一种用于爆炸现场的多点信号采集的实现方法和装置

技术领域

本发明涉及爆炸信号采集技术领域，尤其涉及一种用于爆炸现场的多点信号采集的实现方法和装置。

背景技术

在炸药或战斗部使用之前，必须进行多方面的试验，得到大量的性能参数，供设计人员进行分析使用，从而确定炸药或战斗部的毁伤能力。但是，现有技术中的试验测量方法不能够满足实际的需求，因此，亟需一种能够用于爆炸现场、提高测量精度的多点信号采集的实现方法。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种用于爆炸现场的多点信号采集的实现方法和装置。

一种用于爆炸现场的多点信号采集的实现方法，包括以下步骤：在战斗部或炸药落区方阵中布置采集点位，形成测点方阵，并在所述采集点位对应设置传感器，所述传感器用于获取采集信息并传输至采集器；连接所述传感器和对应的采集器，并将所述采集器连接至信号同步器；配置所述采集器的采集参数，所述采集参数包括采样率、传感器灵敏度、采样时间和触发时间；将所述信号同步器的起爆线回路连接至战斗部或炸药；在所述起爆线回路被炸断时，发出通断信号启动所述信号同步器，触发所述采集器进行数据采集和同步；将采集信息通过所述信号同步器进行同步上传。

在其中一个实施例中，所述在战斗部或炸药落区中布置采集点位，形成测点方阵，包括：在战斗部或炸药落区方阵中，设定两个测点之间的横向间距和纵向间距，则对应的测点方阵大小为(m-1)(n-1)ab，其中，m、n分别为横向测点数量和纵向测点数量，a、b分别为两个测点之间的横向间距和纵向间距；若战斗部或炸药的落点为所述测点方阵的中心，则距离爆心最近的测点有4个，与所述测点方阵的非中心落点相比，中心落点时测点获取的超压值为最小值，对比距离为：

式中，w为爆心的TNT当量，单位为kg；根据空中爆炸或地面爆炸，估算作用于测点上的冲击波压力值；在空中爆炸时，冲击波压力值的计算公式为：

式中，ΔP

在刚性地面爆炸时，冲击波压力值的计算公式为：

在土壤地面爆炸时，冲击波压力值的计算公式为：

在正反射和正规反射入冲击波压力小于3kg/cm

发生马赫反射时，反射压力为：

ΔP

根据所述冲击波压力值和反射压力计算出冲击波压力峰值，并结合对应采集器的灵敏度值得到压力模拟信号的电压增量，则触发电压满足：

2≥(V

式中，ΔV为电压增量，V

在其中一个实施例中，所述传感器获取采集信息并传输至采集器，包括：通过线缆和信号接口，将所述传感器连接到采集器；通过所述传感器获取采样值，并输出采样信号值所述采集器；对所述采样信号进行低通滤波，判断所述传感器处于开路或短路的状态信息；在所述传感器处于开路状态时，对滤波后的采样信号进行隔直，获取有效信号；将所述有效信号依次通过衰减电路、放大电路、三阶滤波电路及差分转换电路，得到采集信息并存储。

在其中一个实施例中，所述采集器的触发模式包括有内触发、外触发和内外联合触发。

一种用于爆炸现场的多点信号采集的实现装置，用于实现如上所述的一种用于爆炸现场的多点信号采集的实现方法，包括：多路采集系统、信号同步器和上位机；所述多路采集系统包括有多个采集器和多个传感器，所述多个采集器均与所述信号同步器通信连接，所述多个传感器分别连接所述采集器；所述信号同步器通过起爆线回路与所述炸药或战斗部连接；所述上位机与所述信号同步器和多路采集系统通信连接，用于对所述多路采集系统和信号同步器进行参数配置；所述多个传感器采集得到采集信息，并定时或实时传输至所述采集器，在所述炸药或战斗部爆炸后，触发所述采集器进行数据采集和同步，所述信号同步器获取采集信息，并将所述采集信息传输至上位机。

