Acquisizione dati relativi alle prove di detonazione e alle prove di esplosioneSistema di acquisizione dati ad alta velocità per la misurazione della pressione dell'esplosione, delle onde d'urto, degli impulsi e delle vibrazioni nei test con esplosivi.

Che cos’è il test di resistenza alle esplosioni e perché è importante?

La prova di esplosione, detta anche prova di detonazione, consiste nella misurazione controllata degli effetti di pressione, termici e meccanici prodotti da una detonazione o da un altro tipo di rilascio rapido di energia. Copre un'ampia gamma di scale e configurazioni: da un campione di esplosivo di pochi grammi fatto detonare in un tubo d'urto da laboratorio, a un'esplosione in scala reale in una miniera a cielo aperto, a una prova di tiro con munizioni vere in un poligono militare, fino a una prova di carico da esplosione su una facciata di un edificio o su un pannello di un veicolo. In ogni caso, l’obiettivo è lo stesso: trasformare un evento fisico violento e in rapida evoluzione in dati accurati e utilizzabili.

L'importanza di tali dati varia a seconda del settore, ma la posta in gioco è sempre alta:

• Settore minerario. La progettazione delle esplosioni influisce direttamente sulla qualità della frammentazione, sul rischio di proiezione di detriti e sull’entità con cui le vibrazioni del terreno e la sovrapressione dell’aria raggiungono le strutture o le comunità vicine. Misurare le prestazioni effettive delle esplosioni – e non solo modellarle – è il modo in cui gli operatori minerari ottimizzano la progettazione delle esplosioni, convalidano nuove formulazioni di esplosivi e dimostrano la conformità ai limiti normativi relativi all’onda d’urto e alle vibrazioni.

• Ingegneria civile. La progettazione resistente alle esplosioni di facciate, muri anti-esplosione, ponti e altre infrastrutture critiche deve essere verificata in base alle condizioni di carico reali prima che il progetto venga finalizzato, certificato o assicurato. Le prove di resistenza alle esplosioni costituiscono la verifica empirica del fatto che una struttura si comporti effettivamente come previsto dai calcoli di progettazione.

• Difesa. Gli effetti delle armi e degli ordigni esplosivi improvvisati (IED), le prestazioni delle blindature dei veicoli, i dispositivi di protezione e i limiti di esposizione alla sovrapressione da esplosione per il personale vengono tutti caratterizzati tramite prove di esplosione strumentate; tali dati confluiscono direttamente nelle decisioni relative alla protezione delle forze armate e alla sicurezza.

In tutti questi ambiti, i test di resistenza alle esplosioni svolgono anche un ruolo che è facile trascurare: costituiscono il set di dati reali che convalida i modelli numerici e di simulazione su cui i programmi di collaudo fanno sempre più affidamento. L’affidabilità di una simulazione dipende dai dati delle prove fisiche su cui è stata calibrata: ecco perché l’accuratezza del sistema di misurazione sottostante è importante tanto quanto la prova stessa.

Acquisisci l'andamento completo della pressione nel tempo, dalla fase di salita a quella negativa

Un'esplosione produce una curva pressione-tempo caratteristica: un salto quasi istantaneo al picco di pressione all'arrivo del fronte d'urto, un decadimento verso il livello ambientale e, in genere, una fase negativa (al di sotto del livello ambientale) prima che la pressione torni al normale.

Per ricavare dati significativi da tale firma – ai fini della ricerca e sviluppo nel campo degli esplosivi, della verifica della progettazione strutturale o della valutazione dell’esposizione del personale – è necessaria una catena di misurazione che non ne distorca né ne tralasci alcuna parte.

I sistemi Dewesoft sono progettati proprio per soddisfare questa esigenza:

• Frequenze di campionamento fino a 15 MHz per canale su Hardware per l'acquisizione dati SIRIUS XHS garantiscono tempi di salita ben inferiori a un microsecondo, consentendo così di rilevare l'ampiezza di picco effettiva anziché un'approssimazione arrotondata.

• Acquisizione ampia e senza lacune registra l'intera fase positiva e negativa dell'onda, non solo il picco iniziale, in modo da poter calcolare con precisione l'impulso (la pressione integrata nel tempo).

