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靶网测试法在破片初速测试中的应用

发布时间:2019-06-26 03:00 来源:未知 编辑:admin

  靶网测试法在破片初速测试中的应用_电力/水利_工程科技_专业资料。现代测量与实验室管理 文章编号: 1005 - 3387( 2012) 01 - 0013 - 15 靶网测试法在破片初速测试中的应用 2012 年第 1 期 许地鑫 ( 重庆红宇精密工业有限责任

  现代测量与实验室管理 文章编号: 1005 - 3387( 2012) 01 - 0013 - 15 靶网测试法在破片初速测试中的应用 2012 年第 1 期 许地鑫 ( 重庆红宇精密工业有限责任公司试验检测中心,重庆 402760) 摘 要: 在地面爆炸试验中,破片初速测试是一个重要的测试项目,目前比较成熟的测试方法为靶网测试法。本文主要 讨论靶网测试法在破片初速测试中的应用。 关键词: 破片初速测试; 靶网测试法; 应用 中图分类号: TB9 文献标识码: A 0 引言 在破片初速的测试手段中,靶网测试法是比较 成熟的方法。所谓靶网测试法是指利用铜丝或者铜 箔制作成网状靶( 俗称通断靶) 拦截破片从而获取 破片飞行时间的一种测试方法。靶网测试法以其简 洁有效、成本低廉、结果较为可靠的优点,一直在破 片速度测试领域中居主导地位。本文主要讨论靶网 测试法在破片初速测试中的应用。 1 靶网的制作与测试原理 靶网分为通靶和断靶两种,俗称通断靶,通断靶 的一般外形图如图 1 所示。断靶采用在木制框架上 缠绕 1. 8mm ~ 2. 5mm 直径的漆包铜丝线制成,线与 线之间的间距越小效果越好,适合拦截体积较小的 破片。通靶采用在厚纸板或胶木板上印刷 ( 或粘 附) 铜箔形成梳状网制成,其铜箔宽度在 30mm 左右 为宜,铜箔间间距可根据拦截目标大小确定,以被拦 截目标尺寸的 1 /3 ~ 1 /2 为宜,通靶适合用来拦截体 积较大的破片,典型破片如杆条。 号处理电路整形后送入信号采集仪器进行采集,从 而识别出破片飞行的时间信息,经过计算得到某处 的速度数据。靶网测试法的系统框图如图 2 所示。 图 2 测试系统框图 2 靶网测试法在破片初速测试中的应用 2. 1 靶网测试法的基本模型 靶网测速的基本模型如图 3 所示。 图 1 靶网外形图 靶网拦截到破片后产生一个通断信号,经过信 图 3 靶网测速模型 vS = △S /△T ( 1) 式中,△S 为某组靶网间的间距( m) ; △T 为破 片在某组靶网间的飞行时间( s) ; vS 为破片在某组 靶网间的平均速度( m / s) ,等效为破片在离爆心 S 处的存速( m /s) 。 计算破片初速的经验公式为: Ln vS = Ln v0 - αs ( 2) 式中,vS 为 破 片 飞 行 到 离 爆 心 S 处 的 存 速 — 13 — ( m / s) ; v0 为破片的初速( m / s) ; α 为破片的衰减系 数; S 为破片离爆心的距离( m) 。 以图 3 为例,试验中布置两路靶网( 以在爆炸物上 缠绕漆包铜丝线作为零靶) ,测得的原始数据见表 1: 表1 断靶测速原始数据记录 靶距( m) 第1 路 时间( ms) △S11 △T11 △S12 △T12 △S13 △T13 靶距( m) 第2 路 时间( ms) △S21 △T21 △S22 △T22 △S23 △T23 △S14 △T14 △S24 △T24 通过表 1 数据,每路靶网可计算得到 4 组距离 - 速度数据,见表 2。 表2 距离 - 速度数据表 距离( m) S11 S12 S13 S14 第1 路 速度( m /s) ( △S11 ) / ( △S12 ) / ( △S13 ) / ( △S14 ) / ( △T11 ) ( △T12 ) ( △T13 ) ( △T14 ) 距离( m) S21 S22 S23 S24 第2 路 速度( m /s) ( △S21 ) / ( △S22 ) / ( △S23 ) / ( △S24 ) / ( △T21 ) ( △T22 ) ( △T23 ) ( △T24 ) 传统的数据处理方法是利用最小二乘法分别计 算第 1 路和第 2 路的破片初速 vi0 和破片衰减系数 αi ,然后用求算 术 平 均 值 的 方 法 得 出 破 片 最 终 的 初 速 v0 和破片衰减系数 α。用这种数据处理方法获取 的试验结果往往与理论值有很大的差别,数据结果 准确度较低。经过试验观察和理论分析,原因在于 很多靶网拦截到的为非预期破片,即同路靶网拦截 到的破片并不是同一枚破片,还有极个别并非破片 形成的信号,这样就会得到大量无效数据。在进行 数据处理时,用于处理的数据个数较少,每个数据对 计算结果的影响较大,导致结果存在较大的误差。 