在其中一个实施例中，所述采集器包括：第一端盖锁紧螺钉、第一上端盖、第一密封胶条、第一PCB总成、第一电池端盖、第一电池模块、第一壳体总成、第一PCB总成螺钉、第一电池端盖锁紧螺钉、第一减震垫和第一减震垫锁紧螺钉；第一上端盖与所述第一壳体总成配合，形成密封结构，用于从上到下依次安装所述第一密封胶条、第一PCB总成、第一电池端盖和第一电池模块；所述第一密封胶条用于密封所述第一上端盖和第一壳体总成；所述第一PCB总成包括采集、调流、分析、WIFI和以太网通讯模块；所述第一电池端盖用于压紧保护所述第一电池模块；所述第一电池模块用于对所述采集器进行供电；所述第一PCB总成锁紧螺钉用于锁紧所述第一PCB总成，并接地保护；所述第一电池端盖锁紧螺钉用于锁紧所述第一电池端盖；所述第一减震垫设置于所述第一壳体总成的底部，用于减震。

在其中一个实施例中，所述第一壳体总成前面板设置有第一电源充电口、第一状态指示灯、第一电源开关按钮、同步触发线接口、天线接口、USB传输接口、以太网传输接口和信号接口；所述同步触发线接口用于通过线缆连接所述信号同步器；所述天线接口用于安装天线，通过所述天线进行数据传输、系统配置和数据回收；所述以太网传输接口用于连接所述上位机，进行数据传输、系统配置和数据回收；所述信号接口用于以线缆的方式连接所述传感器。

在其中一个实施例中，所述信号同步器包括：第二端盖锁紧螺钉、第二上端盖、第二密封胶条、第二PCB总成、第二电池端盖、第二电池模块、第二壳体总成、第二PCB总成螺钉、第二电池端盖锁紧螺钉、第二减震垫和第二减震垫锁紧螺钉；第二上端盖与所述第二壳体总成配合，形成密封结构，用于从上到下依次安装所述第二密封胶条、第二PCB总成、第二电池端盖和第二电池模块；所述第二密封胶条用于密封所述第二上端盖和第二壳体总成；所述第二PCB总成包括所述采集器的同步触发电路；所述第二电池端盖用于压紧保护所述第二电池模块；所述第二电池模块用于对所述信号同步器进行供电；所述第二PCB总成锁紧螺钉用于锁紧所述第二PCB总成，并接地保护；所述第二电池端盖锁紧螺钉用于锁紧所述第二电池端盖；所述第二减震垫设置于所述第二壳体总成底部，用于减震。

在其中一个实施例中，所述第二壳体总成前面板设置有第二电源充电口、第二状态指示灯、第二电源开关按钮、起爆线接口和多个同步触发线接口；所述起爆线接口为两芯接口，连接所述起爆线回路；所述多个同步触发接口分别连接所述采集器。

相比于现有技术，本发明的优点及有益效果在于：通过在战斗部或炸药落区中布置形成测点仿真，并对应设置传感器，获取采集信息；连接传感器和采集器，并将采集器连接到信息同步器；配置采集器的采集参数，包括采样率、传感器灵敏度、采样时间和触发时间；连接信号同步器的起爆线回路至战斗部或炸药；在起爆线回路被炸断时，发出通断信号启动信号同步器，触发采集器进行数据采集和同步，将采集信息进行同步上传，从而实现对爆炸的多点位测量，提高测量精度，且能够实现多点位信息的同步获取，确保采样信息的准确性，从而提高炸药或战斗部的毁伤能力评估结果的准确性，便于炸药或战斗部的精准使用。

附图说明

图1为一个实施例中一种用于爆炸现场的多点信号采集的实现方法的流程示意图；

图2为一个实施例中一种用于爆炸现场的多点信号采集的实现装置的结构示意图；

图3为一个实施例中一种用于爆炸现场的多点信号采集的实现装置的连接示意图；

图4为图3中采集器的结构示意图；

图5为图4中采集器前端面的结构示意图；

图6为图3中信号同步器的结构示意图；

图7为图6中信号同步器前端面的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面通过具体实施方式结合附图对本发明做进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种用于爆炸现场的多点信号采集的实现方法，包括以下步骤：

步骤S101，在战斗部或炸药落区方阵中布置采集点位，形成测点方阵，并在采集点位对应设置传感器，传感器用于获取采集信息并传输至采集器。

具体地，为了计算战斗部或炸药的爆炸为例，在战斗部或炸药的落区方阵中布置信号的采集点位，形成测点方阵，并在采集点位对应设置传感器，一个采集器可以连接多个传感器，通过多个传感器对测点的信息进行全面采集，提高测量数据的精度，并传输至采集器。

