Blast testing and explosion testing data acquisition

Aquisição de dados de ensaios de explosão e testes de explosãoSistema de aquisição de dados (DAQ) de alta velocidade para medir a pressão da explosão, ondas de choque, impulso e vibração em ensaios com explosivos.

Os ensaios de explosão e detonação produzem eventos transitórios extremamente rápidos, com frentes de pressão que atingem a amplitude máxima em microssegundos. A medição precisa da pressão de pico, da pressão refletida, do impulso, da vibração e do tempo de chegada requer uma aquisição de dados sincronizada e de alta velocidade.

Os sistemas DAQ da Dewesoft captam estes eventos em vários canais com elevadas taxas de amostragem, ampla gama dinâmica, suporte a sensores IEPE/ICP e vídeo sincronizado de alta velocidade. Desde a caracterização de explosivos e detonações em produção até aos ensaios estruturais e experiências com tubos de choque, todos os sinais e vídeos são gravados numa base temporal comum.

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Sincronização PTP

Compatível com openDAQ

Destaques

Aquisição de dados a alta velocidade até 15 MHz

As frentes de pressão de explosão aumentam e atingem o pico em microssegundos, pelo que a subamostragem não consegue captar a amplitude real do pico. Os módulos Dewesoft SIRIUS HS e XHS podem amostrar a taxas de até 1 MHz ou 15 MHz, respetivamente. Esta velocidade é suficiente para resolver tempos de subida de alguns microssegundos e capturar o pico real da pressão incidente e refletida, em vez de uma aproximação atenuada.

Número de canais escalável para cobertura total da matriz

Um único evento de explosão raramente é caracterizado por um único sensor. Os sistemas Dewesoft têm capacidade para um número que varia entre alguns e centenas de canais. Isto significa que matrizes de pressão em campo livre, medidores de pressão refletida, acelerómetros, extensómetros e sensores de vibração do solo podem todos ser registados num único sistema sincronizado, em vez de terem de ser laboriosamente combinados posteriormente.

Medição multifísica num único sistema

A pressão raramente é a única grande quantidade importante nos ensaios de explosão. Os sistemas Dewesoft podem registar a pressão, a temperatura, a deformação, a aceleração, o som, o deslocamento, a rotação e o vídeo numa única plataforma sincronizada, permitindo assim medir em conjunto a resposta estrutural, os efeitos térmicos e a própria onda de choque. Isto evita a necessidade de utilizar instrumentos separados que não estejam sincronizados de forma nativa.

Gravação integrada de transientes e pré-disparo

Os eventos de explosão são imprevisíveis – raramente se sabe quando ocorrerá o momento exato da detonação. O software DewesoftX armazena continuamente em buffer os dados recebidos e suporta a gravação pré-disparo e o armazenamento transitório de longa duração, pelo que a aquisição capta o evento na íntegra, incluindo o momento imediatamente anterior ao disparo.

Integração de vídeo de alta velocidade e câmara sincronizadas

Os números, por si só, nem sempre explicam o que aconteceu na frente de explosão ou na frente do alvo. O Dewesoft integra-se diretamente com câmaras de alta velocidade, sobrepondo fotogramas de vídeo no mesmo eixo temporal que os canais de pressão e vibração, para que os engenheiros possam observar a frente de choque, a bola de fogo e o padrão de fragmentação a par da forma de onda exata que os produziu.

Compatibilidade direta com sensores de pressão de explosão IEPE/ICP

As sondas tipo lápis de campo livre, os medidores de pressão refletida e os sensores piezo-resistivos de explosão de fornecedores como a PCB Piezotronics ligam-se diretamente ao condicionamento de sinal IEPE/ICP integrado da Dewesoft – com uma alimentação de corrente constante até 20 mA no SIRIUS XHS – sem amplificadores externos, caixas adicionais ou ruído extra na cadeia de sinal.

Hardware robusto, adequado para utilização no terreno e em campos de tiro

As frentes de minas, as áreas de ensaio e as arenas de explosão ao ar livre não são ambientes laboratoriais. O Dewesoft SIRIUS e as caixas DAQ portáteis são concebidos para resistir ao pó, aos choques e às vibrações, a temperaturas extremas e à utilização repetida no terreno. Estão disponíveis com funcionamento a bateria e conectores robustos que resistem a condições ambientais adversas.

