一种基于水击波信号的电子雷管水下爆炸威力测试装置

技术领域

本发明涉及电子雷管测试领域，尤其涉及一种基于水击波信号的电子雷管水下爆炸威力测试装置。

背景技术

水下爆破的重要性非常高，无论是大坝施工中围堰的拆除，还是排淤工程、采矿工程、土建工程等，都会遇到需要水下爆破的情况。水下爆破需要严格控制药量、并且能够安全高效起爆，以免造成对水下工程的额外损伤。

电子雷管作为一种安全可靠、高精度、智能型、环保型、性能优良的起爆器材，十分适应水下爆破工程实际的需要。而公安部会同工信部在2018年贵州召开的全国民爆行业智能制造现场推广会，提出要求各省电子雷管使用率每年递增不得低于20％，到2022年底，基本实现电子雷管全面使用。基于工程实际对于控制药量、提高爆破效率的需要，对电子雷管水下爆炸威力的量化评价是必要的。

而现有的一些电子雷管水下爆炸威力的测试装置和评价方法，公式和实验装置较为复杂，不能普遍用于工程现场。

发明内容

为了提供上述问题的解决方法，本发明提出了一种操作简便、安全、高效、环保、较精确的一种基于水击波信号的电子雷管水下爆炸威力测试装置。

一种基于水击波信号的电子雷管水下爆炸威力测试装置，其中，包括测试安装框架、水下冲击波传感器；所述测试安装框架为双层环形框架，双层环形框架包括水平方向的上层安装环和水平方向的下层安装环，上层安装环与下层的安装环之间通过连接竖杆固定连接；水下冲击波传感器有两个及两个以上，水下冲击波传感器设置在上层安装环与下层安装环之间的一水平面上，水下冲击波传感器按照同一圆心同一半径的环形圆周上均匀分布，待测电子雷管设置在该环形圆周的圆心上，待测电子雷管与各水下冲击波传感器设置在同一水平面上；

所述双层环形框架的上层设置有浮力装置漂浮在水中；

所述双层环形框架上设置有用于控制双层环形框架稳定于水中的维持装置。

进一步的，所述的基于水击波信号的电子雷管水下爆炸威力测试装置，其中，所述双层环形框架的上层安装环、下层安装环的半径R1均满足R1≥2m，m为米；上层安装环、下层安装环结构相同，均为两段或两段以上弧形边框组成；上层安装环与下层的安装环之间的连接竖杆设置为两头是外丝；上层安装环用于连接对应竖杆位置处的两相邻弧形边框与对应的连接竖杆之间采用内丝的三接口套筒连接，下层安装环用于连接对应竖杆位置处的两相邻弧形边框与对应的连接竖杆之间采用内丝的三接口套筒连接，上层安装环、下层安装环中两两相邻的弧形边框均通过内丝的对接口套筒连接。

进一步的，所述的基于水击波信号的电子雷管水下爆炸威力测试装置，其中，所述双层环形框架的上层安装环、下层安装环之间沿圆周均匀对称设置有多条竖向的拉紧的金属丝，电子雷管位置处设置有一水平径向的金属丝，该水平径向的金属丝的两端分别对应拉紧固定在上层安装环、下层安装环之间连接设置的一对对称竖向金属丝上；所述测试电子雷管连接有起爆线路，在电子雷管与起爆线路相接端的5cm内的部分用金属丝与所述拉紧的径向的金属丝进行固定连接，通过上层安装环伸出，对起爆线路在上层安装环上沿其中一直径设置的金属丝的中点即圆心处施加约束固定，所述水下冲击波传感器连接有信号线路，该传感器信号线路沿所述上层安装环、下层安装环之间连接的拉紧的竖向金属丝布置，所述传感器信号线路与相应竖向金属丝约束在一起并通过上层安装环伸出，并对传感器信号线路在上层安装环处施加约束固定；所述上层安装环、下层安装环之间连接的竖向拉紧的金属丝与所述各竖杆分离设置，用于避免竖杆宽度影响传感器接收信号的质量。

进一步的，所述的基于水击波信号的电子雷管水下爆炸威力测试装置，其中，所述双层环形框架的上层设置的浮力装置为环形浮板，环形浮板的外周半径大于双层环形框架的上层安装环、下层安装环；所述维持装置为至少两根牵拉在双层环形框架上的牵拉线，牵拉线按圆周均分的方式均匀设置在双层环形框架的上层安装环的圆周上；牵拉线分别牵拉固定在两岸或者连接固定在船体外伸出的约束支架上。