其中，布置采集点位的步骤为：在战斗部或炸药落区方阵中，设定两个测点之间的横向间距和纵向间距，则对应的测点方阵大小为(m-1)(n-1)ab，其中，m、n分别为横向测点数量和纵向测点数量，a、b分别为两个测点之间的横向间距和纵向间距；若战斗部或炸药的落点为测点方阵的中心处，则距离爆心最近的测点存在4个，与测点方阵的非中心落点相比，中心落点时测点获取的超压值为最小值，则对比距离为：

式中，w为爆心的TNT当量，单位为kg；根据空中爆炸或地面爆炸，计算作用于测点上的冲击波压力值；在空中爆炸时，冲击波压力值的计算公式为：

式中，ΔP

在刚性地面爆炸时，冲击波压力值的计算公式为：

在土壤地面爆炸时，冲击波压力值的计算公式为：

在正反射和正规反射入冲击波压力小于3kg/cm

/>

发生马赫反射时，反射压力为：

ΔP

根据反射压力和冲击波压力值计算出冲击波压力峰值，并结合对应采集器的灵敏度值得到压力模拟信号的电压增量，则触发电压满足：

2≥(V

式中，ΔV为电压增量，V

在触发电压满足上式时，认定测点方阵的设置合理；在触发电压不满足上式时，则重新设置测点方阵及两个测点之间的横向间距和纵向间距，直至满足要求。

具体地，当战斗部或炸药在方阵中随机爆炸时，必然存在距爆心最近的传感器测点，相对于全部传感器测点来说，距爆心最近的传感器测点所记录的超压值为最大值。如果战斗部或炸药正巧落在某测点方阵一个网格的中心处，相对该网格，距离最近的测点有4个，与网格的非中心落点相比，传感器测点获取的超压值为最小值。

战斗部或炸药在地面爆炸时，由于地面的阻挡，空气冲击波不是向整个空间传播，而只向一半无限空间传播，且在刚性地面和土壤地面爆炸时，存在对应的差异，刚性地面可以是水泥地等。

根据战斗部或炸药所处位置的不同，计算得到冲击波压力峰值，并结合连接的采集器对应的灵敏度值，计算得到压力模拟信号的电压增量，根据采集器的基线电压和电压增量，得到触发电压需要满足的条件，检测布置的测点方阵是否符合该条件，在符合时，认定测点方阵符合要求；若触发电压不符合该条件，则重新布置测点方阵及两个测点之间的横向间距和纵向间距，或重新设置采集器的触发电平值，直至满足条件，从而使得测量数据的准确性得到保证，避免因测点方阵布置误差带来的干扰。

步骤S102，连接传感器和对应的采集器，并将采集器连接至信号同步器。

具体地，在确定布置的测点方阵符合要求后，将传感器与对应的采集器连接，并连接采集器与信号同步器，使得传感器测量得到信号后，能够传输至采集器，采集器对信号进行处理得到采集信息，并传输至信号同步器。

步骤S103，配置采集器的采集参数，采集参数包括采样率、传感器灵敏度、采样时间和触发时间。

具体地，配置采集器的采集参数，采集参数包括采样率、传感器灵敏度、采样时间和触发时间，传感器在获取采集的信息后，根据采样率将信息传输采集器；传感器灵敏度是指传感器在稳态工作情况下输出量变化相对输入量变化的比值；采样时间根据传感器采集信息的时间；触发时间为炸药爆炸后触发采集器进行数据同步的时间。

步骤S104，将信号同步器的起爆线回路连接至战斗部或炸药。

具体地，信号同步器设置有起爆线回路，通过起爆线回路连接战斗部或炸药与信号同步器，使得战斗部或炸药爆炸时，能够同时启动信号同步器，获取采集器的采集信息，从而能够根据采集信息对爆炸的威力进行估算。

步骤S105，在起爆线回路被炸断时，发出通断信号启动信号同步器，触发采集器进行数据采集和同步。

具体地，现场布置好后，炸药爆炸，起爆线回路被炸断，同时提供通断信号，启动信号同步器，触发采集器同步进行数据采集，确保爆炸时的数据能够得到实时采集，并将得到的采集信息传输至信号同步器，得到炸药或战斗部爆炸的实时数据。

