ｏｔｈｅｒ ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｐｒｏｊｅｃｔｓ. Ｔｈｅ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｈａｓ ｍｅａｓｕｒｉｎｇ ｐｏｉｎｔｓ ａｓ ｈｉｇｈ ａｓ ２５ ｔｈｏｕｓａｎｄ ｐｅｒ ｍｅｔｅｒ， ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｒａｎｇｅ ｏｆ ｆｒｏｍ ５０ ｍ/ ｓ ｔｏ １０ ０００ ｍ/ ｓ， ａｎｄ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｔｅｓｔ ａｃｃｕｒａｃｙ ｗｉｔｈｉｎ １. ０ ％. Ｖｉｓｕａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ ｍｅａ- ｓｕｒｅｍｅｎｔ ｄａｔａ ｓｉｇｎａｌ ｗａｓ ｒｅａｃｈｅｄ ｂｙ ｄａｔａ ｆｉｔｔｉｎｇ ａｎｄ ｃｏｍｐｕｔｅｒ ｐｒｏｇｒａｍ， ａｎｄ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｗａｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ. Ｉｔ ｃｏｕｌｄ ｓａｔｉｓｆｙ ｔｈｅ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｋｉｎｄｓ ｏｆ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ. [ＫＥＹＷＯＲＤＳ] ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｏｆ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓ； ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ； ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ； ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｍｅｔｈｏｄ 引言 在工程爆破和爆炸加工领域中，炸药作为含能 材料被广泛地应用于矿山开采、隧道开掘、岩石破 碎、爆炸焊接、爆炸成型等。 在所有炸药性能参数 中，爆轰速度是评估炸药性能的重要指标之一。 除 了不同的炸药种类和化学成分外，爆炸作业环境的 温度与湿度、装药密度、装药直径、炸药混合组分以 及布置炸药形式等都会直接影响炸药爆速，准确地 测量炸药爆速对工程施工和工业生产具有重要意 义[１-３]。 目前，大多数企业仍然使用单段或多段爆速 仪对标准直径炸药柱的爆速进行测量标定[４-６]，只能 获得探针两点之间的爆速，而且经常出现测试数据 不准确或者无法采集到数据的现象。 在岩土工程爆 破作业中，随着炮孔装药直径的变化，爆速也会有所 变动。 在大面积金属板材爆炸焊接生产中，炸药的 装药厚度、装药密度以及处于板面不同位置时，爆速 会存在着比较大的差别。 如何获得连续多点爆速或 者在爆轰行程长度内的连续爆速，这是采用传统爆 第 ４６ 卷 第 ６ 期 爆 破 器 材 Ｖｏｌ. ４６ Ｎｏ. ６ ２０１７ 年 １２ 月 Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｄｅｃ. ２０１７ ❋ 收稿日期２０１７-０６-０９ 基金项目国家自然科学基金资金资助１１６７２０６７ 作者简介王宇新１９７２ － ，男，副教授，博士，从事爆炸冲击动力学研究。 Ｅ-ｍａｉｌｗｙｘｐｈｄ＠ ｄｌｕｔ. ｅｄｕ. ｃｎ 通信作者李晓杰１９６３ － ，男，教授，博士，从事爆炸冲击动力学研究。 