爆炸测试技术

测试方法:电探极法;电磁法;压阻法;压电法.第一章、概论1、爆炸测试特点：单次性、高速性、高温、高压、瞬时性、破坏性，需要安全操作。2、（简答）爆炸测试技术的地位与发展：1）提高测试仪的测试精度和动态响应；2）拓宽测试领域；3）加强数值模拟和伪真技术。3、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。4、爆炸信号的特征: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。如：是一种指数信号，式中a是实数，若a0,信号将随时间增大而增大，若a0,信号将随时间的增大而衰减，a的绝对值的大小，放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。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、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。5、爆温：全部的爆热用来定容加热爆轰产物所达到的最高温度，爆温越高，气体产生的压力越大，作功就越大。6、（填空）燃烧转爆轰的过程：先燃烧—再低速燃烧—最后稳定爆轰。（判断）燃烧的过程要比爆燃、爆轰时间长，是毫秒级的。（燃烧比较缓慢，但也是毫秒级的）第二章、测试系统1、如何判断线性系统：（根据线性系统的性质）若要求不失真地测量燃烧和爆炸过程中的物理参量，那么测试系统必须为线性系统。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)时间不变特性2、（判断）爆炸系统和冲击波测试系统为单测系统，且为线性系统。3、系统的静态特性：1）线性度（非线性误差）：拟合直线与标定曲线之间的偏差称为非线性误差2）静态灵敏度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、反行程的输入—输出曲线会出现不重合情况，两条曲线出现偏差，称为迟滞误差。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。3、（填空）动态特性：包括时间响应和频率响应两项指标。第三章、电探极方法1、（填空）模拟测试触发方式：自触发、外触发2、(判断)爆炸的过程经历了物理、化学过程。3、（简答）什么是通靶，什么是断靶，电探极的原理？1）电探极的工作模式分为两类，一种是由断到通，称为通靶，另一种由通到断，称为断靶。在实际工作中，往往把高速接通的靶叫做电探针，而把断靶或快速接通的靶叫做靶线、靶网或靶板。2)原理：a通靶、b断靶炸药爆炸瞬间释放出的巨大能量，其中绝大部分转变成强光光能、高温热能、冲击波及爆炸产物飞速扩散的动能。还有一部分转换成电磁能，电离了爆炸产物与周围的空气分子，并将电力向四周扩散推进。炸药的药量越大，爆炸释放的电磁能量越高，形成的电离区域也越大。由于爆轰瞬间释放出强大的电磁能，电离爆炸产物和周围的气体，使金属电极a之间短路，在电探极引线连接的电路中形成电流。当爆轰波作用在断靶b上，使其受到机械性断裂和毁坏，即拉伸或剪切，由导通至断开，切断原电路电流。4、电探极导通（断靶）的原因：（1.电离——导通：空气或者爆炸产物被电离，电子游离在引线两级间使得电路导通；2.冲击波作用——断开或导通：冲击波作用力作用在引线间要么使得原来导通的引线断开，要么使得原来断开的引线碰在一起接通了：3.除此之外爆炸产生的高压和强大的冲击力作用在两电极间的绝缘介质上使得不再绝缘或降低绝缘使原来绝缘的成了导体或者半导体而接通电路）①气体或爆炸产物电离引起两电极导通②两电极间的绝缘介质在高压下变成导体或半导体，使介质的电导率突变③在强冲击作用下降低了两电极间的绝缘强度，导致电压放电击穿④冲击作用使两电级发生机械接触或脱离导致导通或者断开。5、电极是一次性使用器件，随着爆炸、冲击过程的进行，电极自身被损坏，无法重复使用。6、脉冲形成网络的作用是把电探极的开关量转换成脉冲电压信号。电探极在爆炸和冲击过程测试中经常被作为触发元件使用，如爆炸光源同步触发、爆压测量触发等，这是因为电探针具有响应速度快、使用可靠、成本低等优点所致。7、电探针的种类：从结构上分为杆式探针、丝式探针和箔式，其中杆式电探针包括光杆探针、盖帽探针、同轴探针和组合探针。电探针特点：在使用电探针时，要特别注意引线的长度和被测信号的波长是否相当。当被测信号的波长远远大于引线长度时，可以忽略引线的高频失真（因为信号波一步跨过，没有多次的频率出现）；但当信号的波长近似或小于引线线长度时，必须考虑阻抗匹配。8、脉冲形成网络：脉冲形成网络直接与电探针和靶网等连接，其作用是把电探针的开关动作变成脉冲输出信号，传输给计时仪或示波器。