其中，采集器的触发模式包括：内触发、外触发和内外联合触发。

具体地，采集器的触发模式可以是内触发、外触发和内外联合触发，其中，内触发为任意采集器在一定频率下进行采样，当某时刻采样值达到采样器设定阈值时，触发采集器高速采集及向信号同步器传输采集信息。外触发为炸药爆炸，炸断触发器引出到炸药端的回路检测线缆，触发器立即对所有采集器并行同步输出24路高电平信号，所有信号采集器通过电平沿检测，立即触发采集和存储。内外联合触发为当任意采集达到阈值后，将与触发器连接的IO拉高，触发器检测到高电平后立即拉高与各采集器的所有IP连接线以触发所有采集器。

步骤S106，将采集信息通过信号同步器进行同步上传。

具体地，信号同步器获取采集信息后，将采集信息进行同步上传，根据实际的需求对采集信息进行处理分析，从而获取炸药或战斗部爆炸的毁伤能力，以便于后续对该炸药和战斗部进行对应的使用。

在本实施例中，通过在战斗部或炸药落区中布置形成测点仿真，并对应设置传感器，获取采集信息；连接传感器和采集器，并将采集器连接到信息同步器；配置采集器的采集参数，包括采样率、传感器灵敏度、采样时间和触发时间；连接信号同步器的起爆线回路至战斗部或炸药；在起爆线回路被炸断时，发出通断信号启动信号同步器，触发采集器进行数据采集和同步，将采集信息进行同步上传，从而实现对爆炸的多点位测量，提高测量精度，且能够实现多点位信息的同步获取，确保采样信息的准确性，从而提高炸药或战斗部的毁伤能力评估结果的准确性，便于炸药或战斗部的精准使用。

在一个实施例中，传感器获取采集信息并传输至采集器的步骤为：通过线缆和信号接口，将传感器连接到采集器；通过传感器获取采样值，并输出采样信号值采集器；对采样信号进行低通滤波，判断传感器处于开路或短路的状态信息；在传感器处于开路状态时，对滤波后的采样信号进行隔直，获取有效信号；将有效信号依次通过衰减电路、放大电路、三阶滤波电路及差分转换电路，得到采集信息并存储。

具体地，传感器通过线缆和采集器的信号输入口输入到采集器，采集器的集成电路通过SPI总线控制芯片输出精准的模拟信号到电流输出芯片，将高精度电压转化为电流信号，为传感器提供精准的恒定电流，通过控制数字模拟转换器的输出以及电流输出芯片的输入，使得电流源可控。

由于传感器输出的是一个由偏置电压和交流信号的叠加，交流信号为传感器输出的有效电压，通过低通滤波器将传感器输出信号的直流分量提取出，并通过比较器获取传感器的开路或短路的状态信息；传感器输出信号通过隔直后获得有效信号，并依次通过衰减电路、放大电路、三阶滤波电路及差分转换电路后，传输至差分模拟数字转换芯片，集成电路通过控制差分模拟数字转换芯片获取传感器的采样值，得到采样信息，完成信号采集，并存入存储卡中。

如图2和图3所示，提供了一种用于爆炸现场的多点信号采集的实现装置20，用于实现上述一种用于爆炸现场的多点信号采集的实现方法，包括：多路采集系统21、信号同步器22和上位机23；多路采集系统21包括有多个采集器和多个传感器，多个采集器均与信号同步器通信连接，多个传感器分别连接采集器；信号同步器22通过起爆线回路与炸药或战斗部连接；上位机23与信号同步器22和多路采集系统21通信连接，用于对多路采集系统21和信号同步器22进行参数配置；多个传感器采集得到采集信息，并传输至采集器，在炸药或战斗部爆炸后，触发采集器进行数据采集和同步，信号同步器22获取采集信息，并将采集信息传输至上位机23。

在本实施例中，通过多个传感器分别采集各测点信号，传输至采集器，并通过无线或有线线缆与信号同步器22进行通信，确保多通道采集信号的同步，当然，也可以采用单台采集器进行信号采集。每台采集器和信号同步器22分别设置有独立的电池供电和电源开关。此外，本装置支持阈值触发采集、定时触发采集、采集数据单次导出或者多次采集数据后一次导出的可选功能，满足适用更多工况要求。

