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爆心定位方法

阅读：62发布：2024-02-19

专利汇可以提供爆心定位方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种爆心方位角及爆心位置的测试方法，该方法通过测量点处呈等边三角形分布的3个压力敏感元件分别测量爆炸冲击波到达时间，根据3个压力敏感元件的几何关系及冲击波到达3个压力敏感元件的时间差就可以计算出爆心方位角，根据2个测量点所测爆心方位角结合2个测点的具体位置计算爆心位置。该方法测量爆心所需要的装置结构简单，操作方便，使用时需将测量装置安装在爆炸场地表，对爆炸场不会产生干扰，不会影响其它爆炸参数的测量，而且不易受爆炸冲击及爆炸破片损坏，该方法不受环境光线强度影响，可以用来测定来自测量点任意方位爆心的角度，并计算爆心具体位置。，下面是爆心定位方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种测量爆心方位角及爆心位置的方法，其特征在于，步骤如下：
步骤1：在试验场地构建虚拟直角坐标系；
步骤2：在虚拟坐标系中选定3个点定为测试点，计录测试点坐标T1(x1,y1)、T2(x2,y2)、T3(x3,y3)；
步骤3：在每个测试点地表处嵌入式安装3个压力敏感元件，每个测试点的3个压力敏感元件成等边三角形分布，安装时保证每个测试点有2个压力敏感元件的连线平行于x坐标轴，安装时保证每个测试点的3个压力敏感元件的压力敏感面在同一水平面上，将每个测点的压力敏感元件通过信号电缆连接数据采集仪；
步骤4：试验完毕后，从数据采集仪记录的波形读取爆炸冲击波到达每个测点的压力敏感元件的时间；
步骤5：计算任意一个测试点爆心方位角，作等边三角形ABC，A、B、C三点顺时针方向排列，分别代表该测点的3个压力敏感元件，设等边三角形边长为a，则a代表任意2个压力敏感元件间距离，过A作BC边垂线，交点为D，则D在BC边中心，过D作任意一条线k表示爆心方向，线k与BC边夹角为θ即为爆心方位角，作A、B、C在线k的垂线，交点分别为A’、B’、C’；冲击波到达A、B、C三点的时间与冲击波到达A’、B’、C’三点的时间相同，由步骤4读取分别记为tA、tB、tC，A’到B’的距离记为lA’B’，A’到C’的距离记为lA’C’，A’到D的距离记为l1,B’到D的距离记为l2，C’到D的距离记为l3，则有lA’B’＝l1–l2，lA’C’＝l1+l3，两
点间距离与冲击波到达两点的时间差成正比，则有
求解得到
将步骤4中所测冲击波到达3个压力敏感元件的时间代入公式，其中tB、tC代入连线平行于x轴的2个压力敏感元件处冲击波到达时间，计算所得爆心方位角θ为爆心与测点连线与x坐标轴所成角度；
步骤6：计算爆心坐标，利用步骤5计算所得爆心方位角求解爆心坐标，已知3个测试点坐标T1(x1,y1)、T2(x2,y2)、T3(x3,y3)，3个测试点所测爆心方位角分别为θ1、θ2、θ3，选用3个测试点中的2个，令爆心坐标为(x,y)，列方程式求解得
如果tanθ1＝tanθ2，表明爆心落在所选2个
测试点连线上，无法计算爆心坐标，则需选用测试点3和测试点1或测试点3和测试点2计算爆心坐标，计算公式为：
或

说明书全文

爆心定位方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种爆心定位方法，属于火炸药测试技术领域，主要用于动态爆炸试验爆心方位角及爆心位置的测量。

背景技术

[0002] 为了真实反应实战状态战斗部对目标的毁伤效果，近年来动态爆炸试验越来越多地被用来进行战斗部的毁伤能力评估。而动态爆炸试验与静态爆炸试验相比，由于爆心位置不固定，会影响试样爆炸威力场的构建以及试样对目标毁伤能力的评估，因此进行动态爆炸试验首先需要测定试样爆心位置。

