CN111336931A - 一种特种车辆甲板爆轰点背面动态位移测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种特种车辆甲板爆轰点背面动态位移测试方法，采用的测试装置包括激光位移传感器、冲击振动加速度传感器、传感器安装附座、数据采集系统、计算机；激光位移传感器布置在爆轰点对应的车内顶甲板位置上，在临近顶甲板激光位移传感器的位置布置冲击振动加速度传感器，冲击振动加速度传感器在顶甲板内外同一点背对背安装。本发明采用车内顶甲板安装激光位移传感器方式实现激光位移传感器所在的顶甲板安装点和被测甲板爆轰点背面之间的相对位移参数，采用背对背方式安装冲击加速度传感器测试激光位移传感器所在安装面的绝对位移，通过二者的融合计算的方法得到实际的甲板的绝对动态位移参数，解决了爆炸条件下动态位移不可测的难题。

Description

一种特种车辆甲板爆轰点背面动态位移测试方法

技术领域

本发明属于爆破测试领域，涉及一种特种车辆甲板爆轰点背面动态位移测试方法。

背景技术

在特种车辆防护能力考核试验过程中，经常面对无法获得爆炸条件下甲板动态位移过程的问题，该参数是正确仿真并指导设计和系统防护能力评价的重要参数，只能通过设想的位移曲线来代替。目前只能通过仿真方式获取动态位移过程曲线，其可信度不高。

传统方法一般是通过静态位移数据代替动态位移过程数据，但是由于是机械机构的动态收缩过程使得静动态位移过程存在一定差别，故静态测量难以替代动态位移参数，对设计的支撑作用相对也受到一定限制。

发明内容

针对实车无法获得爆炸条件下甲板动态位移过程原因，本发明提供一种特种车辆甲板爆轰点背面动态位移测试方法，该测试方法应用于特种车辆在车底爆破条件下测试爆轰点反面装甲板动态位移测试及其他无法实现直接测试动态位移的应用场合，从而为防护组件设计、防护材料选取、防护能力的评价、防护能力的模拟仿真等提供了必要的基础手段。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明的一个方面提供了一种特种车辆甲板爆轰点背面动态位移测试装置，包括激光位移传感器、冲击振动加速度传感器、传感器安装附座、数据采集系统、计算机；

在爆炸测点背面对应甲板上的车内位置焊接对应的传感器安装附座，用于安装激光位移传感器和冲击振动加速度传感器，激光位移传感器通过传感器安装附座布置在爆轰点对应的车内顶甲板位置上，在临近顶甲板激光位移传感器的位置布置冲击振动加速度传感器，冲击振动加速度传感器在顶甲板内外同一点通过冲击振动加速度传感器安装附座背对背安装；

在车内或者车外距离爆炸点安全距离位置安放数据采集系统，数据采集系统与冲击振动加速度传感器与激光位移传感器之间通过线缆连接；

开启数据采集系统，数据采集系统全程自动采集并记录三个传感器的动态信号，将数据拷贝到计算机中进行分析处理。

进一步的，冲击振动加速度传感器根据冲击大小选择电荷式或者ICP型加速度传感器。

进一步的，在车内安放数据采集系统时，车内线缆要沿着信号传输方向逐一固定；采用数据采集系统车外布置时，线缆应穿过与车体焊接牢固的钢管导入车外的地下，并挖沟埋覆线缆至数据采集系统处。

本发明的另一个方面提供了一种特种车辆甲板爆轰点背面动态位移测试方法，包括如下步骤：

步骤一、将冲击振动加速度传感器反向布置于车辆顶甲板内外同一位置，并将激光位移传感器布置临近冲击振动加速度传感器；

步骤二、进行爆炸冲击试验，采集记录三个传感器的实时信号，对背对背设置的冲击振动加速度传感器冲击加速度信号进行差值处理后，对差值信号进行去零飘、带通滤波和二次积分，获得基准绝对位移信号后，与激光位移测试传感器测试数据融合计算得到底甲板的绝对位移。

进一步的，所述步骤二还包括：

2.1冲击振动加速度传感器所测得加速度为a(t)，则对加速度进行一次积分得到速率v(t)：

其中，a_i为i时刻的加速度采样值；△t为两侧采样之间的时间差，为设置采样频率的倒数；a₀＝0；

2.2对速率进行一次积分可得位移S1：

其中，a(t)为连续时域冲击加速度测试波形；v(t)为连续时域速率波形；s(t)为连续位移波形；v_i为i时刻的速率值；v₀＝0；

2.3计算底甲板实际绝对动态位移；

因爆炸冲击左右底甲板位移运动方向为向上，顶甲板位移方向不确定，则当两者位移方向相同时有

S2+S＝S0+S1

则有，S＝S0+S1-S2

其中，S为底甲板实际绝对动态位移，S0为激光位移传感器静态条件下测量的距离参数，S1、S2分别为冲击振动加速度传感器积分得到顶甲板的动态绝对位移和激光位移传感器测试到的顶甲板和底甲板之间的相对位移信号。