• Canali matematici integrati in DewesoftX calcolare la pressione di picco, il tempo di arrivo, la durata della fase positiva e l'impulso direttamente dalla forma d'onda grezza, senza esportarla in un pacchetto di analisi separato.

• Matrici multipunto – diversi sensori di pressione disposti lungo una linea o una griglia – consentono agli ingegneri di monitorare la propagazione del fronte d’urto e di determinare la velocità e l’attenuazione dell’onda in funzione della distanza, un requisito standard nella caratterizzazione degli esplosivi e nella ricerca sui carichi da esplosione.

Che l’obiettivo sia quello di verificare la validità di un modello di simulazione confrontandolo con dati reali relativi a detonazioni oppure di confermare che un’esplosione in fase di produzione rientri nei limiti normativi di sovrapressione atmosferica, il requisito di fondo è lo stesso: un sistema di misurazione in grado di rilevare l’evento così come si è effettivamente verificato.

Compatibilità diretta e a basso rumore con i sensori di pressione d'esplosione

La pressione d'esplosione viene solitamente misurata utilizzando una delle due tecnologie di sensori disponibili, e l'hardware Dewesoft è progettato per funzionare con entrambe senza necessità di ulteriori operazioni di condizionamento del segnale:

• Sensori di pressione piezoelettrici ICP®/IEPE (elementi al quarzo o alla tormalina, sonde a penna in campo libero o sensori a pressione riflessa) richiedono una sorgente di eccitazione a corrente costante. I moduli Dewesoft SIRIUS XHS forniscono fino a 20 mA di alimentazione IEPE integrata, soddisfacendo il fabbisogno di corrente più elevato specificato da molti sensori di esplosione ad alta frequenza senza la necessità di un amplificatore ICP esterno nel percorso del segnale.

• Sensori di pressione piezoresistivi, spesso utilizzati per misurazioni di lunga durata o accoppiate in corrente continua, in cui la dispersione di carica del sensore piezoelettrico costituirebbe un limite, si collegano tramite i moduli di ingresso di tensione e a ponte di Dewesoft.

Poiché l'integrità del segnale non dipende solo dal sensore stesso, alcuni dettagli assumono particolare rilevanza nell'intera catena di misura – e il team di ingegneri e di assistenza applicativa di Dewesoft è in grado di fornire supporto nella definizione di tutti questi aspetti per un determinato piano di prova:

• Cavi coassiali a bassa capacità per garantire una risposta alle alte frequenze lungo i cavi che collegano il sensore al sistema di registrazione, la cui lunghezza può variare da decine a centinaia di metri o all’interno di un sito minerario.

• Adattamento della frequenza di risonanza e del tempo di salita tra il sensore e la durata prevista dell'impulso, in modo che l'elemento sensibile stesso non diventi il fattore limitante nella misurazione.

• Protezione termica e dai lampi di luce nel caso di sensori montati in prossimità del punto di detonazione, dove il calore radiante e il lampo della palla di fuoco possono influenzare le letture prima ancora che l'onda d'urto meccanica raggiunga il sensore – una modalità di guasto ben documentata, in particolare per gli elementi piezoresistivi.

Questa compatibilità diretta consente a un ingegnere di collaudo di utilizzare trasduttori di pressione PCB, Kistler o altri trasduttori IEPE/ICP e piezoresistivi già certificati per uno standard o un intervallo specifico e di collegarli direttamente a un sistema Dewesoft, anziché dover riprogettare la catena del segnale attorno al sistema di acquisizione dati (DAQ).

Un'unica piattaforma software, dalla configurazione dei sensori al rapporto finale

DewesoftX è incluso in ogni sistema di acquisizione dati Dewesoft e copre l'intero flusso di lavoro di una prova di esplosione, dalla configurazione iniziale dei sensori fino alla reportistica finale:

• Configurazione del sensore e del TEDS con librerie integrate per sensori IEPE/ICP e a ponte, in modo che la sensibilità e le unità di misura dei sensori di pressione siano configurate correttamente prima del primo scatto.