这个脉冲信号的特点是上升时间很短，一般为几个至几十个纳秒，具有很高的时间测量精度。脉冲信号包括RLC脉冲网络、晶体管脉冲网络、触发器和光电耦合脉冲网络，断靶脉冲网络。9、RLC脉冲形成网络工作原理：RLC脉冲形成网络是由放电电容、电探针引线电感和回路电阻组成的充放电电路。其功能是将探针感受到的瞬间信息变成一个上升时间很短的脉冲信号。10、（判断）测量定爆速必须在爆轰定常传播区域内进行。12、不定常爆轰区：从引爆界面至瞬间爆速达到定常爆速的a%(如99%)的区域内为不定常爆轰区（不定常，指爆速在不断增加，是个不定值）。证明：①若高爆速炸药A引爆低爆速炸药B时，不定常爆轰区域（超压爆轰区）为bAB；反之，当B引爆A时，不定常爆轰区为bBA时；实际证明bABbBA，甚至bAB》bBA。②两种炸药的爆速差越大，则不定常区域越宽。13、(综合题)测试火工品的作用时间：延期药的延期时间为燃烧从药柱一端传播至另一端所需时间；火帽的火焰持续时间为火帽被激发发火至火焰熄灭的延续时间；雷管作用时间为雷管接受外界能量刺激到底部装药爆炸作用的时间；导爆索传播时间为爆轰波从索的一端传至另一端所用时间。实验步骤：①挑选0.2mm直径的漆包线，两股绞在一起，一端用剪刀剪齐，作为探针；另一端用砂纸轻轻打磨掉漆皮，接电缆线。电极间的距离调到1mm左右。②取一发电爆装置，在安全防护罩内用胶或胶布把电探针固定在电爆装置底部的中心线上。如果电爆装置是金属壳体，注意探针与壳体的绝缘。用欧姆表测量探针两电极之间不得导通，否则要重新粘贴。③接通各仪器和电路的电源，检查工作状态是否正常。将电路开关K拨至电容充电位置，取样电阻与示波器第一通道连接，脉冲形成网络输出端与示波器第二通道连接。④采用HP54501A数字存贮示波器，其宽带为100MHZ（响应频率0.01微秒）以上。调整取样电压灵敏度1V/div。水平扫描灵敏度为10微秒/div。1通道作为触发通道，出发电平800mV。⑤把电爆装置放入爆炸箱内，引出探针和样品导线，关闭爆炸箱门。按图接通电爆装置和电探针，探针与脉冲形成网络之间用同轴电缆连接。⑥将电路中开关K拨至放电位置，起爆，示波器上显示出两个脉冲波形。⑦读出两个脉冲波形中的电压跳变起始点间的时间差值，大约在18微秒，这就是电爆装置的作用时间。多次实验后可获得这类样品的平均作用时间和标准方差。第四章、电磁法1.电磁速度传感器原理：电磁传感器在测量炸药爆炸性能时，要埋入材料中间，因此不能忽略爆轰产物和各种材料导电性对测试结果的影响。2.动态响应:①时间响应；②频率响应3.电磁速度传感器理论依据：①法拉第电磁感应定律；②压力波理论第五章、压阻法和应变法1.压阻法定义：压阻法或应变法是利用金属导体或半导体材料在受到外界压力或应力作用时，其电阻发生变化的特点，进行压力测试的一种方法2.压阻效应：金属导体或半导体材料的电阻率随压力或应力变化的这一特征称为压阻效应3.应变效应：金属导体、半导体在外力作用下发生应变时其他阻值发生变化的现象称为应变效应4.压阻计从结构上分为丝式或箔式，从阻值上分为高阻和低阻两类。（判断：炸药起爆药等爆炸压力采用低阻压阻计，冲击波和烟火药采用高阻压阻计。）5.锰铜压阻传感器的特点：①温度系数低；②电阻变化与冲击波压力之间呈线性关系；③在动态压力下，该材料不出现相变6.电阻应变计从结构上分为：丝式、箔式、薄膜式7.（判断）爆炸与冲击过程的压力测试系统的种类：①低压测量系统：（测低压用高阻）低压测试系统的压力测量范围在1MPa~5GPa,测压传感器可以是压阻计也可以是应变传感器，它们的电阻值在2~500欧姆，定义它为爆炸测试中为高阻值压阻计；②高压测试系统：（测高压用低阻）高压测试系统的压力范围在0.1~50GPa，压阻计的阻值多在0.05~2欧姆之间，定义它在爆炸测试中为低阻值压阻计。第六章、压电法1.压电效应定义：某些电介质在沿一定方向上受到外力的作用而变形时，其内部会产生极化现象，同时在它的两个相对表面上出现正负相反的电荷。当外力去掉后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。2.常用压电材料：（1）：压电晶体（单晶）：石英、电气石；（2）压电陶瓷（多晶）：钛酸钡（BaTiO3）、锆酸铅（PbZrO3）、铌镁酸铅（PbMgO3）、以锆钛酸铅固溶体为基体的压电陶瓷（PZT）、锆钛锡酸铅（ZTS）等。（3）有机压电材料：硫化钙（GaS）、硫化锌（ZnS）等压电半导体材料和聚二氟乙烯（PVF2）、聚氯乙烯（PVC）等。3.模拟测试系统的选择评价方法：适用性、精确性、稳定性、可靠性。4.判断：任何压杆式传感器与壳体间留有间隙，使其处于一维应力状态。5.压杆式传感器：量程、有效记录时间、响应时间是多少。6.信号分析：时域、幅域、平域、时頻域。7.与压电传感器连接的前置放大器：电荷放大器和电压放大器