Ｅｍａｉｌ ｄａｌｉａｎ０３＠ ｑｑ. ｃｏｍ 速测量方法难以解决的问题。 笔者提出了一种连续电阻丝与高速数据采集器 相结合的爆速测量方法，并研制开发了 ＤＶＰ-Ｉ 型爆 速连续测量仪，该爆速测量仪适用于工程爆破的炮 孔装药以及爆炸焊接和爆炸成形的大平面装药形 式，工程技术人员可以有效地开展炸药多点爆速连 续测试的研究，对于炸药行程长度１０ ｍ 的连续多点 爆速，采集记录爆速数据点数可高达 ２５ 万，与目前 双探针和多段爆速测量仪相比，具有抗干扰性强、数 据采集精度高的优点，并且可应用高阶多项式曲线 拟合算法对采集数据进行图形可视化处理，通过图 形曲线对多点爆速信号在行程长度内的变化趋势实 现比较直观的分析。 本文中，对爆速的连续测量方法、采集数据多项 式曲线拟合算法和爆速连续测量试验技术进行阐 述；同时，使用不同长度的连续电阻丝探针测量锥形 圆筒装药和金属爆炸焊接平板装药的炸药爆速，通 过对爆速数据和爆速曲线的分析，研究炸药的爆轰 特性。 １ 炸药爆速的连续测量原理 工业炸药爆轰速度一般在 １. ５ ７. ０ ｋｍ/ ｓ，黑 索今爆速则可以高达 ９. ０ ｋｍ/ ｓ 以上，爆速连续测量 技术关键在于如何连续高速地采集炸药滑移爆轰信 号。 笔者提出连续电阻丝法测量炸药爆速的方法， 首先介绍一下爆速测量的工作原理。 图１为炸药爆速的连续测量技术的工作原理。 炸药爆速一般为每秒几千米，而且在爆轰过程中还 可能产生电离杂波信号，这就要求数据采集模块具 备足够高的采样率和抗干扰能力。其中，直流电源 采用电压Ｖ０＝１２Ｖ锂电池，Ｒ１分压电阻为３００ Ω， 高 速数据采集模块的采样率为８０ Ｍ/ ｓ，Ｒ２为电阻 ２００ ３００ Ω的连续电阻丝探针，电阻率ρ为３４３ 图 １ 爆速连续测量工作原理 Ｆｉｇ. １ Ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｔｅｓｔｉｎｇ Ωｍ，Ｒ３为连接探针与高速采集模块的同轴线缆 电阻，１００ ｍ 同轴线缆电阻为９ Ω。 炸药爆轰的推进 使得探针电阻连续导通，导通后的 Ｒ２阻值不断地减 小，高速数据采集模块则连续地记录 Ｒ２电阻两端的 电压信号的变化值 Ｖｔ和数据采集的时间长度，并实 时地将这两组数据存储在计算机硬盘上。 接下来就 需要将因探针电阻变化的电压数据信号转换为滑移 爆轰的行程长度 Ｘ，具体的计算公式如下 Ｘ ＝ Ｒ２＋ Ｒ３ ρ － Ｒ１ Ｖｔ Ｖ０－ Ｖｔ ρ 。１ 这样，采集的电压值就转换为离散时间与行程 长度的数据集合。 最后，还要对这组数据进行多项 式曲线拟合计算，才能获得爆速测量值。 ２ 数据曲线多项式拟合算法 为了获得整个行程长度的平均爆速以及在不同 时间和行程位置的炸药爆速，就需要对采集到的数 据进行拟合，通过最小二乘法多项式曲线拟合，获得 行程与时间的多阶曲线方程[７-８]。 然后，对曲线方程 求导，便可以得到某点爆速和随时间变化的连续爆 速曲线。 下面对最小二乘法多项式曲线拟合算法加 以介绍。 假设给定 Ｎ 个数据点ｘｉ，ｙｉ，其中 ｉ ＝ １，２， Ｎ，求出一条数学曲线方程 ｙ ＝ ｆｘ，并不要求这条 曲线精确地经过这些数据点，只是一条近似趋势性 的曲线。 为了能求得该近似曲线 ｙ ＝ ｆｘ，要计算 离散数据点的真实值 ｙｉ与近似曲线的计算值 ＾ ｙｉ的 偏差，基于偏差 ｅｉ＝ ｜ｙｉ－ ＾ ｙｉ｜最小原则来求这条近似 拟合曲线。 最小偏差原则有以下 ３ 种形式[９] １所有数据点的偏差绝对值之和最小； ２所有离散数据点与近似曲线计算值最大偏 差的绝对值最小； ３所有离散数据点与近似曲线计算值的所有 偏差平方和最小。 通常，多项式数学曲线方程拟合按偏差平方和 最小原则来求得，这也称为数学曲线拟合的最小二 乘法。 具体算法就是对于给定 Ｎ 个离散数据点ｘｉ， ｙｉ，假定多项式拟合曲线方程为 ｙ ＝ ∑ ｍ ｊ ＝０ａｉｘ ｊ。 ２ 使所有离散点的偏差计算总和最小，即 Ｑ ＝ ∑ Ｎ ｉ ＝１ｙｉ － ∑ ｍ ｊ ＝０ａｉｘ ｊ２。 ３ 这样，Ｑ 就可以被看成是关于多项式拟合曲线 系数 ａｉ的多元函数，拟合多项式曲线方程就归结为 ０６ 爆 破 器 材 第 ４６ 卷第 ６ 期 多元函数求极值问题，即由 əＱ əａｋ ＝０ｋ ＝０，１，２，ｍ４ 得到 ∑ Ｎ ｉ ＝１ｙｉ － ∑ ｍ ｊ ＝０ａｉｘ ｊ ｉｘ ｋ ｉ ＝０ｋ ＝０，１，２，，ｍ。５ 这样，将式５转换为如下线性方程组 ａ０Ｎ ＋ ａ１∑ｘｉ＋ ＋ ａｍ∑ｘｍ ｉ ＝ ∑ｙｉ； ａ０∑ｘｉ＋ ａ１∑ｘ２ ｉ ＋ ＋ ａｍ∑ｘｍ ＋１ ｉ ＝ ∑ｘｉｙｉ； ⋮ ａ０∑ｘｍ ｉ ＋ ａ１∑ｘｍ ＋１ ｉ ＋ ＋ ａｍ∑ｘ２ｍ ｉ ＝ ∑ｘｍ ｉｙｉ。 ６ 这个线性方程组也是正则方程组，通过该方程 组的多项式系数 ａｉ就可以获得拟合曲线数学方程 式；ｍ 取值并非越大越好，在一般情况下 ｍ≤９ 比较 合理，如果取值太大的话，那么线性方程组的解有可 能是病态的，尤其连续测量炸药爆轰速度的电压数 据信号存在着一些干扰杂波信号，拟合曲线方程阶 数过高，将导致爆速拟合计算值偏差值出现奇 异[１０]。 ３ 爆速连续测量仪设计 为了满足工程爆破和爆炸加工的需要，根据炸 药爆速连续测量技术原理，设计了爆速测量仪以及 爆速连续测量用的电阻丝探针。 爆速连续测试系统 的硬件包括电压 １２ Ｖ 可充电锂电池、８０ Ｍ/ ｓ 高速 采集卡、分压电阻、连续电阻探针和同轴电缆等，其 他附件还包括配套的 ＵＳＢ 数据线、笔记本电脑以及 实时显示锂电池电源电压的数字显示板，当锂电池 的电压低于 ７ Ｖ 时，需要对锂电池充电。 爆速连续 测量仪箱体与操作面板如图 ２ 所示。 图 ２ 爆速连续测量仪 Ｆｉｇ. ２ Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ｆｏｒ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｔｅｓｔｉｎｇ 爆速连续测量仪的技术指标及其具体内容如表 １ 所示。 在爆速连续测量系统中，连续电阻丝探针是重 要的传感器部件，是一种专门为测量炸药爆速和冲 表 １ 爆速仪的技术指标及其参数 Ｔａｂ. １ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｔｅｓｔｉｎｇ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ 技术指标具体内容 通道数量１ 个 ＶＯＤ 通道 垂直分辨率１２ 位 模拟带宽/ ＭＨｚ２０ 充电电压/ Ｖ１００ ２４０ 灵敏度/ Ｖ０. ０１ ２０ ＤＣ 精度全量程的 １％ 最高采样率/ Ｍｓ －１ ８０ 时基/ ｍｓ０. ０００ １ ０. ２ 时基精度５０ １０ －６ 触发类型上升沿、下降沿 电源内部可充电 １２ Ｖ 锂电池 工作环境０ ４０ ℃，注意防潮 击波速度而设计的精密探头，它是由螺纹金属钢丝 和漆包电阻丝组成的传感器核心元件，电阻丝电阻 率为１７３. ５ Ωｍ，连续电阻丝探针外面包着绝缘层 和屏蔽层，如图 ３ 所示。 图 ３ 连续电阻丝探针 Ｆｉｇ. ３ Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｗｉｒｅ ｐｒｏｂｅ 测量原理是在爆轰波或冲击波压力作用下，连 续导通漆包电阻丝与金属钢丝，整根探针形成电阻 丝与金属钢丝连续可变的电阻回路，其两端电压发 生相应连续变化，这样就由爆速仪高速数据采集模 块记录电压-时间数据，通过式１计算，就可以得到 行程位移与时间曲线，最后再对行程位移-时间拟合 曲线方程进行求导，便能得到炸药的连续爆速。 连 续电阻丝探针可以根据不同测量对象设计不同长 度，利用同轴电缆与爆速仪连接，炸药起爆后连续电 阻丝探针开始连续导通，采集的电压信号数据就实 时地记录在笔记本电脑内存中。 