폭파 시험 및 폭발 시험 데이터 수집폭발 시험에서 폭발 압력, 충격파, 임펄스 및 진동을 측정하기 위한 고속 데이터 수집 장치(DAQ).

폭발 시험이란 무엇이며, 왜 중요한가요?

폭발 시험(Blast testing)은 폭발 또는 기타 급격한 에너지 방출로 인해 발생하는 압력, 열적, 기계적 영향을 통제된 조건 하에서 측정하는 것을 말합니다. 이 시험은 실험실 충격관 내에서 몇 그램의 폭발물 시료를 기폭하는 것부터, 노천 광산에서의 실물 규모 생산 폭파, 국방 사격장에서의 실사격 시험, 건물 외벽이나 차량 패널에 가해지는 폭발 하중 시험에 이르기까지 광범위한 규모와 설정을 포괄합니다. 모든 경우에서 목표는 동일합니다. 즉, 격렬하고 빠르게 진행되는 물리적 현상을 정확하고 활용 가능한 데이터로 전환하는 것입니다.

해당 데이터가 중요한 이유는 산업마다 다르지만, 그 중요성은 언제나 매우 큽니다:

• 광업. 발파 설계는 파편 분산 품질, 비산암석 위험, 그리고 지반 진동 및 공기 과압이 인근 구조물이나 주거 지역에 미치는 영향 범위에 직접적인 영향을 미칩니다. 단순한 모델링에 그치지 않고 실제 발파 성능을 측정함으로써, 광산 운영사는 발파 설계를 최적화하고, 새로운 폭발물 배합을 검증하며, 법정 공기 충격파 및 진동 제한 기준을 준수함을 입증할 수 있습니다.

• 토목공학. 외벽, 방폭벽, 교량 및 기타 중요 인프라에 적용되는 내폭 설계는 설계가 최종 확정되거나 인증을 받거나 보험에 가입되기 전에 실제 하중 조건에 대해 검증되어야 합니다. 폭발 시험은 구조물이 설계 계산에서 예측한 대로 실제로 성능을 발휘하는지 여부를 실증적으로 확인하는 과정입니다.

• 방어. 무기 및 즉석폭발장치(IED)의 효과, 차량 장갑 성능, 보호 장비, 그리고 인원에 대한 폭발 과압 노출 한도 등은 모두 계측 장비를 활용한 폭발 시험을 통해 규명되며, 이러한 데이터는 부대 보호 및 안전 관련 의사결정에 직접 반영됩니다.

이 모든 과정에서 폭발 시험은 간과하기 쉬운 역할을 수행하기도 합니다. 바로 테스트 프로그램들이 점점 더 많이 의존하고 있는 수치 및 시뮬레이션 모델의 타당성을 입증하는 실제 데이터 세트 역할을 하는 것입니다. 시뮬레이션의 신뢰도는 이를 보정하는 데 사용된 물리적 시험 데이터의 신뢰도에 달려 있습니다. 바로 이 때문에 기초가 되는 측정 시스템의 정확도는 시험 자체만큼이나 중요합니다.

압력 상승 단계부터 음의 단계에 이르기까지 전체 압력-시간 이력을 기록하십시오.

폭발이나 폭발 현상은 뚜렷한 압력-시간 특성을 나타냅니다. 즉, 충격파 전선이 도달함에 따라 압력이 거의 순간적으로 최고치에 도달한 뒤, 주변 압력 수준으로 다시 감소하며, 일반적으로 압력이 회복되기 전에 음의(주변 압력 이하) 단계가 나타납니다.

폭발물 연구 개발, 구조 설계 검증 또는 인체 노출 평가를 위해 해당 신호에서 의미 있는 데이터를 추출하려면, 신호의 어떤 부분도 왜곡하거나 생략하지 않는 측정 체인이 필요합니다.

Dewesoft 시스템은 다음과 같은 요구 사항을 기반으로 구축되었습니다:

• 채널당 최대 15 MHz의 샘플링 속도 ~에 SIRIUS XHS 데이터 수집 하드웨어 상승 시간이 1마이크로초보다 훨씬 짧게 측정되므로, 반올림된 근사값이 아닌 실제 피크 진폭이 정확히 포착됩니다.

• 넓고 빈틈 없는 데이터 수집 파형의 초기 스파이크뿐만 아니라 전체 양의 위상과 음의 위상을 모두 기록하므로, 임펄스(시간에 대한 압력 적분값)를 정확하게 계산할 수 있습니다.