2. 2 靶网测试法的两类特殊方法 在试验原理不变的情况下,为解决上述问题,提 出两种改进的靶网测试方法。 第一种方法是增加测试靶网的路数,一般要求 靶网的路数不少于 5 路,其靶网布局如图 4。 在试验过程中,可满足以下试验条件: S11 = S21 = S31 = S41 = S51 S12 = S22 = S32 = S42 = S52 S13 = S23 = S33 = S43 = S53 S14 = S24 = S34 = S44 = S54 S15 = S25 = S35 = S45 = S55 实际情况下绝对相等是无法保证的,位置误差 — 14 — 对速度的影响可通过靶网间距的适当调整来控制。 靶网间距越小,测试得出的破片速度越准确,但距离 越小,测试系统的误差对速度的影响也越显著; 二者 均衡,经验认为,靶网间距以 1 ~ 2m 为宜。以靶网 间距 1m 考虑,若位置误差保证在 2cm 以内,则位置 误差对速度的影响约为 2% ,对破片速度而言,2% 以内的误差是可以接受的。 在理想状态下,不同方向上同类型破片在离爆 心相同的距离处速度是相同的。在试验测试中,忽 略不同破片飞行状态的差异,对试验的结果不会产 生太大的影响。如靶网路数大于等于 5 路,则可在 相同距离上得到至少 5 个速度数据。利用 3σ 准则 对相同距离上的测试数据进行处理,可以剔出异常 数据,利用求算术平均值的方法得到某距离处的速 度,理论上该速度更接近于真实值。例如在距爆心 S 处,测试得到 5 个速度数据 v1s 、v2s 、v3s 、v4s 、v5s ,可求 出平均速度 v 平均和标准差 σ。 图 4 实测模型 v平均 = v1S + v2S + v3S 5 + v4S + v5S 槡 σ = Σ( vis - v平均 ) 2 N -1 若 vis - v平均 > 3σ,则剔除该速度数据,直到所 有速度数据满足 vi - v平均 < 3σ 为止,最后对剩余 数据求算术平均值,作为某距离处破片速度的测试 值。经过处理后,可在距爆心不同的 4 个距离上分 别得到一个接近于真实速度的测试数据,数据结果 如表 3。 表3 距离 - 速度数据表 距离 Si( m) S1 S2 S3 S4 速度 vi( m /s) v1 v2 v3 v4 以式( 2) 为数学模型,利用最小二乘法原理对 其进行线性回归,可得到破片的初速 v0 与速度衰减 系数 α。 计算如下: Lnv0 = ΣS2 × ΣLnvs - ΣS × ΣSLnvs nΣS2 - ( ΣS) 2 ( 3) α = nΣSLnvs ( ΣS) - ΣS × Lnvs 2 - nΣS2 ( 4) 第二种方法为回收破片测试衰减系数法。该方 法要求在试验过程中尽可能多的回收到外型完整的 破片,可通过多次试验回收累积,破片的数量以大于 30 枚为宜。对回收到的破片进行编号并逐一称重 建档备用。经验认为,回收到的外形完整的破片是 爆炸后所有破片的典型代表,其在空气中的飞行规 律可反映其它同类型破片的规律。 当回收破片数量满足要求后,进行破片高速发 射试验,试验设备为可发射高速破片的装置。利用 靶网测试法对单枚破片进行测试,获得其在空气中 的速度衰减系数,其测试原理可参照本文前面的内 容。试验完成后对测试得到的速度衰减系数进行必 要的筛选,以其算术平均值作为理论值。试验中需 要注意的是,尽可能控制破片的发射速度,使其速度 接近于爆炸过程中破片的实际速度。高速破片发射 试验的现场布局图如图 5 所示。 确定破片的速度衰减系数后,在破片初速测试 中就可以改变测试模型,该模型可称为等距测试法。 等距测试法的原理是在离爆心相同距离处布置多个 测速靶网( 一般要求靶网个数不少于 25 个) ,测试 原理图如图 6 所示。由于每个方向上只有一个靶 网,可以保证每个靶网拦截到的都是该方向上速度 最快的破片。 图 5 高速发射试验示意图 25 个测试数据,这些数据在数值上是接近或相等 的。参照本文前面提到的 3σ 准则剔出异常数据, 以有效数据的算术平均值作为某距离处的测试值, 该测试值更接近于真实值。按破片初速经验公式 ( 2) ,可计算得到破片的初速度。 3 简化靶网测试法的数据处理 在实际应用中,为节约成本或者对破片速度精 度要求不高,在满足测试要求的前提下可减少靶网 路数和靶网个数。在这种情况下,若能对测试得到 的少量数据进行有效的处理,可以提高数据结果的 准确性。下面的方法主要适用于靶网路数少于或等 于三路的情况,现以最常用的两路四排测速靶为例 进行论述。 图 7 一路四靶模型 在理想状态下,不同方向上同类型破片在离爆 心相同的距离处速度是相同的,在试验测试中,忽略 不同破片飞行状态的差异,对试验结果不会产生太 大的影响。将两路靶网获取的试验数据同时进行最 小二乘法处理,增加参与处理的数据个数,减小单个 数据对结果的影响,可增加结果的准确度。 