王蓬鵬

(邢臺(tái)現(xiàn)代職業(yè)學(xué)校，河北 邢臺(tái) 054000)

一 水中爆炸測(cè)試的國(guó)內(nèi)外研究情況綜述

1.研究情況綜述

水中爆炸研究最早出現(xiàn)在文字記載是19世紀(jì)40年代，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，20世紀(jì)60年代，我們國(guó)家科研院所和大專院校開(kāi)始進(jìn)行該項(xiàng)研究工作。比如，清華大學(xué)1965開(kāi)展了該項(xiàng)工作，當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境為水池和水庫(kù)。再比如中國(guó)水利水電科學(xué)研究院在一九八六至一九八八年期間，進(jìn)行了該項(xiàng)工作，工作試驗(yàn)點(diǎn)在廣西。當(dāng)時(shí)他們建造了水域面積1800平方米，最大水深3.5米的試驗(yàn)場(chǎng)所，該試驗(yàn)重點(diǎn)對(duì)水中沖擊波的特性和水下結(jié)構(gòu)受力情況進(jìn)行了研究并取得了如其效果。20世紀(jì)，我國(guó)最大的水利樞紐工程—葛洲壩工程，在大江圍堰拆除中，使用了該技術(shù)如鴨河口電廠進(jìn)水口水下鉆孔爆破。隨后在一系列工程中，比如密云水庫(kù)，豐滿水庫(kù)都采用了該技術(shù)，這些技術(shù)在工程中的大量使用，積累了大量的資料數(shù)據(jù)，豐富了水中爆炸的理論，提高了技術(shù)工作認(rèn)真的操作水平，為我國(guó)在該領(lǐng)域量測(cè)及傳感器的使用奠定了基礎(chǔ)。

2.水中沖擊波測(cè)試技術(shù)發(fā)展情況

如何測(cè)試水中沖擊波是水中測(cè)試技術(shù)的核心，必須在測(cè)試前建立一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)理論上應(yīng)該包括信號(hào)放大等系統(tǒng)如電荷放大器和電壓放大器。記錄分析系統(tǒng)最好是跟隨式放大自記儀、動(dòng)態(tài)分析系統(tǒng)及傳感器。目前較為常見(jiàn)的測(cè)試系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 水中沖擊波測(cè)試系統(tǒng)示意圖

在整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，壓力傳感器的造測(cè)是至關(guān)重要的，壓力傳感器的傳感器件應(yīng)選擇敏感元件比如電石氣、石英等。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展人造陶瓷壓電材料如鋯鈦酸鉛材料也有了廣泛的應(yīng)用，但其穩(wěn)定性較差。在穩(wěn)定性方面天然材料最好。鋯鈦酸鉛材料靈敏度高，價(jià)格低。水中壓力傳感器有兩種，一種是膜片式壁壓傳感器，另一種是壓桿式水中自由場(chǎng)傳感器。兩種傳感器各有特點(diǎn)，在選擇時(shí)應(yīng)根據(jù)達(dá)到的目的進(jìn)行選擇，測(cè)試頻率不同，傳感器的選擇也會(huì)不同，如浪壓力、脈動(dòng)壓力等，不管什么傳感器，對(duì)傳感器的主要要求是工作頻帶必須滿足測(cè)試條件，否則不能用。同時(shí)傳感器必須具有良好的相頻特性和幅頻特性。這樣就必須用較高的價(jià)錢對(duì)傳感器進(jìn)行系統(tǒng)標(biāo)定。如果傳感器生產(chǎn)廠家有定型產(chǎn)品是時(shí)，該標(biāo)定已由廠家完成，試驗(yàn)人員無(wú)須在進(jìn)行價(jià)格高昂的標(biāo)定。