[0003] 目前，动态爆炸试验爆心测量通常基于光测法，利用拍摄爆炸试验过程的高速摄影计算试样的爆炸位置。使用高速摄影进行爆心测定，需在试验场地预定的爆心附近布置2根以上定位标尺，标尺间距用卷尺测得，通过高速摄影仪拍摄的照片读取标尺间的像素数量确定照片中每个像素点对应的距离，即可读取照片中爆心位置。使用高速摄影仪测定爆心的方法存在以下问题：1.定位标尺会对爆炸场产生干扰，影响其它爆炸参数的正常测试；2.高速摄影仪价格昂贵，试验过程有可能被爆炸产生的破片损坏，维修费用较高；3.高速摄影仪的采样频率受环境光线强度影响较重，光线不足时需降低采样频率拍摄，可能无法准确抓拍到有效判读爆心位置的照片；4.使用高速摄影仪测爆心只能测定摄影仪视野内的爆炸过程的爆心位置，可测角度范围有限。

发明内容

[0004] 针对现有技术存在的缺陷或不足，本发明提供一种基于电测法原理的爆心定位方法，利用压力敏感元件测量爆炸产生的冲击波到达时间，根据冲击波到达不同压力敏感元件的时间差计算冲击波传播方向确定爆心方位角及爆心位置。

[0005] 为了实现上述目标，本发明采取如下的技术解决方案：一种爆心定位方法，其特征在于，步骤如下：

[0006] 步骤1：在试验场地构建虚拟直角坐标系；

[0007] 步骤2：在虚拟坐标系中选定3个点定为测试点，计录测试点坐标T1(x1,y1)、T2(x2,y2)、T3(x3,y3)；

[0008] 步骤3：在每个测试点地表处嵌入式安装3个压力敏感元件，每个测试点的3个压力敏感元件成等边三角形分布，安装时保证每个测试点有2个压力敏感元件的连线平行于x坐标轴，安装时保证每个测试点的3个压力敏感元件的压力敏感面在同一水平面上，将每个测点的压力敏感元件通过信号电缆连接数据采集仪；

[0009] 步骤4：试验完毕后，从数据采集仪记录的波形读取爆炸冲击波到达每个测点的压力敏感元件的时间；

[0010] 步骤5：计算任意一个测试点爆心方位角，作等边三角形ABC，A、B、C三点顺时针方向排列，分别代表该测点的3个压力敏感元件，设等边三角形边长为a，则a代表任意2个压力敏感元件间距离，过A作BC边垂线，交点为D，则D在BC边中心，过D作任意一条线k表示爆心方向，线k与BC边夹角为θ即为爆心方位角，作A、B、C在线k的垂线，交点分别为A’、B’、C’。冲击波到达A、B、C三点的时间与冲击波到达A’、B’、C’三点的时间相同，记为tA、tB、tC，A’到B’的距离记为lA’B’，A’到C’的距离记为lA’C’，A’到D的距离记为l1,B’到D的距离记为l2，C’到D的距离记为l3，则有lA’B’＝l1–l2，lA’C’＝l1+l3，两点间距离与冲击波到达两点的时间差成正比，则有求解得到

[0011]

[0012] 将步骤4中所测冲击波到达3个压力敏感元件的时间代入公式，其中tB、tC代入连线平行于x轴的2个压力敏感元件处冲击波到达时间，计算所得爆心方位角θ为爆心与测点连线与x坐标轴所成角度；

[0013] 步骤6：计算爆心坐标，利用步骤5计算所得爆心方位角求解爆心坐标，已知3个测试点坐标T1(x1,y1)、T2(x2,y2)、T3(x3,y3)，3个测试点所测爆心方位角分别为θ1、θ2、θ3，选用3个测试点中的2个，令爆心坐标为(x,y)，列方程式求解得如果tanθ1＝tanθ2，表明爆心落在所选2个
测试点连线上，无法计算爆心坐标，则需选用测试点3和测试点1或测试点2计算爆心坐标，计算公式为：

[0014] 或

[0015]

[0016] 与原爆心测试方法相比，本发明的优点：(1)本发明所用压力敏感元件使用时需埋入试验场地，因此对爆炸场不产生干扰，不影响其它爆炸参数的测试；(2)本发明所用压力敏感元件成本较低，且使用时使用时需埋入试验场地，被爆炸破片损坏的可能性较低；(3)本发明测试原理基于电测法，不受环境光线强度因素影响；(4)本发明可以用来测定任意位置爆心方位角，并可根据所测爆心方位角计算爆心的位置。附图说明