当两者运动方向相反时，则有：

S0＝S1+S2+S

则S＝S0-S1-S2。

本发明的优点：

本发明采用车内顶甲板安装激光位移传感器方式实现激光位移传感器所在的顶甲板安装点和被测甲板爆轰点背面之间的相对位移参数，采用背对背方式安装冲击加速度传感器测试激光位移传感器所在安装面的绝对位移，通过二者的融合计算的方法得到实际的甲板的绝对动态位移参数，解决了爆炸条件下动态位移不可测的难题。

附图说明

图1为本发明特种车辆甲板爆轰点背面动态位移测试安装结构示意图，(a)正视图，(b)侧视图。

图2为本发明绝对位移合成计算示意图，a)顶甲板和底甲板位移方向相同情况，b)顶甲板和底甲板位移方向相反情况。

图中：1为两个冲击振动加速度传感器、2为冲击振动加速度传感器安装附座、3为顶甲板和底甲板、4为激光位移传感器、5激光位移传感器感受点(即爆破点背面位置)

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式进行详细地描述：

图1(a)和(b)是爆炸条件下甲板动态位移的测试传感器安装图，包括动态激光位移传感器及背对背布置的动态冲击振动加速度传感器两个部分。测试前，根据车体高度及可能的位移范围选择激光位移传感器，要求动态激光位移传感器具有良好的抗冲击性、较高的测试精度和高的动态特性，能够满足实车动态位移测试需要；根据实测结果或经验，选择合适量程的冲击振动加速度传感器，根据冲击大小选择电荷式或者ICP型加速度传感器，并按照要求完成传感器标定。在车辆或模拟被试箱体的顶部和底部甲板内外标记与爆轰点垂直对应的位置，并将激光位移传感器布置在爆轰点对应的车内顶甲板位置上，将冲击振动加速度传感器置于车辆顶甲板内外同一位置且与激光位移传感器尽量近的点上(如图1，传感器安装附座采用焊接新式布置，使其具备足够的强度)。

完成采集系统准备，将冲击振动加速度传感器线缆及激光位移传感器线缆连线到测试系统，并进行检查；确认信号正确后，沿着线缆走线方向焊接走线附座，并完成线缆捆扎，待确认信号无误后，根据现场指挥开启测试系统，待爆炸同时，实时采集和记录三个实时信号

对采集数据做分析，对背对背冲击加速度信号进行差值处理后，对差值信号进行去零飘、带通滤波和二次积分，获得基准绝对位移信号后与激光位移测试传感器测试数据融合计算得到动态位移参数。

在进行测试时应选用合适量程的、环境适应性良好的激光位移传感器和冲击加速度传感器，确保试验前传感器完成校准和试验室测试。

在爆炸测点背面对应甲板上的车内位置焊接对应的传感器安装附座，用于安装激光位移传感器，在顶甲板激光位移传感器尽量近的位置布置冲击振动加速度传感器，冲击振动加速度传感器要求在顶甲板内外同一点背对背安装(如图1所示)，并按照要求连接线缆。

在车内或者车外距离爆炸点安全距离位置安放数据采集系统，开始布置线缆，如采用车内布置采集系统方式，采集器隔振措施要到位，防止冲击破坏系统或者使得板卡接触不正常，如采用数据采集系统车外布置测试系统方式，要求测试系统距离爆炸点间留有足够的安全距离，线缆应穿过与车体焊接牢固的钢管导入车外的地下，并挖沟埋覆线缆至采集器处，防止爆炸冲击波对车外线缆的冲击破坏。

在完成线缆初步连接后的初步联调并确认信号正常后，开始着手布置车内线缆，车内线缆要沿着信号传输方向逐一固定，要求固定稳固，固定间隙以20cm左右为宜，确保线缆尽量捆扎牢靠，不会因为线缆相对运动造成信号干扰。

完成线缆布置后，再次开启采集系统，实车采用锤击冲击振动加速度传感器附近甲板方式验证冲击振动加速度传感器工作是否正常，两传感器输出信号幅值相同符号相反，采用移动备用感受点的方式测试激光位移传感器工作是否正常。

按照预定的试验方案和步骤实施试验，采集系统全程自动采集并记录动态信号，并通过事后下载的方式将数据拷贝到计算机中进行分析处理。

本发明的工作原理是这样实现的：

在受到爆炸冲击力作用情况下，特种车辆车体在冲击波作用下开始变形，激光位移传感器测试到变形信号，但是安装激光位移传感器的位置在冲击波作用下也发生了变形，激光位移传感器的安装甲板基准不是绝对零位的静止位置。通过背对背安装冲击振动加速度传感器输出的信号的二次积分可直接测试到该位置的绝对位移信号，通过测试两种信号并进行融合的后处理，从而实现动态位移的测试。