为了对炸药爆速的测量数据进行可视化分析， 还配套开发了爆速的连续测量数据处理软件系统， 如图 ４ 所示。 １６２０１７ 年 １２ 月 炸药爆速的连续测量技术研究 王宇新，等 图 ４ 爆速测量仪数据分析软件 Ｆｉｇ. ４ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｏｆｔｗａｒｅ ｏｆ ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｔｅｓｔｉｎｇ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔ ４ 连续爆速测试实例 应用爆速的连续测量技术，可以测量不同装药 厚度和装药密度的平板爆炸焊接的炸药连续滑移的 爆轰速度，还可以测量工程爆破炮孔装药的爆速。 以爆炸焊接平板装药为例，测试连续行程长度的炸 药爆速。 同时，对锥形圆筒装药的爆速进行测量，可 以分析岩土爆破的炮孔最小熄爆直径。 为此，下面 将对这两种试验测试的工程案例加以阐述分析。 ４. １ 爆炸焊接平板装药的爆速测试 在金属爆炸焊接工程中，炸药爆速是决定金属 复合板质量和复合率的关键参数，如何准确地调制 炸药以及测量滑移爆轰速度就显得尤为重要。 在标 准直径纸卷炸药柱上，采用传统两点探针法获得的 爆速测量值与爆炸焊接的平板装药的爆速存在着很 大的差别，而且两点探针法测量获得的爆速仅仅代 表小段炸药的爆速，不同位置和不同装药厚度的炸 药爆速会有很大的变化。 为此，通过两个具体爆炸 焊接工程实例，采用本文中的爆速测量技术和数学 曲线拟合方法，对平板爆炸焊接不同组分炸药的连 续爆速进行测量分析。 在各种金属爆炸焊接工程中，炸药一般采用膨 化铵油炸药，对于出厂的纯铵油炸药都要测量爆速。 假设纯铵油炸药的平板装药厚度为 ３８ ｍｍ，装药密 度为８００ ｋｇ/ ｍ３，试验钢板长度为２. ５ ｍ，宽度为０. ５ ｍ，连续电阻探针长度为 ２. ０ ｍ，探针从尾端沿着板 面的中间位置纵向拉直，埋入铵油炸药中，埋深为 ２０ ２５ ｍｍ，在另一端电雷管起爆，爆速测量仪采集 的电压-时间变化曲线如图 ５ 所示。 经过 ９ 阶多项 式曲线拟合计算，得到爆速-行程距离曲线，爆速测 量值为 ２ ９９６ ３ １０８ ｍ/ ｓ，如图 ６ 所示。 图 ５ 纯铵油炸药爆轰电压-时间曲线 Ｆｉｇ. ５ Ｖｏｌｔａｇｅ-ｔｉｍｅ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ＡＮ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ 图 ６ 纯铵油炸药爆速-行程曲线 Ｆｉｇ. ６ Ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ-ｄｉｓｔａｎｃｅ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ＡＮ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ 在金属爆炸焊接中，生产不同金属复合板材通 常要对铵油炸药重新配制组分，以满足合理的爆速 的需要。 当需要降低铵油爆速时，需要添加珍珠岩、 工业盐或矿石粉等，不同组分和配制比例的炸药，其 爆速将发生变化，必须通过爆速仪测量。 假设在爆 炸焊接中使用的炸药为 ５０％ 质量分数矿石粉调 配的膨化铵油炸药，装药密度为 ８５０ ｋｇ/ ｍ３，装药厚 度为 ５５ ｍｍ。 试验钢板长度为 ２. ５ ｍ，宽度为 ０. ５ ｍ，连续电阻探针长度为 ２. ０ ｍ，探针从尾端沿着板 面中间位置纵向拉直埋入铵油炸药中，埋深为 ３０ ３５ ｍｍ。 炸药起爆以后，爆速测量仪采集的电压-时 间变化曲线如图 ７ 所示。 