Uma única plataforma de software, desde a configuração até à elaboração de relatórios

O software DewesoftX gere a configuração dos sensores, a visualização em tempo real, o acionamento, os cálculos matemáticos e a análise pós-teste – incluindo a curva de pressão em função do tempo, o cálculo do impulso (área sob a curva), FFT e tempo de chegada – numa única interface, pelo que não é necessário exportar os dados brutos para outra ferramenta para obter resultados utilizáveis.

Software gratuito com atualizações vitalícias

O DewesoftX está incluído em todos os sistemas sem custos adicionais, com atualizações gratuitas vitalícias e sem taxas de licenciamento recorrentes, encargos por posto de trabalho ou contratos de manutenção. Todos os engenheiros envolvidos num programa de testes podem utilizar o software de análise completo — e não apenas um visualizador com funcionalidades limitadas — sem quaisquer custos de licença de software. Isto representa uma poupança significativa quando multiplicada ao longo de vários anos de funcionamento.

A qualidade da Dewesoft, apoiada por uma garantia de 7 anos líder no setor

Todos os sistemas de aquisição de dados da Dewesoft são concebidos e fabricados internamente e estão abrangidos por uma garantia de 7 anos como padrão, muito além dos 1 a 2 anos habituais no setor. No caso de instrumentação que tem de funcionar corretamente num teste de explosão único e não repetível, esta garantia reflete a mesma qualidade de construção de que o hardware necessita para resistir em condições de campo.

O que é o ensaio de resistência à explosão e por que é importante?

Os ensaios de explosão, também denominados ensaios de detonação, consistem na medição controlada dos efeitos de pressão, térmicos e mecânicos produzidos por uma detonação ou outra libertação rápida de energia. Abrange uma vasta gama de escalas e configurações: uma amostra de explosivo de alguns gramas detonada num tubo de choque de laboratório, uma explosão em escala real numa mina a céu aberto, um ensaio com fogo real num campo de tiro militar ou um ensaio de carga explosiva contra a fachada de um edifício ou o painel de um veículo. Em todos os casos, o objetivo é o mesmo: transformar um fenómeno físico violento e de rápida evolução em dados precisos e úteis.

A importância desses dados varia consoante o setor, mas o que está em jogo é sempre elevado:

Mineração. O projeto da detonação afeta diretamente a qualidade da fragmentação, o risco de projeção de rochas e a extensão em que a vibração do solo e a sobrepressão do ar atingem estruturas ou comunidades próximas. Medir o desempenho real da detonação — e não apenas modelá-lo — é a forma como os operadores mineiros otimizam o projeto da detonação, validam novas formulações de explosivos e demonstram a conformidade com os limites legais relativos ao impacto do ar e à vibração.
Engenharia civil. O projeto resistente a explosões para fachadas, paredes de proteção contra explosões, pontes e outras infraestruturas críticas deve ser validado em relação às condições reais de carga antes de o projeto ser finalizado, certificado ou segurado. Os ensaios de resistência a explosões constituem a verificação empírica de se uma estrutura se comporta efetivamente da forma prevista pelos cálculos de projeto.
Defesa. Os efeitos das armas e dos engenhos explosivos improvisados (IED), o desempenho da blindagem dos veículos, o equipamento de proteção e os limites de exposição à sobrepressão de explosão para o pessoal são todos caracterizados através de ensaios de explosão com instrumentação – dados que servem de base direta para as decisões relativas à proteção das forças e à segurança.

Em todos estes contextos, os ensaios de explosão também desempenham um papel que é fácil de ignorar: constituem o conjunto de dados do mundo real que valida os modelos numéricos e de simulação nos quais os programas de ensaio se baseiam cada vez mais. Uma simulação só é tão fiável quanto os dados dos ensaios físicos com base nos quais foi calibrada — razão pela qual a precisão do sistema de medição subjacente é tão importante quanto o próprio ensaio.