进一步的，所述的基于水击波信号的电子雷管水下爆炸威力测试装置，其中，所述竖杆分别垂直于上层安装环、下层安装环，各竖杆沿上层安装环、下层安装环的环形圆周均匀排布，竖杆布排不少于三柱；竖杆与待增加的增长竖杆间通过双接口的内丝套筒拼接延长。

所述的基于水击波信号的电子雷管水下爆炸威力测试装置，其中，所述竖杆单根长度为1m；

所述上层安装环、下层安装环、竖杆、三接口套筒、对接口套筒仅采用密度不小于2g/cm

一种在基于水击波信号的电子雷管水下爆炸威力测试装置基础上进行的电子雷管水下爆炸威力测试方法，其中，包括以下步骤：

步骤一：选择规定水深的测试水域，所述测试水域水深应满足深度H≥2m，所述水域水面风浪相对高度不大于0.5cm，满足水深要求的水域水平直径不应小于6m；

步骤二：安装和放置测试装置，通过带内丝的套筒拼接圆环部件和竖杆组成双层环形框架，在环形框架上下层之间选定一水平的环形用于安置电子雷管和水下冲击波传感器——在所述环形的圆周处均匀布置水下冲击波传感器，传感器数目不少于2支，在所述平面的圆心处布置测试电子雷管，并连接起爆线路和信号线路，所述信号线路沿着上层安装环、下层安装环之间设置的拉紧的金属丝布置，所述信号线路与拉紧的金属丝约束固定在一起，通过上层安装环伸出，对信号线路在上层安装环处施加约束固定；所述起爆线路在电子雷管与起爆线路相接端的5cm内用金属丝，和框架上拉紧的金属丝进行固定连接，通过上层安装环伸出，对起爆线路在上层安装环沿其中一直径所设置金属丝的中点，即圆心处施加约束固定；所述金属丝与竖杆分离，用于避免竖杆宽度影响传感器接收信号的质量；

步骤三：在规定水域中，放入测试装置；在所述测试装置上层连接直径大于圆环的环形浮板，连接维持装置后漂浮稳定在水中；所述双层环形框架的上层安装环、下层安装环的外周边缘任意一点与岸边距离L1满足L1≥1m；

步骤四：起爆电子雷管，通过传感器采集水击波信号，得到P-t曲线，获取水下爆炸冲击波压力峰值等参数；

步骤五：分别记录所设n个传感器测得的最大峰值压力并取平均值，其中n≥2，将该值代入公式计算出电子雷管的TNT当量；具体包括如下子步骤：

(5-1)根据所得到的波形文件，确定最大峰值压力，记为P

(5-2)求出n个最大峰值压力的平均值：

式中：

P

n——单次实验所测试数据的总个数，即布设传感器的总支数；

(5-3)将公式{1}的结果代入公式{2}，计算出测试电子雷管的等效TNT当量:

式中：

Q——电子雷管的等效TNT当量，kg；

R2——电子雷管与传感器的距离，m；

K，α——与介质有关的系数。

进一步的，所述的一种基于水击波信号的电子雷管水下爆炸威力测试方法，其中：电子雷管与传感器间距R2≥2m，同时传感器与水域边界的间距应满足L2≥1m。

进一步的，所述的一种基于水击波信号的电子雷管水下爆炸威力测试方法，其中：所述测试水域水深满足H≥2m，所述待测试电子雷管距水底深度应满足h

进一步的，所述的一种基于水击波信号的电子雷管水下爆炸威力测试方法，其中：对于步骤五所测n个数据，剔除最大值、最小值，之后计算。

本发明提出了一种操作简便、安全、高效、环保、较精确的基于水击波信号的电子雷管水下爆炸威力测试装置和测试方法，能在爆破工程中随时测量电子雷管的水下爆炸威力，以提供关键参数，方便因地制宜规划安排炸药用量；此外，本发明简单易操作，测试装置可快速安装，能够满足在工程现场进行电子雷管爆炸威力测试的要求；本发明测试效率高，分析结果可靠；本发明结构简单有效，可灵活布置起爆网络；本发明安全、无噪声污染。

附图说明

图1是电子雷管与传感器布置方位侧面示意图；

图2是电子雷管与传感器布置方位平面示意图；

图3是水击波测试仪记录的波形图；

图4是双层环形框架立面图；

图5是测试装置施工安装图；

图6是船体外伸支架固定测试装置图；

图7是两岸拉线固定测试装置图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于水击波信号的电子雷管水下爆炸威力测试装置，其中，包括测试安装框架、水下冲击波传感器；所述测试安装框架为双层环形框架，双层环形框架包括水平方向的上层安装环和水平方向的下层安装环，上层安装环与下层的安装环之间通过连接竖杆固定连接；水下冲击波传感器有两个及两个以上，水下冲击波传感器设置在上层安装环与下层安装环之间的一水平面上，水下冲击波传感器按照同一圆心同一半径的环形圆周上均匀分布，待测电子雷管设置在该环形圆周的圆心上，待测电子雷管与各水下冲击波传感器设置在同一水平面上；所述双层环形框架的上层设置有浮力装置漂浮在水中；所述双层环形框架上设置有用于控制双层环形框架稳定于水中的维持装置。见图1所示的电子雷管与传感器布置方位侧面示意图以及图2所示的电子雷管与传感器布置方位平面示意图。

