[发明专利]一种监测爆轰波速度变化的系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于爆轰实验技术领域，具体涉及一种监测爆轰波速度变化的系统及方法。

背景技术

爆轰是一种前导冲击波与化学反应强耦合、并且自持传播具有强间断的现象。爆轰波传播速度一般为2000～3000m/s，由于爆轰波运动速度极快，因此难以监测小尺度范围内(例如100mm以内)的爆轰波的速度变化，而爆轰波速度波动却是判断爆轰波传播稳定性的关键依据。通过对爆轰波瞬态速度的测量，可以提高对可燃混合气体爆轰危害的风险评估能力，从而有效的避免或者减小爆轰对人员和财产的危害。

由于爆轰通常是伴随着强光的高速化学反应，因此利用光纤监测爆轰波的光信号，从而获得爆轰波的到达时间，最终计算爆轰波的瞬态速度，在理论上具有可行性。利用光纤测定爆轰速度的先例，在国内外均有报道，如最早的光纤爆速仪是瑞士的康蒂尼托(Kontinito)生产的将六个同步计时器用于七根光纤之间的测量精度可达100ns的爆速仪、以及美国爱迪赛恩公司(IDEASCIENCE)生产的VOD-8型光纤爆速仪。但由于国外的仪器厂商对国内的技术封锁，所以产品价格昂贵。中北大学的姜爱华等研究人员通过11通道光纤测试了爆速的信号。国内主要爆速仪的型号为单段、五段、六段和十段，段数越高，其成本和费用也相应增加。目前国内外生产的设备都是利用光纤技术测量气体爆炸或凝聚炸药的爆炸波速度，由于气相爆轰波传播具有高速、高温、高能等特点，同时由于使用的段数有限，因此很难对气相爆轰波小尺度范围内的瞬态速度进行测量。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明一方面提供一种操作方便、成本较低的监测爆轰波速度的系统，以对爆轰波小尺度范围内的速度变化进行测量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种监测爆轰波速度变化的系统，包括：

一爆轰管，其包括依次连接的点火头、驱动管体以及测试管体，且所述驱动管体和测试管体通过一法兰连通，其中，所述驱动管体的邻近所述点火头一端的内部设有一刚性螺旋结构，所述驱动管体的管壁上设有进气口，并且所述测试管体的管壁上沿其长度方向每隔一段预定间距开设有一开孔，所述测试管体的远离所述法兰一端的管壁上设有出气口；

固定安装在所述测试管体上、并一一对应地穿过所述开孔进入所述测试管体内的光导纤维元件；

一连接至所述光导纤维元件的光电转化装置，其将所述光导纤维元件检测到的光信号转化为相应的电信号；以及

一连接至所述光电转化装置的示波器，其输出与所述电信号对应的波形图，以根据所述波形图获取所述爆轰波在每两个相邻所述光导纤维元件之间的平均速度。

进一步地，所述系统还包括若干沿所述驱动管体的长度方向间隔设置在其管壁上的压力传感器。

进一步地，所述光导纤维元件分别通过一夹套固定安装在所述测试管体上，且所述夹套分别包括一夹套本体以及一设置在该夹套本体的进入所述测试管体内一端的耐高温玻璃。

优选地，所述驱动管体的长度范围为1200～1500mm，管径范围为60～68mm。

优选地，所述测试管体的长度范围为2500～3000mm，管径范围为30～38mm。

优选地，所述预定间距为至100～1500mm。

本发明另一方面提供一种监测爆轰波速度变化的方法，包括以下步骤：

步骤S0，提供根据权利要求1所述的监测爆轰波速度变化的系统；

步骤S1，通过所述进气口向所述驱动管体内引入可燃气体；

步骤S2，触发所述点火器以点燃所述可燃气体，从而在所述驱动管体内形成爆轰波；

步骤S3，通过各所述光导纤维元件检测到达其对应位置的所述爆轰波的光信号；

步骤S4，通过所述光电转化装置将所述光信号转化为相应的电信号；

步骤S5，通过所述示波器输出与所述电信号对应的波形图；以及

步骤S6，根据所述波形图获取所述爆轰波在每两个相邻所述光导纤维元件之间的平均速度。

进一步地，在执行所述步骤S3之前，通过若干沿所述驱动管体的长度方向间隔设置在其管壁上的压力传感器测量所述驱动管体内的压力，以判断所述驱动管体内是否形成爆轰波，如果形成爆轰波，则执行所述步骤S3，否则，返回所述步骤S1。