DewesoftX data file tank test camera follow

Desafios comuns na medição em ensaios de explosão e detonação

Os ensaios de explosão e detonação constituem uma das aplicações mais exigentes na área da medição dinâmica, por razões que estão relacionadas com a física e o ambiente, e não com qualquer equipamento específico:

Eventos na escala de microsegundos. Uma frente de choque pode passar da pressão ambiente à pressão máxima em poucos microssegundos. Um sistema de aquisição de dados cuja frequência de amostragem seja demasiado baixa não registará um pico «mais baixo» — simplesmente não detetará o pico verdadeiro, subestimando silenciosamente o resultado.
Não há segundas oportunidades. Os ensaios com explosivos são destrutivos e, normalmente, não podem ser repetidos. Ao contrário do que acontece na maioria das aplicações de medição, não há possibilidade de detetar uma configuração incorreta dos canais ou um sensor saturado e repetir o ensaio — toda a cadeia de medição tem de funcionar à primeira e sempre.
Não se sabe a hora exata em que ocorreu o evento. Raramente se conhece com antecedência, ao milésimo de segundo, o momento exato da detonação, o que significa que o sistema de aquisição tem de estar já a gravar — através de um armazenamento contínuo pré-desencadeamento — em vez de esperar por um sinal de desencadeamento que possa chegar demasiado tarde.
Um ambiente hostil de campo próximo. Os sensores instalados nas proximidades de uma detonação ficam expostos ao clarão térmico, ao calor radiante da bola de fogo, aos fragmentos e à própria sobrepressão da explosão — fatores que podem danificar ou destruir um sensor antes ou durante a medição que este se destina a efetuar.
Trajetos longos de cabos e integridade do sinal. Normalmente, o pessoal e o equipamento de gravação têm de ser mantidos a uma distância segura do ponto de detonação, o que pode implicar extensões de cabos que variam entre dezenas e centenas de metros. A capacitância do cabo ao longo dessa distância pode prejudicar a resposta de alta frequência se a cadeia de sinal não for especificada corretamente.
Interferência eletromagnética. Os detonadores e os sistemas de ignição podem introduzir ruído elétrico na cablagem próxima, o que pode causar disparos falsos ou dados corrompidos se o sistema de medição não estiver devidamente blindado e ligado à terra.
Sincronização de vários tipos de sensores numa área extensa. Um único teste pode combinar dados de pressão, aceleração, deformação e vídeo provenientes de sensores distribuídos por um local de explosão ou por uma área de ensaio – todos os quais têm de estar alinhados exatamente na mesma linha temporal para poderem ser analisados em conjunto.
Funcionamento remoto, automático e ao ar livre. Para garantir a segurança do pessoal, o sistema tem normalmente de ativar, registar e armazenar dados de forma fiável enquanto funciona a partir de uma distância segura ou de uma sala de controlo, em condições de poeira, calor, frio e vibração para as quais um instrumento de laboratório nunca foi concebido.

Todas as funcionalidades descritas nas secções abaixo destinam-se a dar resposta direta a um ou mais destes desafios – desde a taxa de amostragem e o armazenamento em buffer pré-disparo até às orientações sobre a proteção dos sensores e ao hardware robusto para utilização no terreno.

Registe todo o historial de pressão ao longo do tempo, desde o aumento até à fase negativa

Uma explosão ou detonação produz uma curva de pressão-tempo característica: um salto quase instantâneo até ao pico de pressão à medida que a frente de choque chega, um decréscimo de volta ao nível ambiente e, normalmente, uma fase negativa (abaixo do nível ambiente) antes de a pressão se recuperar.

A extração de dados significativos dessa assinatura — para investigação e desenvolvimento no domínio dos explosivos, validação do projeto estrutural ou avaliação da exposição do pessoal — requer uma cadeia de medição que não distorça nem trunque nenhuma parte da mesma.