壓電式水中壓力傳感器一般配用高阻輸入電壓放大器或電荷放大器，它們具有信號(hào)放大功能和阻抗轉(zhuǎn)換。電壓放大器的特點(diǎn)：(1)傳感器輸出信號(hào)為電荷;(2)是具有深度負(fù)反饋的高增益放大器，實(shí)質(zhì)是一個(gè)電流電壓轉(zhuǎn)換器;(3)不容易引入現(xiàn)場(chǎng)干擾信號(hào)，電路受連接電纜長(zhǎng)度變化的影響不大，幾乎可忽略不計(jì)，可用于壓電式傳感器遠(yuǎn)距離傳輸放大。(4)可對(duì)靜態(tài)壓力進(jìn)行有效測(cè)量。(5)頻帶寬、靈敏度高、信噪比高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠和重量輕。而電荷放大器是一個(gè)輸入阻抗特高，具有電容負(fù)反饋的高增益運(yùn)算放大器，電荷放大器由電荷變換級(jí)、適調(diào)級(jí)、低通濾波器、高通濾波器、末級(jí)功放、電源幾部分組成。它能直接將產(chǎn)生的電荷正比例的變換為輸出電壓，而且還能改變反饋電容讀數(shù)的大小，即可方便地改變電荷放大器的輸出放大倍數(shù)值，這樣可將不同靈敏度的傳感器進(jìn)行歸一化輸出，而且對(duì)于傳感器電纜的輸入電容也可以忽略不計(jì)，因而測(cè)試分析變得更為簡(jiǎn)便，野外現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試較為方便，其主要缺點(diǎn)是市場(chǎng)價(jià)格較高并且易損壞。在測(cè)試中除采用壓力傳感器外，還可采用壓阻式應(yīng)變式等壓力傳感器時(shí)，配用動(dòng)態(tài)應(yīng)變儀等測(cè)試系統(tǒng)也是較為常見(jiàn)的方法。

二 分布式測(cè)試系統(tǒng)

分布式測(cè)試系統(tǒng)是指通過(guò)因特網(wǎng)和局域網(wǎng)，把分布于各個(gè)測(cè)控點(diǎn)、獨(dú)立完成特定功能的測(cè)量設(shè)備用計(jì)算機(jī)把它們連接起來(lái)，這樣可以達(dá)到測(cè)量資源共享、分散操作、協(xié)同工作、集中管理、負(fù)載均衡、測(cè)量過(guò)程監(jiān)控和設(shè)備診斷等目的的計(jì)算機(jī)測(cè)量網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。它的特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)性、分布性、實(shí)時(shí)性、開(kāi)放性。

在1988年，美國(guó)NASA研究中心在水中從測(cè)試中首先使用了高速分布式仿真測(cè)試系統(tǒng)，測(cè)試系統(tǒng)在美國(guó)第四代戰(zhàn)機(jī)F-22中也有應(yīng)用，比如它的軟件平臺(tái)和硬件平臺(tái)，從而形成了集成測(cè)試系統(tǒng)。

在我國(guó)，許多領(lǐng)域積極開(kāi)展分布式測(cè)量系統(tǒng)的研究和應(yīng)用，該測(cè)量系統(tǒng)的發(fā)展總體來(lái)講進(jìn)展緩慢。部分專業(yè)受國(guó)外技術(shù)封鎖，其發(fā)展受到影響，我國(guó)科研工作者為打破國(guó)外價(jià)格技術(shù)壟斷還在開(kāi)發(fā)符合我國(guó)國(guó)情價(jià)格適中、性能優(yōu)良的分布式測(cè)試系統(tǒng)。

三 水中爆炸的分布式測(cè)試

首先，以水中爆炸的分布式測(cè)試為研究對(duì)象，水中分布著許多測(cè)試點(diǎn)(不少于8個(gè))，對(duì)水中爆炸源信號(hào)沖擊波進(jìn)行測(cè)試。它們的分布是隨機(jī)分布的，不是固定分布的。有的測(cè)試點(diǎn)距離爆炸源遠(yuǎn)，有的距離爆炸源近。

分布式測(cè)試系統(tǒng)在水中爆炸中已有廣泛的應(yīng)用，爆炸信號(hào)的傳送(觸發(fā))是基于分布式測(cè)試系統(tǒng)的。在水中爆炸領(lǐng)域先后進(jìn)行了水中爆炸相似律研究和不同比爆高條件的水面爆炸沖擊波特性研究。在國(guó)防和水電工程中，對(duì)涉及水中爆炸條件的諸多工程項(xiàng)目均進(jìn)行了水中沖擊波的監(jiān)測(cè)和對(duì)周圍建筑結(jié)構(gòu)的安全評(píng)估分析，積累了豐富的資料和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將應(yīng)用于分布式測(cè)試系統(tǒng)，使水中爆炸技術(shù)研究更為快捷、簡(jiǎn)便。

［1］薩格拉斯頓.核武器效應(yīng)［M］.姚琮，黃新渠，譯.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1965.

［2］P庫(kù)爾.水下爆炸［M］.羅耀杰，譯.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，1960.

［3］陸遐齡，孫翠蘭.對(duì)水下鉆孔爆破動(dòng)水壓力研究［J］.水利發(fā)電，1990，5：12 ～13.

［4］賀安之.閻大鵬.現(xiàn)代傳感器原理與應(yīng)用［M］.北京：宇航出版社，2002.94～132.