• Attivazione flessibile, tra cui il buffering pre-trigger, i trigger di livello e di pendenza e gli ingressi di trigger esterni (provenienti da un cavo di interruzione, da un comando di detonazione o da un segnale di temporizzazione), in modo che il sistema sia armato e in fase di acquisizione prima che l'evento si verifichi.

• Visualizzazione in tempo reale di ogni canale durante la configurazione e l'esecuzione dei test, in modo da poter verificare lo stato dei sensori e i livelli di segnale prima di un test in produzione, anziché scoprirli solo in seguito analizzando i dati. Poiché il display si aggiorna in tempo reale, i tecnici possono anche esaminare le forme d'onda in arrivo mentre è ancora in corso una registrazione di lunga durata, senza dover attendere che questa giunga al termine.

• Sincronizzazione temporale in un sito di prova di ampie dimensioni, tra cui la sincronizzazione IRIG, GPS e PTP (IEEE 1588), mantiene allineate più unità DAQ allo stesso clock in un’ampia area di brillamento o in un poligono di prova – aspetto importante quando gli array di sensori o le stazioni di riprese sono distribuiti su centinaia di metri o suddivisi tra unità di registrazione indipendenti.

• Registrazione locale ridondante e a prova di guasto. Poiché in genere non è possibile ripetere un test di esplosione, i dati vengono scritti su una memoria non volatile integrata nel sistema man mano che vengono acquisiti, anziché essere conservati solo nella memoria di lavoro; in questo modo, un guasto del sistema dopo l'esplosione non mette a rischio l'unico set di dati prodotto dal test.

• Funzioni matematiche integrate, tra cui il rilevamento dei picchi, il calcolo dell’impulso (integrale), la trasformata FFT e l’analisi dell’ordine, il filtraggio e il confronto tra canali, in modo che l’analisi post-test avvenga nello stesso software in cui sono stati registrati i dati.

• Generazione automatica di report per esportare i risultati elaborati, i grafici e i video in un formato di report strutturato ai fini della revisione interna, della consegna al cliente o della presentazione alle autorità di regolamentazione.

Poiché DewesoftX funziona allo stesso modo su tutte le configurazioni hardware Dewesoft – dall’unità compatta da campo al sistema completo a più chassis – gli ingegneri che apprendono l’uso del software su un programma di prova possono applicare lo stesso flusso di lavoro al programma successivo, indipendentemente dalle variazioni nella portata della strumentazione.

Progettato appositamente per i settori minerario, dell'ingegneria civile e dei programmi di brillamento nel settore della difesa

I test di detonazione ed esplosione coprono un'ampia gamma di applicazioni, ciascuna con requisiti di misurazione diversi:

• Settore minerario: La verifica della progettazione delle esplosioni, lo sviluppo di esplosivi e il monitoraggio della conformità richiedono misurazioni accurate della sovrapressione dell'aria e delle vibrazioni al suolo. Dewesoft supporta sistemi di sensori multipunto per le operazioni di brillamento in produzione e la ricerca e sviluppo nel campo degli esplosivi, dalle misurazioni della pressione di detonazione al monitoraggio delle vibrazioni e dei limiti dell'onda d'urto sulle strutture circostanti.

• Ingegneria civile: Le strutture resistenti alle esplosioni, quali facciate, muri anti-esplosione, ponti e infrastrutture critiche, richiedono la misurazione simultanea di pressione, impulso, deformazione, spostamento e accelerazione. Dewesoft combina questi segnali in un unico sistema DAQ sincronizzato per l’analisi diretta dei carichi da esplosione e della risposta strutturale.

• Difesa: Dai tubi d’urto e dalla caratterizzazione degli ordigni esplosivi alle prove di protezione dei veicoli e del personale, le applicazioni nel settore della difesa richiedono elevate frequenze di campionamento, numerosi canali sincronizzati, video ad alta velocità e hardware da campo resistente. I sistemi Dewesoft si adattano sia agli esperimenti di laboratorio che alle prove sul campo su scala reale e supportano il funzionamento remoto per garantire una maggiore sicurezza durante le prove.

In tutte queste applicazioni, la sfida è la stessa: rilevare con precisione eventi esplosivi rapidi e di elevata ampiezza, nonché i loro effetti, su ogni canale di misurazione.