图4是双层环形框架立面图；图5是测试装置施工安装图；所述双层环形框架的上层安装环1、下层安装环6的半径R1均满足R1≥2m，m为米；上层安装环1、下层安装环6结构相同，均为两段或两段以上弧形边框组成；上层安装环与下层的安装环之间的连接竖杆4设置为两头是外丝；上层安装环1用于连接对应竖杆位置处的两相邻弧形边框与对应的连接竖杆之间采用内丝的三接口套筒3连接，下层安装环6用于连接对应竖杆4位置处的两相邻弧形边框与对应的连接竖杆之间采用内丝的三接口套筒连接，如果上层安装环、下层安装环分设的弧形边框比较多，可以将两两相邻的弧形边框通过内丝的对接口套筒连接。

如图5，所述双层环形框架的上层安装环1、下层安装环6之间沿圆周均匀对称设置有多条竖向的拉紧的金属丝11，电子雷管10位置处设置有一水平径向的金属丝11，该水平径向的金属丝11的两端分别对应拉紧固定在上层安装环1、下层安装环6之间连接设置的一对对称竖向金属丝11上；所述测试电子雷管10连接有起爆线路7，在电子雷管10与起爆线路7相接端的5cm内的部分用金属丝与所述拉紧的径向的金属丝11进行固定连接，通过上层安装环1伸出，对起爆线路7在上层安装环1上沿其中一直径设置的金属丝的中点即圆心处施加约束固定，所述水下冲击波传感器9连接有信号线路8，该传感器信号线路8沿所述上层安装环1、下层安装环6之间连接的拉紧的金属丝11布置，所述传感器信号线路8与拉紧的金属丝11约束在一起，通过上层安装环1伸出，并对传感器信号线路8在上层安装环1处施加约束固定；所述上层安装环1、下层安装环6之间连接的拉紧的金属丝11与所述各竖杆4分离设置，用于避免竖杆宽度影响传感器接收信号的质量。

所述双层环形框架的上层设置的浮力装置为环形浮板2，环形浮板2的外周半径大于双层环形框架的上层安装环1、下层安装环6；所述维持装置为至少两根牵拉在双层环形框架上的牵拉线，牵拉线按圆周均分的方式均匀设置在双层环形框架的上层安装环的圆周上；牵拉线分别牵拉固定在两岸或者连接固定在船体外伸出的约束支架上。图6是船体外伸约束支架固定测试示意图，图7是两岸拉线固定测试示意图。

所述竖杆4分别垂直于上层安装环1、下层安装环6，各竖杆4沿上层安装环1、下层安装环6的环形圆周均匀排布，竖杆4布排不少于三柱；竖杆4与待增加的增长竖杆4间通过双接口的内丝套筒5拼接延长。

所述竖杆单根长度为1m；

所述上层安装环、下层安装环、竖杆、三接口套筒、对接口套筒仅采用密度不小于2g/cm

本发明还提供了一种在基于水击波信号的电子雷管水下爆炸威力测试装置基础上进行的电子雷管水下爆炸威力测试方法，其中，包括以下步骤：

步骤一：选择规定水深的测试水域，所述测试水域水深应满足深度H≥2m，所述水域水面风浪相对高度不大于0.5cm，满足水深要求的水域水平直径不应小于6m；

步骤二：安装和放置测试装置，通过带内丝的套筒拼接圆环部件和竖杆组成双层环形框架，在环形框架上下层之间选定一水平的环形用于安置电子雷管和水下冲击波传感器——在所述环形的圆周处均匀布置水下冲击波传感器，传感器数目不少于2支，在所述平面的圆心处布置测试电子雷管，并连接起爆线路和信号线路，所述信号线路沿着上层安装环、下层安装环之间设置的拉紧的金属丝布置，所述信号线路与拉紧的金属丝约束固定在一起，通过上层安装环伸出，对信号线路在上层安装环处施加约束固定；所述起爆线路在电子雷管与起爆线路相接端的5cm内用金属丝，和框架上拉紧的金属丝进行固定连接，通过上层安装环伸出，对起爆线路在上层安装环沿其中一直径所设置金属丝的中点，即圆心处施加约束固定；所述金属丝与竖杆分离，用于避免竖杆宽度影响传感器接收信号的质量；