对一路断靶而言,假设除零靶与第一个断靶间 距稍大而其余相邻断靶之间距离相等,参照图 7,那 么四个断 靶 可 得 9 组 有 效 试 验 数 据,数 据 记 录 见 表 4: 表4 距离—破片存速记录表 离爆心距离( m) S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 破片存速( m / s) v1 v2 v3 v4 v5 v6 v7 v8 v9 图 6 等距测速模型 如图 6 所示,可得到离爆心相同距离处不少于 表 4 中,v1 为第 1 个断靶与爆心中点的瞬时速 度( 平均速度) ; v2 为第 1 个断靶与第 2 个断靶中点 的瞬时速度( 平均速度) ; v3 为第 2 个断靶与第 3 个 断靶中点的瞬时速度( 平均速度) ; v4 为第 3 个断靶 与第 4 个断靶中点的瞬时速度 ( 下转第 18 页) — 15 — 添加浓度 ( mg / kg) 100 实测浓度( mg / kg) BHA BHT 96. 2 88. 8 102 93. 4 98. 5 90 97. 8 88. 8 103 94. 9 98. 3 90. 3 回收率( % ) BHA BHT 96. 2 88. 8 102 93. 4 98. 5 90 97. 8 88. 8 103 94. 9 98. 3 90. 3 平均值( % ) BHA BHT 99. 6 92. 7 变异系数( % ) BHA BHT 2. 60 4. 74 3 讨论 1) 叔丁基羟基茴香醚( BHA) 和二叔丁基对甲 酚( BHT) 在食品中属于限量添加,因此检测出食品 中的添加量是非常必要的,根据食品添加使用标准, 一般食品中添加量不得超过 0. 2g / kg[2]。 2) 如果样品为含油脂样品,用甲醇提取时部分 油脂容易溶解于甲醇中,因此样品提取时需冷冻处 理,使溶解 于 甲 醇 的 油 脂 析 出,冷 冻 后 取 出 要 立 即 过滤。 3) 本检 测 方 法 为 液 相 色 谱 法,前 处 理 简 单 快 捷,根据标准样品的保留时间和二极管阵列检测器 光谱图来定性,对二极管阵列检测器而言,波长误差 在 ± 2nm 之内,色谱条件稳定,比原先气相色谱法、 薄层色谱法,比色法操作简单,方便快捷。 4) 本方法流动相采用了梯度洗脱法,缩短了分 析时间,提高柱效,对样品的组分分离能力有了大大 的提高,增强了仪器的灵敏度,使分析结果的准确度 明显提高。 参考文献: [1] 万素英,赵亚军,李琳,等 . 食品抗氧化剂[M]. 北京: 中国轻工业出版社,1998 [2] 《食品添加剂使用标准》( GB2760 - 2011) ( 上接第 15 页) ( 平 均 速 度 ) ; v5 为 第 2 个 断 靶 与 爆心中点的瞬时速度( 平均速度) ; v6 为第 3 个断 靶与爆心中点的瞬时速度( 平均速度) ; v7 为第 4 个断靶与爆心中点的瞬时速度( 平均速度) ; v8 为 第 1 个断靶与第 3 个断靶中点的瞬时速度( 平均 速度) ; v9 为第 2 个断靶与第 4 个断靶 中 点 的 瞬 时速度( 平均速度) 。 同理,对另一路靶网获取的数据进行同样的处 理,可得另外 9 组数据,如表 5 所示: 表5 距离—破片存速记录表 离爆心距离( m) S10 S11 S12 S13 S14 S15 S16 S17 S18 破片存速( m / s) v10 v11 v12 v13 v14 v15 v16 v17 v18 利用上述 18 组距离 - 速度数据,采用最小二乘 法原理进行处理,可得到准确度较高的破片初速和 破片衰减系数。若靶距与上述假设模型不同,则用 于处理的 数 据 组 数 可 能 有 所 变 化,数 据 处 理 方 法 不变。 4 结论 随着测试技术 的 不 断 发 展,破 片 初 速 的 测 试 方法和手段将越来越先进( 例如国内正处于探索 阶段的激 光 幕 非 接 触 测 试 法 ) ,这 些 先 进 的 方 法 必将极大提升整个测试领域的技术水平。但不 应就此忽视靶网测试法在破片初速测试中的独 特 优 势,靶 网 测 试 法 以 其 简 洁 方 便、成 本 低 廉 的 特 点,只 要 应 用 得 当,必 将 继 续 在 破 片 初 速 测 试 领域中发挥重要作用。 参考文献: [1] 费业泰等. 误差理论与数据处理. 北京: 机械工业出版 社,2005 [2] 范巧成. 测量不确定度评定的简化方法与应用实例. 北京: 中国电力出版社,2007 [3] 吴治隆. 电路分析基础. 重庆: 重庆大学出版社,2004 [4] ( 美) 尼曼,赵桂钦,卜艳萍 译. 电子电路分析与设计. 北京: 电子工业出版社,2006 — 18 —

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