Os sistemas da Dewesoft são concebidos tendo em conta este requisito:

Taxas de amostragem até 15 MHz por canal em Hardware de aquisição de dados SIRIUS XHS apresentam tempos de subida bem inferiores a um microsegundo, pelo que é captada a amplitude de pico real, em vez de uma aproximação arredondada.
Aquisição abrangente e sem lacunas regista toda a fase positiva e negativa da onda, e não apenas o pico inicial, pelo que o impulso (a pressão integrada ao longo do tempo) pode ser calculado com precisão.
Canais matemáticos integrados em DewesoftX calcular a pressão de pico, o tempo de chegada, a duração da fase positiva e o impulso diretamente a partir da forma de onda bruta, sem necessidade de exportar para um pacote de análise separado.
Matrizes multiponto – vários sensores de pressão posicionados ao longo de uma linha ou grelha – permitem aos engenheiros acompanhar a propagação da frente de choque e confirmar a velocidade e a atenuação da onda em função da distância, um requisito padrão na caracterização de explosivos e na investigação sobre cargas de explosão.

Quer o objetivo seja validar um modelo de simulação com base em dados reais de detonação ou confirmar que uma explosão em produção se mantém dentro dos limites regulamentares de sobrepressão atmosférica, o requisito subjacente é o mesmo: um sistema de medição que registe o evento tal como realmente ocorreu.

Um sistema para cada grandeza física num ensaio de explosão

Uma explosão produz mais do que uma onda de pressão. As estruturas deformam-se e vibram, os materiais aquecem, os detritos deslocam-se e os elevados níveis sonoros podem afetar o pessoal. Compreender o fenómeno na sua totalidade requer, muitas vezes, a medição simultânea de várias grandezas físicas na mesma base temporal.

A Dewesoft disponibiliza uma plataforma de aquisição de dados multifísica que combina diferentes tipos de sensores e entradas num único sistema sincronizado:

Pressão: Sensores IEPE/ICP e piezorresistivos para pressão incidente, refletida e sobrepressão estática
Temperatura: termopares, RTDs e sensores de infravermelhos para efeitos térmicos
Tensão: resposta estrutural de painéis, fachadas e blindagem de veículos sob cargas de explosão
Aceleração: resposta estrutural, vibração do solo e cargas de choque
Som/acústica: medições da sobrepressão do ar e da exposição do pessoal ao ruído
Deslocamento: LVDTs, sensores a laser e potenciómetros de corda para a medição da deflexão e da deformação
Rotação: codificadores e tacómetros para referências de sincronização e medições de rotação
Vídeo: câmaras sincronizadas de alta velocidade e câmaras normais

Uma vez que todas as entradas partilham a mesma base temporal, os engenheiros podem estabelecer uma correlação direta entre a pressão da explosão e a deformação estrutural, a aceleração, a vibração e o vídeo. O resultado é um único conjunto de dados sincronizado, sem necessidade de alinhar posteriormente as gravações de instrumentos distintos.

Isto é particularmente valioso para ensaios estruturais de explosão, ensaios de proteção de veículos e outras aplicações em que compreender o efeito de uma explosão é tão importante quanto medir a própria explosão.

Compatibilidade direta e de baixo ruído com sensores de pressão de explosão

A pressão de explosão é normalmente medida através de uma de duas tecnologias de sensores, e o hardware da Dewesoft foi concebido para funcionar com ambas sem necessidade de condicionamento adicional do sinal:

Sensores de pressão piezoelétricos ICP®/IEPE (elementos de quartzo ou turmalina, sondas tipo «lápis» de campo livre ou medidores de pressão refletida) requerem uma fonte de excitação de corrente constante. Os módulos Dewesoft SIRIUS XHS fornecem até 20 mA de alimentação IEPE integrada, satisfazendo o consumo de corrente mais elevado especificado por muitos sensores de explosão de alta frequência, sem necessidade de um amplificador ICP externo no percurso do sinal.
Sensores de pressão piezorresistivos, frequentemente utilizados para medições de longa duração ou acopladas em corrente contínua, em que a fuga de carga do sensor piezoelétrico constituiria uma limitação, ligam-se através dos módulos de entrada de tensão e de ponte da Dewesoft.