传感器采集的数据通过采集器进行处理分析并进行存储，上位机23可以通过网线、USB接口或者WIFI在采集结束后将数据导入到本地进行显示及分析；上位机23可以通过WIFI对接入到无线AP中的采集器进行在线配置，同时也可以获得采集器的实时状态(例如采样率、采样点数、触发模式、电池电量等)；当有多台采集器进行采集时，需将多路采集系统21同时与信号同步器22连接，以保证各路信号触发的同步性，从而提高采集信息的准确度。

在一个实施例中，如图4所示，采集器30包括：第一端盖锁紧螺钉311、第一上端盖312、第一密封胶条313、第一PCB总成314、第一电池端盖315、第一电池模块316、第一壳体总成317、第一PCB总成螺钉318、第一电池端盖锁紧螺钉319、第一减震垫320和第一减震垫锁紧螺钉321；第一上端盖312与第一壳体总成317配合，形成密封结构，用于从上到下依次安装第一密封胶条313、第一PCB总成314、第一电池端盖315和第一电池模块316；第一密封胶条313用于密封第一上端盖312和第一壳体总成317；第一PCB总成314包括采集、调流、分析、WIFI和以太网通讯模块；第一电池端盖315用于压紧保护第一电池模块316；第一电池模块316用于对采集器30进行供电；第一PCB总成锁紧螺钉318用于锁紧第一PCB总成314，并接地保护；第一电池端盖锁紧螺钉319用于锁紧第一电池端盖315；第一减震垫320设置于第一壳体总成317的底部，用于减震和便于设备放置。

在一个实施例中，如图5所示，第一壳体总成317前面板设置有第一电源充电口331、第一状态指示灯332、第一电源开关按钮333、同步触发线接口334、天线接口335、USB传输接口336、以太网传输接口337和信号接口338；第一电源充电口331用于给第一电池模块316充电，通过适配器将220V的交流电转换为直流电源；第一状态指示灯332用于显示电源电量、触发模式、触发状态、以及刷写程序和系统调试判断；同步触发线接口334用于通过线缆连接信号同步器；天线接口335用于安装天线，通过天线进行数据传输、系统配置和数据回收；以太网传输接口337用于连接上位机，进行数据传输、系统配置和数据回收；信号接口338用于以线缆的方式连接传感器。

在一个实施例中，如图6所示，信号同步器40包括：第二端盖锁紧螺钉411、第二上端盖412、第二密封胶条413、第二PCB总成414、第二电池端盖415、第二电池模块416、第二壳体总成417、第二PCB总成螺钉418、第二电池端盖锁紧螺钉419、第二减震垫420和第二减震垫锁紧螺钉421；第二上端盖412与第二壳体总成417配合，形成密封结构，用于从上到下依次安装第二密封胶条413、第二PCB总成414、第二电池端盖415和第二电池模块416；第二密封胶条413用于密封第二上端盖412和第二壳体总成417；第二PCB总成414包括采集器的同步触发电路；第二电池端盖415用于压紧保护第二电池模块416；第二电池模块416用于对信号同步器进行供电；第二PCB总成锁紧螺钉418用于锁紧第二PCB总成414，并接地保护；第二电池端盖锁紧螺钉419用于锁紧第二电池端盖415；第二减震垫420设置于第二壳体总成417底部，用于减震和便于设备放置。

在一个实施例中，如图7所示，第二壳体总成417前面板设置有第二电源充电口431、第二状态指示灯432、第二电源开关按钮433、起爆线接口434和多个同步触发线接口435；第二电源充电口431用于给第一电池模块316充电，通过适配器将220V的交流电转换为直流电源；第二状态指示灯432用于显示电量和触发状态；起爆线接口434为两芯接口，连接起爆线回路，当起爆线回路被炸断时，提供通断信号，触发信号同步器；多个同步触发接口435分别连接采集器，确保同步触发开始采集。

需要注意的是，采集器和信号同步器的各接口与壳体件均具有IP67等级的密封，达到防水防尘的功能。

以上内容是结合具体的实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。