[0017] 图1是依据本发明的一种测试装置结构示意图，图中1.测试底座，2.压力敏感元件，3.定位标线；

[0018] 图2是本发明爆心方位角计算原理图；

[0019] 图3是本发明爆心坐标计算原理图。

具体实施方式

[0020] 下面详细说明本发明的实施方式。

[0021] 实施例1：

[0022] 依据本发明爆心定位方法设计加工一种测试装置参见图1，包括测试底座1、压力敏感元件2和定位标线3。测试底座1为下端开口的圆柱形壳体结构，三个压力敏感元件2均匀分布在测试底座1上端面半径为6厘米的同心圆上，三个压力敏感元件3呈等边三角形分布；定位标线3连接测试底座1上端面圆心和任意一个压力敏感元件2并延伸至测试底座1边沿。

[0023] 选用质量1kg的TNT炸药进行静爆试验，采用本发明爆心定位方法对爆炸中心进行测定。在试验场地建立直角坐标系，x坐标轴指向正东，y坐标轴指向正北，用白灰画出2条坐标轴；为方便计算，将2条坐标轴交点设为测试点，在x坐标轴和y坐标轴上分别各取一点设为测试点，测量并记录3个测试点坐标T1(0，0)、T2(15m，0)、T3(0，12m)；在3个测试点各安装一套图1所示测试装置，安装时保证测试底座1上端面水平且与场地地面平齐，安装时调节测试装置角度使定位标线3指向正北，即y轴正方向，用信号电缆连接压力敏感元件与数据采集仪；在试验场地选取一点作为爆心，布置TNT炸药试样，用卷尺测量并记录爆心坐标(8m，7m)，用作与本发明方法测量计算结果进行比较；静爆试验后，记录各测点压力敏感元件所测冲击波到达时间，结果见表1；

[0024] 表1各测点压力敏感元件所测冲击波到达时间

[0025]

[0026] 将所测结果代入公式

[0027]

[0028] 得各测点爆心方位角，θ1＝41.2°、θ2＝135°、θ3＝-32°；选用任意2个测点坐标值及爆心方位角，代入公式

[0029]

[0030] 计算得爆心坐标(7.998，7.002)。

[0031] 实施例2

[0032] 所用测试装置及试验布局同实施例1，在试验场地建立直角坐标系，x坐标轴指向正东，y坐标轴指向正北，用白灰画出2条坐标轴；3个测试点坐标T1(0，0)、T2(15m，0)、T3(0，12m)；在3个测试点各安装一套图1所示测试装置，安装时保证测试底座1上端面水平且与场地地面平齐，安装时调节测试装置角度使定位标线3指向正北，即y轴正方向，用信号电缆连接压力敏感元件与数据采集仪；在试验场地x坐标轴上选取一点作为爆心，布置TNT炸药试样，用卷尺测量并记录爆心坐标(9m，0m)，用作与本发明方法测量计算结果进行比较；静爆试验后，记录各测点压力敏感元件所测冲击波到达时间，结果见表2；

[0033] 表2各测点压力敏感元件所测冲击波到达时间

[0034]

[0035] 将所测结果代入公式

[0036]

[0037] 得各测点爆心方位角，θ1＝0°、θ2＝-53.13°、θ3＝180°；由于tanθ1＝tanθ2＝0，选用测试点3和另外任意1个测试点的坐标值及爆心方位角计算爆心坐标，将代入公式

[0038]

[0039] 计算得爆心坐标(9.00m，0m)。

[0040] 通过实施例1、实施例2的静态爆炸试验验证，本发明所测爆心坐标与实地用卷尺测量结果一致，说明本发明爆心定位方法原理正确，方法切实可行。测试过程所用测试装置被埋入试验场地，因此对爆炸场不产生干扰，不影响其它爆炸参数的测试；依据本发明爆心定位方法所加工的测试装置成本较高速摄影仪低，且使用时使用时需埋入试验场地，被爆炸破片损坏的可能性较低；本发明测试原理基于电测法，与高速摄影仪测爆心的方法相比，不受环境光线强度因素影响；采用本发明方法可以用来测定任意方向的爆心的方位角，并可根据所测爆心方位角计算爆心的位置。

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