其中，冲击振动加速度传感器所测得加速度为a(t)(单位m/s2)，则对加速度进行一次积分得到速率(单位m/s)：

对速率信号进行一次积分可得位移(单位为m)：

其中，a(t)为连续时域冲击加速度测试波形；

v(t)为连续时域速率波形；

s(t)为连续位移波形；

a_i为i时刻的加速度采样值，a_i经过去零飘、带通滤波处理；

v_i为i时刻的速率值；

a₀＝0；v₀＝0(爆炸过程中为一个加速度为0为开始的冲击过程)

△t为两侧采样之间的时间差，为设置采样频率的倒数。

实际计算时应注意所得到的加速度为背对背安装两冲击传感器信号之差，是冲击信号的二倍关系，应在求得位移后除以2。

获得激光位移传感器测试信号和基准位移信号后，设S1、S2分别为冲击振动加速度传感器积分得到顶甲板的动态绝对位移和激光位移传感器测试到的顶甲板和底甲板之间的相对位移信号，则底甲板实际绝对动态位移为(如图2a)和b))：

因爆炸冲击左右底甲板位移运动方向为向上，顶甲板位移方向不确定，则当顶甲板和底甲板位移方向相同时有

S2+S＝S0+S1

则有，S＝S0+S1-S2

其中，S为底甲板实际绝对位移，S0为激光位移传感器静态条件下测量的距离参数(即顶甲板和底甲板之间的距离)。

当顶甲板和底甲板位移方向相反时，则有：

S0＝S1+S2+S

则S＝S0-S1-S2

实际分析中，应正确选择第一冲击过程的从0到第一个波谷之间的数据作为分析数据，根据加速度传感器信号积分得到位移信号的正负来判断采取哪种计算公式，从而得到正确的冲击动态位移(其余数据段存在次生位移和冲击信号，可视实际分析需求选取数据段)。

Claims (5)

1.一种特种车辆甲板爆轰点背面动态位移测试方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一、将冲击振动加速度传感器反向布置于车辆顶甲板内外同一位置，并将激光位移传感器布置临近冲击振动加速度传感器；

步骤二、进行爆炸冲击试验，采集记录三个传感器的实时信号，对背对背设置的冲击振动加速度传感器冲击加速度信号进行差值处理后，对差值信号进行去零飘、带通滤波和二次积分，获得基准绝对位移信号后，与激光位移测试传感器测试数据融合计算得到底甲板的绝对位移。

2.如权利要求1所述的特种车辆甲板爆轰点背面动态位移测试方法，其特征在于：所述步骤二还包括：

2.1冲击振动加速度传感器所测得加速度为a(t)，则对加速度进行一次积分得到速率v(t)：

其中，a_i为i时刻的加速度采样值；△t为两侧采样之间的时间差，为设置采样频率的倒数；a₀＝0；

2.2对速率进行一次积分可得位移S1：

其中，a(t)为连续时域冲击加速度测试波形；v(t)为连续时域速率波形；s(t)为连续位移波形；v_i为i时刻的速率值；v₀＝0；

2.3计算底甲板实际绝对动态位移；

因爆炸冲击左右底甲板位移运动方向为向上，顶甲板位移方向不确定，则当两者位移方向相同时有

S2+S＝S0+S1

则有，S＝S0+S1-S2

其中，S为底甲板实际绝对动态位移，S0为激光位移传感器静态条件下测量的距离参数，S1、S2分别为冲击振动加速度传感器积分得到顶甲板的动态绝对位移和激光位移传感器测试到的顶甲板和底甲板之间的相对位移信号。

当两者运动方向相反时，则有：

S0＝S1+S2+S

则S＝S0-S1-S2。

3.一种实现权利要求1或2所述的特种车辆甲板爆轰点背面动态位移测试方法，其特征在于：包括激光位移传感器、冲击振动加速度传感器、传感器安装附座、数据采集系统、计算机；

在爆炸测点背面对应甲板上的车内位置焊接对应的传感器安装附座，用于安装激光位移传感器和冲击振动加速度传感器，激光位移传感器通过传感器安装附座布置在爆轰点对应的车内顶甲板位置上，在临近顶甲板激光位移传感器的位置布置冲击振动加速度传感器，冲击振动加速度传感器在顶甲板内外同一点通过冲击振动加速度传感器安装附座背对背安装；

在车内或者车外距离爆炸点安全距离位置安放数据采集系统，数据采集系统与冲击振动加速度传感器与激光位移传感器之间通过线缆连接；

开启数据采集系统，数据采集系统全程自动采集并记录三个传感器的动态信号，将数据拷贝到计算机中进行分析处理。

4.如权利要求3所述的特种车辆甲板爆轰点背面动态位移测试方法，其特征在于：冲击振动加速度传感器根据冲击大小选择电荷式或者ICP型加速度传感器。

5.如权利要求3或4所述的特种车辆甲板爆轰点背面动态位移测试方法，其特征在于：在车内安放数据采集系统时，车内线缆要沿着信号传输方向逐一固定；采用数据采集系统车外布置时，线缆应穿过与车体焊接牢固的钢管导入车外的地下，并挖沟埋覆线缆至数据采集系统处。

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