分布式测试系统在水中爆炸中的应用

王蓬鹏

(邢台现代职业学校，河北 邢台 054000)

一 水中爆炸测试的国内外研究情况综述

1.研究情况综述

水中爆炸研究最早出现在文字记载是19世纪40年代，随着科学技术的进步，20世纪60年代，我们国家科研院所和大专院校开始进行该项研究工作。比如，清华大学1965开展了该项工作，当时实验环境为水池和水库。再比如中国水利水电科学研究院在一九八六至一九八八年期间，进行了该项工作，工作试验点在广西。当时他们建造了水域面积1800平方米，最大水深3.5米的试验场所，该试验重点对水中冲击波的特性和水下结构受力情况进行了研究并取得了如其效果。20世纪，我国最大的水利枢纽工程—葛洲坝工程，在大江围堰拆除中，使用了该技术如鸭河口电厂进水口水下钻孔爆破。随后在一系列工程中，比如密云水库，丰满水库都采用了该技术，这些技术在工程中的大量使用，积累了大量的资料数据，丰富了水中爆炸的理论，提高了技术工作认真的操作水平，为我国在该领域量测及传感器的使用奠定了基础。

2.水中冲击波测试技术发展情况

如何测试水中冲击波是水中测试技术的核心，必须在测试前建立一个测试系统，该系统理论上应该包括信号放大等系统如电荷放大器和电压放大器。记录分析系统最好是跟随式放大自记仪、动态分析系统及传感器。目前较为常见的测试系统如图1所示。

图1 水中冲击波测试系统示意图

在整个测试过程中，压力传感器的造测是至关重要的，压力传感器的传感器件应选择敏感元件比如电石气、石英等。随着科学技术的发展人造陶瓷压电材料如锆钛酸铅材料也有了广泛的应用，但其稳定性较差。在稳定性方面天然材料最好。锆钛酸铅材料灵敏度高，价格低。水中压力传感器有两种，一种是膜片式壁压传感器，另一种是压杆式水中自由场传感器。两种传感器各有特点，在选择时应根据达到的目的进行选择，测试频率不同，传感器的选择也会不同，如浪压力、脉动压力等，不管什么传感器，对传感器的主要要求是工作频带必须满足测试条件，否则不能用。同时传感器必须具有良好的相频特性和幅频特性。这样就必须用较高的价钱对传感器进行系统标定。如果传感器生产厂家有定型产品是时，该标定已由厂家完成，试验人员无须在进行价格高昂的标定。

压电式水中压力传感器一般配用高阻输入电压放大器或电荷放大器，它们具有信号放大功能和阻抗转换。电压放大器的特点：(1)传感器输出信号为电荷;(2)是具有深度负反馈的高增益放大器，实质是一个电流电压转换器;(3)不容易引入现场干扰信号，电路受连接电缆长度变化的影响不大，几乎可忽略不计，可用于压电式传感器远距离传输放大。(4)可对静态压力进行有效测量。(5)频带宽、灵敏度高、信噪比高、结构简单、工作可靠和重量轻。而电荷放大器是一个输入阻抗特高，具有电容负反馈的高增益运算放大器，电荷放大器由电荷变换级、适调级、低通滤波器、高通滤波器、末级功放、电源几部分组成。它能直接将产生的电荷正比例的变换为输出电压，而且还能改变反馈电容读数的大小，即可方便地改变电荷放大器的输出放大倍数值，这样可将不同灵敏度的传感器进行归一化输出，而且对于传感器电缆的输入电容也可以忽略不计，因而测试分析变得更为简便，野外现场测试较为方便，其主要缺点是市场价格较高并且易损坏。在测试中除采用压力传感器外，还可采用压阻式应变式等压力传感器时，配用动态应变仪等测试系统也是较为常见的方法。

二 分布式测试系统

分布式测试系统是指通过因特网和局域网，把分布于各个测控点、独立完成特定功能的测量设备用计算机把它们连接起来，这样可以达到测量资源共享、分散操作、协同工作、集中管理、负载均衡、测量过程监控和设备诊断等目的的计算机测量网络系统。它的特点是动态性、分布性、实时性、开放性。

在1988年，美国NASA研究中心在水中从测试中首先使用了高速分布式仿真测试系统，测试系统在美国第四代战机F-22中也有应用，比如它的软件平台和硬件平台，从而形成了集成测试系统。

在我国，许多领域积极开展分布式测量系统的研究和应用，该测量系统的发展总体来讲进展缓慢。部分专业受国外技术封锁，其发展受到影响，我国科研工作者为打破国外价格技术垄断还在开发符合我国国情价格适中、性能优良的分布式测试系统。

三 水中爆炸的分布式测试

首先，以水中爆炸的分布式测试为研究对象，水中分布着许多测试点(不少于8个)，对水中爆炸源信号冲击波进行测试。它们的分布是随机分布的，不是固定分布的。有的测试点距离爆炸源远，有的距离爆炸源近。

分布式测试系统在水中爆炸中已有广泛的应用，爆炸信号的传送(触发)是基于分布式测试系统的。在水中爆炸领域先后进行了水中爆炸相似律研究和不同比爆高条件的水面爆炸冲击波特性研究。在国防和水电工程中，对涉及水中爆炸条件的诸多工程项目均进行了水中冲击波的监测和对周围建筑结构的安全评估分析，积累了丰富的资料和实践经验。

随着科学技术的发展，互联网技术将应用于分布式测试系统，使水中爆炸技术研究更为快捷、简便。

［1］萨格拉斯顿.核武器效应［M］.姚琮，黄新渠，译.北京：国防工业出版社，1965.

［2］P库尔.水下爆炸［M］.罗耀杰，译.北京：国防工业出版社，1960.

［3］陆遐龄，孙翠兰.对水下钻孔爆破动水压力研究［J］.水利发电，1990，5：12 ～13.

［4］贺安之.阎大鹏.现代传感器原理与应用［M］.北京：宇航出版社，2002.94～132.