步骤三：在规定水域中，放入测试装置；在所述测试装置上层连接直径大于圆环的环形浮板，连接维持装置后漂浮稳定在水中；所述双层环形框架的上层安装环、下层安装环的外周边缘任意一点与岸边距离L1满足L1≥1m；

步骤四：起爆电子雷管，通过传感器采集水击波信号，得到P-t曲线，获取水下爆炸冲击波压力峰值等参数；

步骤五：分别记录所设n个传感器测得的最大峰值压力并取平均值，其中n≥2，将该值代入公式计算出电子雷管的TNT当量；具体包括如下子步骤：

(5-1)根据所得到的波形文件，确定最大峰值压力，记为P

(5-2)求出n个最大峰值压力的平均值：

式中：

P

n——单次实验所测试数据的总个数，即布设传感器的总支数；图3是水击波测试仪记录的波形图；

(5-3)将公式{1}的结果代入公式{2}，计算出测试电子雷管的等效TNT当量:

式中：

Q——电子雷管的等效TNT当量，kg；

R2——电子雷管与传感器的距离，m；

K，α——与介质有关的系数。

进一步的，所述的一种基于水击波信号的电子雷管水下爆炸威力测试方法，其中：电子雷管与传感器间距R2≥2m，同时传感器与水域边界的间距应满足L2≥1m。

进一步的，所述的一种基于水击波信号的电子雷管水下爆炸威力测试方法，其中：所述测试水域水深满足H≥2m，所述待测试电子雷管距水底深度应满足h

进一步的，所述的一种基于水击波信号的电子雷管水下爆炸威力测试方法，其中：对于步骤五所测n个数据，剔除最大值、最小值，之后计算。

下面提供一个实施例对本发明进行进一步说明。选择一片规定水深的水域，布置电子雷管和传感器，如图1和图2所示。安装测试装置和连接线路，如图4和图5所示。固定测试装置使其在指定的位置，如图6图7所示。安装并连接完实验装置后，起爆电子雷管，通过传感器采集水击波波形，将测得的数据进行处理，最终得到的波形图像如图3所示，由波形图获取水下爆炸冲击波压力峰值等参数，通过公式计算出测试电子雷管的TNT当量值。

具体实施过程如下：

步骤一：选择一片规定水深水域，所述水域水深应满足H＝4m，所述水域水面风浪相对高度不大于0.5cm，满足水深要求的水域水平直径为6m；

步骤二：组装测试装置，通过带内丝的套筒拼接圆环部件和竖杆组成双层环形框架，在环形框架上下层之间选定一水平的环形用于安置电子雷管和水下冲击波传感器——在所述环形的圆周处均匀布置水下冲击波传感器，传感器数目不少于2支，在所述平面的圆心处布置测试电子雷管，并连接起爆线路和信号线路，所述信号线路沿着上下层框架间设置的拉紧的金属丝布置，所述信号线路与拉紧的金属丝约束在一起，通过上层安装环伸出(对信号线路在上层安装环处施加约束)；所述起爆线路在电子雷管与起爆线路相接端的5cm内用金属丝，和框架上拉紧的金属丝进行固定连接，通过上层安装环伸出(对起爆线路在上层安装环沿某一直径所设置金属丝的中点，即框架圆心处施加约束)；所述金属丝不和竖杆重合，其作用是避免竖杆宽度影响传感器接收信号的质量；

步骤三：检查装置连接情况，在规定水深水域中，放入测试装置；所述测试装置上层设置有直径大于圆环的环形浮板，辅助装置漂浮在水中，所述维持装置漂浮在水中的主要手段为通过两岸拉线施加约束。所述装置圆周上任意一点与岸边距离L1满足L1≥1m。

步骤四：起爆电子雷管，通过传感器采集水击波信号，得到P-t曲线，获取水下爆炸冲击波压力峰值等参数。

步骤五：分别记录所设4个传感器测得的最大峰值压力并取平均值，将该值代入公式计算出电子雷管的TNT当量；具体包括如下子步骤：

(1)根据所得到的波形文件，确定最大峰值压力，记为P

(2)求出4个最大峰值压力的平均值：

式中：

P

(3)将公式{1}的结果代入公式{2}，算出测试电子雷管的等效TNT当量:

式中：

Q——电子雷管的等效TNT当量，kg；

R2——电子雷管与传感器的距离，m；

K，α——与介质有关的系数，分别取4000，1.13。

以上所述为本发明的最佳实施例，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍落入本发明专利的保护范围内。