• 내장 수학 채널 에서 DewesoftX 별도의 분석 패키지로 내보내지 않고도 원시 파형 데이터에서 직접 최대 압력, 도달 시간, 양의 위상 지속 시간 및 임펄스를 계산합니다.

• 다중 점 배열 – 일렬로 또는 격자 형태로 배치된 여러 개의 압력 센서 – 이를 통해 엔지니어들은 충격파 전선이 어떻게 전파되는지 추적하고, 거리에 따른 파동 속도와 감쇠를 확인할 수 있으며, 이는 폭발물 특성 분석 및 폭발 하중 연구에서 표준적으로 요구되는 사항이다.

목적이 실제 폭발 데이터를 바탕으로 시뮬레이션 모델의 타당성을 검증하는 것이든, 생산 공정 중 발생하는 폭발이 규제된 공기 과압 한도 내에서 이루어지는지 확인하는 것이든, 그 근본적인 요구 사항은 동일합니다. 즉, 사건이 실제로 발생한 그대로를 파악할 수 있는 측정 시스템이 필요하다는 것입니다.

폭발 압력 센서와의 직접적이고 저잡음 호환성

폭발 압력은 일반적으로 두 가지 센서 기술 중 하나로 측정되며, Dewesoft 하드웨어는 별도의 신호 조정 과정 없이 두 기술 모두와 호환되도록 설계되었습니다:

• ICP®/IEPE 압전식 압력 센서 (석영 또는 토르말린 소자, 자유장 펜슬 프로브, 또는 반사압 게이지)에는 정전류 여기 전원이 필요합니다. Dewesoft SIRIUS XHS 모듈은 최대 20 mA의 내장형 IEPE 전원을 공급하여, 신호 경로에 외부 ICP 증폭기를 연결하지 않고도 많은 고주파 폭발 센서가 요구하는 높은 전류 소비량을 충족시킵니다.

• 압전저항형 압력 센서, 압전 센서의 전하 누설이 제한 요인이 될 수 있는 장시간 측정이나 DC 결합 측정에서 흔히 사용되며, Dewesoft의 전압 및 브리지 입력 모듈을 통해 연결됩니다.

신호 무결성은 센서 자체뿐만 아니라 여러 요인에 따라 결정되기 때문에, 전체 측정 체인에서 몇 가지 세부 사항이 중요합니다. Dewesoft의 엔지니어링 및 애플리케이션 지원 팀은 주어진 테스트 계획에 맞춰 이러한 세부 사항을 모두 구체화하는 데 도움을 드릴 수 있습니다:

• 저용량 동축 케이블 센서에서 기록 시스템까지 이어지는 케이블 구간(수십 미터에서 수백 미터에 달할 수 있으며, 광산 현장 내에서도 마찬가지임)에서 고주파 응답 특성을 유지하기 위해.

• 공진 주파수 및 상승 시간 일치 센서와 예상 펄스 지속 시간 사이에 여유가 있으므로, 측정 시 감지 소자 자체가 제한 요인이 되지 않습니다.

• 열 및 섬광 보호 폭발 지점 근처에 설치된 센서의 경우, 기계적 충격파가 도달하기도 전에 화구의 복사열과 섬광이 측정값에 영향을 미칠 수 있는데, 이는 특히 압전저항 소자의 경우 잘 알려진 고장 양상이다.

이러한 직접 호환성 덕분에 테스트 엔지니어는 특정 표준이나 측정 범위에 대해 이미 인증을 받은 PCB, Kistler 또는 기타 IEPE/ICP 및 압전저항형 압력 트랜스듀서를 가져와 DAQ를 중심으로 신호 체인을 재설계할 필요 없이 Dewesoft 시스템에 직접 연결할 수 있습니다.

센서 설정부터 최종 보고서까지, 하나의 소프트웨어 플랫폼

DewesoftX 이 소프트웨어는 모든 Dewesoft 데이터 수집 시스템에 포함되어 있으며, 초기 센서 구성부터 최종 보고서 작성에 이르기까지 폭발 시험의 전체 워크플로를 포괄합니다:

• 센서 및 TEDS 설정 IEPE/ICP 및 브리지 센서 라이브러리가 내장되어 있어, 첫 번째 측정 전에 압력 센서의 감도와 단위가 올바르게 설정됩니다.

• 유연한 트리거링, 여기에는 프리트리거 버퍼링, 레벨 및 슬로프 트리거, 외부 트리거 입력(브레이크 와이어, 기폭 장치 명령 또는 타이밍 신호) 등이 포함되어 있어, 이벤트가 발생하기 전에 시스템이 작동 준비 상태가 되어 데이터를 캡처합니다.