由于电压信号中存在着杂 波干扰信号，在多项式曲线拟合计算中还进行了滤 波处理，最后得到了爆速-行程距离曲线，爆速测量 值为２ ０９５ ２ １７８ ｍ/ ｓ，如图 ８ 所示。 通过两个平板爆炸焊接炸药爆速测量结果可 知，除了炸药装药密度、炸药调配组分和装药厚度影 响爆速外，在平板不同位置，炸药的爆速也会有所不 同，这是由于布药过程中很难保证装药密度和调配 组分完全均匀化。 ４. ２ 锥形圆筒装药的爆速测试 在岩土工程爆破中，岩土作业面首先要打一定 深度和直径的炮孔，然后再向炮孔内填装炸药，炸药 ２６ 爆 破 器 材 第 ４６ 卷第 ６ 期 图 ７ 配制铵油炸药爆炸电压-时间曲线 Ｆｉｇ. ７ Ｖｏｌｔａｇｅ-ｔｉｍｅ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｐｒｅｐａｒｅｄ ＡＮ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ 图 ８ 配制铵油炸药爆速-行程曲线 Ｆｉｇ. ８ Ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ-ｄｉｓｔａｎｃｅ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｐｒｅｐａｒｅｄ ＡＮ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ 装药密度和炮孔的装药直径对炸药爆速会产生比较 大的影响，如果炮孔直径或者装药直径小于某个数 值时，炸药可能会产生熄爆的现象，这个直径就称为 炸药的熄爆直径。 如何确定这个熄爆直径，可以利 用锥形圆筒装药，锥形圆筒左端面直径为 ６０ ｍｍ，长 度为 ８００ ｍｍ，连续电阻丝探针穿过锥形圆筒中心 线，并保持拉直状态，锥形圆筒装药爆速测量的试验 模型如图 ９ 所示。 图 ９ 锥形圆筒装药试验模型 Ｆｉｇ. ９ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｃｏｎｉｃａｌ ｃｈａｒｇｅ 将调配 １０％ 质量分数珍珠岩的铵油炸药填 充到锥形圆筒内，在锥形圆筒左侧中心起爆，随着炸 药爆轰不断地推进，炸药圆筒直径减小，爆速会逐渐 减小，直至完全熄爆。 通过爆速测量，获得的电压- 时间曲线如图 １０ 所示。 由于炸药在锥形圆筒内爆 炸速度变化较大，将电压-时间曲线划分为 ５ 段，然 后对每段曲线利用 ６ 阶多项式曲线拟合，这样使得 爆速计算精度更高，锥形圆筒装药爆速-行程曲线如 图 １１ 所示。 图 １０ 锥形圆筒装药电压-时间曲线 Ｆｉｇ. １０ Ｖｏｌｔａｇｅ-ｔｉｍｅ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｃｏｎｉｃａｌ ｃｈａｒｇｅ 图 １１ 锥形圆筒装药爆速-行程曲线 Ｆｉｇ. １１ Ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ-ｄｉｓｔａｎｃｅ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｃｏｎｉｃａｌ ｃｈａｒｇｅ 接下来分析锥形圆筒炸药不同位置的爆速。 根 据爆速的变化趋势就可以确定炸药的熄爆直径，从 图 １１ 的爆速变化曲线可知，在行程长度为 ５００ ｍｍ 位置，爆速为 １ ２４０ ｍ/ ｓ，而且后面曲线几乎为直线 段，该位置炸药则可以认为已经到了熄爆状态，测量 这个位置的圆筒直径，便能获得该种组分铵油炸药 的熄爆直径。 ５ 结论 采用连续电阻丝探针与高速数据采集模块研制 开发爆速连续测量仪，可以比较准确地记录各种炸 药爆轰的连续爆速，这种爆速测试技术方法与其他 单通道或多通道爆速仪相比具有以下 ３ 个优势 １测量炸药连续爆速不受炸药爆轰距离限制， 连续电阻丝探针可以是任意长度，这样就可以全面 地测量炸药连续爆速，这是其他爆速仪所不具备的。 ２炸药爆轰过程中，在起爆和爆轰波传播过程 中会产生各种干扰信号或电离信号，采用单通道和 多通道爆速仪可能会丢失部分测量数据，或者测量 数据存在很大的偏差。 而爆速连续测量仪只使用一 ３６２０１７ 年 １２ 月 炸药爆速的连续测量技术研究 王宇新，等 个通道就可以将探针测量长度范围内的数据信号全 部记录下来，硬件模块本身具有很强的抗干扰能力， 并且通过高阶多项式曲线拟合算法，可以将干扰杂 波信号全部过滤掉，从而能准确地获得炸药不同位 置的爆速。 ３除了可以测量炸药的连续爆速外，还能够通 过分析炸药爆速的变化规律来确定炸药的熄爆直径 以及殉爆距离等，这样可以更加全面地评测炸药性 能。 此外，还能测试炸药在水下爆炸冲击波的传播 速度。 参 考 文 献 [１] 徐森，唐双凌，刘大斌，等. 改性铵油炸药连续爆速实 验研究[Ｊ]. 火炸药学报，２００９，３２３２５-２８. ＸＵ Ｓ， ＴＡＮＧ Ｓ Ｌ， ＬＩＵ Ｄ Ｂ，ｅｔ ａｌ. Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ ｍｏｄｉｆｉｅｄ ＡＮＦＯ [ Ｊ]. Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅｓ ＆ Ｐｒｏｐｅｌｌａｎｔｓ，２００９，３２ ３２５-２８. [２] 赵根，王文辉. 孔内炸药连续爆速测试新技术[Ｊ]. 工 程爆破，２００８，１４０３６３-６６. ＺＨＡＯ Ｇ， ＷＡＮＧ Ｗ Ｈ. Ｎｅｗ ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｏｆ ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ ｉｎ ｂｌａｓｔｈｏｌｅ [Ｊ]. Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｂｌａｓｔｉｎｇ，２００８，１４３６３-６６. [３] 刘桂涛，吕春绪，曲虹霞. 超细 ＲＤＸ 爆速和作功能力 的研究与测试[Ｊ]. 爆破器材， ２００３， ３２ ３ １-３. ＬＩＵ Ｇ Ｔ ， Ｌ Ｃ Ｘ， ＱＵ Ｈ Ｘ. Ｓｔｕｄｙ ａｎｄ ｔｅｓｔ ｏｎ ｄｅｔｏｎａ- ｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｏｆ ｓｕｐｅｒｆｉｎｅ ＲＤＸ [Ｊ]. Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， ２００３， ３２ ３１-３. [４] 高志强. 基于 ＦＰＧＡ 的新型单段光纤爆速仪设计 [Ｄ]. 太原 中北大学， ２０１２. ＧＡＯ Ｚ Ｑ. Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ ｎｅｗ ｓｉｎｇｌｅ ｆｉｂｅｒ ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉ- ｔｙ ｍｅｔｅｒ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＦＰＧＡ[Ｄ]. Ｔａｉｙｕａｎ Ｎｏｒｔｈ Ｃｅｎｔｒａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，２０１２. [５] 姜爱华，焦宁，王高，等. 新型高精度多段光纤爆速仪 的设计磁[Ｊ]. 爆破器材，２０１３，４２６２９-３１. ＪＡＮＧ Ａ Ｈ， ＪＩＡＯ Ｎ， ＷＡＮＧ Ｇ， ｅｔ ａｌ. Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ａ ｎｅｗ ｈｉｇｈ-ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｆｉｂｅｒ ｏｐｔｉｃａｌ ｄｅｔｏｎａｔｉｏｎ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｍｅｔｅｒ[Ｊ]. Ｅｘｐｌｏｓｉｖｅ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， ２０１３，４２６２９-３１. [６] 王荣波，何莉华，田建华，等. 两种光纤探针在冲击波 作用下的时间响应特征[Ｊ]. 高压物理学报， ２００５，１９ ３２８４-２８８. ＷＡＮＧ Ｒ Ｂ， ＨＥ Ｌ Ｈ， ＴＩＡＮ Ｊ Ｈ， ｅｔ ａｌ. Ｔｈｅ ｔｉｍｅ ｒｅ- ｓｐｏｎｓｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｏｆ ｔｗｏ ｔｙｐｅｓ ｏｆ ｆｉｂｅｒ-ｏｐｔｉｃ ｐｉｎ ｕｎｄｅｒ ｓｈｏｃｋ ｗａｖｅ ｌｏａｄｉｎｇ[Ｊ]. Ｃｈｉｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｉｇｈ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｐｈｙｓｉｃｓ， ２００５，１９３２８４-２８８. [７] 刘霞， 王运锋. 基于最小二乘法的自动分段多项式曲 线拟合方法研究[Ｊ]. 科学技术与工程，２０１４， １４３ ５５-５８. ＬＩＵ Ｘ， ＷＡＮＧ Ｙ Ｆ. Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙ ｐｉｅｃｅｗｉｓｅ ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ ｃｕｒｖｅ-ｆｉｔｔｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｌｅａｓｔ-ｓｑｕａｒｅ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ [ Ｊ].Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２０１４， １４３５５-５８. [８] 张永涛， 贾延明. 最小二乘法中代数多项式曲线拟合 的分析及实现[Ｊ]. 计算机与数字工程， ２０１７， ４５ ４６３７-６３９. ＺＨＡＮＧ Ｙ Ｔ， ＪＩＡ Ｙ Ｍ. Ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｐｒｏｇｒａｍ ｉｍｐｌｅｍｅｎ- ｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｅａｓｔ ｓｑｕａｒｅｓ ｐｏｌｙｎｏｍｉａｌ ｃｕｒｖｅ ｆｉｔｔｉｎｇ[Ｊ]. Ｃｏｍ- ｐｕｔｅｒ ａｎｄ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ２０１７，４５４６３７-６３９. [９] 张继龙， 甄蜀春， 曹鹏，等. 实验数据的曲线拟合方法 及其应用[Ｊ]. 测试技术学报， ２００３， １７３２５５-２５７. ＺＨＡＮＧ Ｊ Ｌ， ＺＨＥＮ Ｓ Ｃ， ＣＡＯ Ｐ， ｅｔ ａｌ. Ｒｅｓｅａｒｃｈ ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ ｏｆ ｃｕｒｖｅ ｆｉｔｔｉｎｇ [Ｊ]. Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｔｅｓｔ ａｎｄ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， ２００３， １７３２５５- ２５７. [１０] 王能超. 计算方法算法设计及其 ＭＡＴＬＡＢ 实现[Ｍ]. 武汉华中科技大学出版社，２０１０. ４６ 爆 破 器 材 第 ４６ 卷第 ６ 期