• 실시간 시각화 설정 및 테스트 실행 중 모든 채널의 상태를 확인할 수 있으므로, 실제 테스트 전에 센서 상태와 신호 레벨을 확인할 수 있습니다. 테스트가 끝난 후 데이터에서 이를 발견하는 일이 없습니다. 디스플레이가 실시간으로 업데이트되므로, 엔지니어들은 장시간 기록이 진행 중일 때도 기록이 완료될 때까지 기다릴 필요 없이 수신되는 파형을 검토할 수 있습니다.

• 광범위한 테스트 사이트 전반에 걸친 시간 동기화, IRIG, GPS 및 PTP(IEEE 1588) 동기화를 포함하여, 대규모 폭파 현장이나 시험장에서 여러 DAQ 장치를 동일한 클럭에 맞춰 동기화해 줍니다. 이는 센서 어레이나 카메라 스테이션이 수백 미터에 걸쳐 분산되어 있거나 독립적인 기록 장치로 나뉘어 있을 때 특히 중요합니다.

• 중복 구성이 가능하며 장애에 대비한 로컬 녹화 기능. 폭발 시험은 일반적으로 반복할 수 없기 때문에, 데이터는 메모리에만 저장되는 것이 아니라 수집되는 즉시 온보드 비휘발성 저장 장치에 기록되므로, 시험 수행 후 시스템 오류가 발생하더라도 해당 시험에서 생성된 데이터 세트가 손실될 위험이 없습니다.

• 내장 수학 함수, 여기에는 피크 검출, 임펄스(적분) 계산, FFT 및 차수 분석, 필터링, 채널 간 비교 등이 포함되어 있어, 테스트 후 분석도 데이터를 기록한 것과 동일한 소프트웨어에서 수행됩니다.

• 자동 보고 처리된 결과, 그래프 및 동영상을 구조화된 보고서 형식으로 내보내 내부 검토, 고객 전달 또는 규제 당국에 제출할 수 있도록 합니다.

DewesoftX는 소형 현장용 장치부터 완전한 멀티 섀시 시스템에 이르기까지 모든 Dewesoft 하드웨어 구성에서 동일한 방식으로 작동하기 때문에, 엔지니어들은 한 테스트 프로그램에서 소프트웨어 사용법을 익히면 계측 범위가 어떻게 달라지든 상관없이 다음 테스트에서도 동일한 워크플로를 적용할 수 있습니다.

광업, 토목 공학 및 국방용 폭파 작업을 위해 특별히 설계됨

폭발 및 폭발 시험은 광범위한 응용 분야에 걸쳐 있으며, 각 분야마다 서로 다른 측정 요구 사항이 있습니다:

• 광업: 폭파 설계 검증, 폭발물 개발 및 규정 준수 모니터링에는 정확한 공기 과압 및 지반 진동 측정이 필요합니다. Dewesoft는 실제 폭파 작업 및 폭발물 연구 개발에 사용되는 다점 센서 어레이를 지원하며, 기폭 압력 측정부터 인근 구조물의 진동 및 공기 충격 한계 모니터링에 이르기까지 다양한 측정을 수행합니다.

• 토목 공학: 외벽, 방폭벽, 교량, 중요 인프라와 같은 내폭 구조물에는 압력, 충격, 변형률, 변위 및 가속도를 동시에 측정해야 합니다. Dewesoft는 이러한 신호들을 하나의 동기화된 DAQ 시스템에 통합하여 폭발 하중과 구조물 응답을 직접 분석할 수 있게 해줍니다.

• 변론: 충격파관 및 폭발물 특성 분석부터 차량 및 인원 보호 시험에 이르기까지, 국방 분야 응용 분야에서는 높은 샘플링 속도, 다수의 동기화된 채널, 고속 영상 촬영 기능, 그리고 견고한 현장용 하드웨어가 요구됩니다. Dewesoft 시스템은 실험실 실험부터 본격적인 현장 시험에 이르기까지 다양한 규모에 대응할 수 있으며, 보다 안전한 시험을 위한 원격 운영을 지원합니다.

이러한 다양한 응용 분야에서 직면하는 과제는 모두 동일합니다. 바로 모든 측정 채널에 걸쳐 빠르고 진폭이 큰 폭발 현상과 그 영향을 정확하게 포착하는 것입니다.