Uma vez que a integridade do sinal depende de mais do que apenas do próprio sensor, há alguns pormenores importantes em toda a cadeia de medição — e a equipa de engenharia e apoio às aplicações da Dewesoft pode ajudar a definir todos eles para um determinado plano de ensaio:

Cablagem coaxial de baixa capacitância para preservar a resposta em altas frequências ao longo dos percursos dos cabos, desde o sensor até ao sistema de registo, que podem ter uma extensão de dezenas a centenas de metros ou estar localizados numa mina.
Correspondência entre a frequência de ressonância e o tempo de subida entre o sensor e a duração esperada do impulso, para que o próprio elemento sensor não se torne o fator limitante na medição.
Proteção contra o calor e contra os flashes de luz no caso de sensores montados próximo do local da detonação, onde o calor radiante e o clarão da bola de fogo podem afetar as leituras antes mesmo de o choque mecânico chegar — um modo de falha bem documentado, especialmente no caso dos elementos piezorresistivos.

Esta compatibilidade direta significa que um engenheiro de ensaios pode utilizar transdutores de pressão PCB, Kistler ou outros transdutores IEPE/ICP e piezorresistivos já certificados para uma determinada norma ou gama e ligá-los diretamente a um sistema Dewesoft, em vez de ter de redesenhar a cadeia de sinal em torno do sistema de aquisição de dados (DAQ).

SIRIUS R2DB data acquisition system with multiple blast pressure probes

Built for the field and the lab

Blast and explosion testing rarely happens in a climate-controlled lab. Whether it's a production blast at an open-pit mine, a live-fire range test for a defense program, or a facade panel test at a civil engineering proving ground, the data acquisition hardware needs to survive the same environment as the sensors:

Rugged, sealed enclosures rated for dust, moisture, temperature extremes, and mechanical shock, suited to outdoor deployment and repeated setup/teardown cycles.
Battery and vehicle power options for sites without stable mains power, common on mine benches and remote test ranges.
Scalable channel count, from compact single-unit systems for a handful of sensors up to modular, multi-chassis configurations with hundreds of synchronized channels for full-array test campaigns.
Remote and unattended operation, so personnel can retreat to a safe distance or a control room while the system arms, waits for trigger, and records – an operational requirement, not just a convenience, on live-explosive tests.

The same hardware family that supports blast testing also handles the vibration, strain, and acoustic measurements often required alongside it – ground vibration monitoring for regulatory compliance at a mine, structural response measurement on a test panel, or acoustic overpressure assessment for personnel exposure – so a single system can cover the full instrumentation scope of a test campaign instead of requiring separate equipment for each measurement type.

Uma única plataforma de software, desde a configuração dos sensores até ao relatório final

DewesoftX está incluído em todos os sistemas de aquisição de dados da Dewesoft e abrange todo o fluxo de trabalho de um ensaio de explosão, desde a configuração inicial dos sensores até à elaboração do relatório final:

Configuração do sensor e do TEDS com bibliotecas integradas para IEPE/ICP e sensores em ponte, para que a sensibilidade e as unidades do sensor de pressão sejam configuradas corretamente antes do primeiro disparo.
Acionamento flexível, incluindo armazenamento em buffer pré-disparo, disparadores de nível e de inclinação e entradas de disparo externas (provenientes de um fio de interrupção, comando de detonador ou sinal de temporização), para que o sistema esteja armado e a capturar dados antes de o evento ocorrer.
Visualização em tempo real de cada canal durante a configuração e a execução do teste, para que o estado dos sensores e os níveis de sinal possam ser confirmados antes de um teste em condições reais – em vez de serem descobertos posteriormente nos dados. Como o ecrã é atualizado em tempo real, os engenheiros também podem analisar as formas de onda recebidas enquanto uma gravação de longa duração ainda está a decorrer, sem terem de esperar que esta termine.
Sincronização horária num local de testes de grande extensão, incluindo a sincronização por IRIG, GPS e PTP (IEEE 1588), mantém várias unidades de aquisição de dados (DAQ) alinhadas com o mesmo relógio num local de detonação ou campo de ensaios de grandes dimensões – o que é importante quando as matrizes de sensores ou as estações de câmaras se estendem por centenas de metros ou estão distribuídas por unidades de gravação independentes.
Gravação local redundante e à prova de falhas. Uma vez que um teste de explosão normalmente não pode ser repetido, os dados são gravados num dispositivo de armazenamento não volátil integrado à medida que são recolhidos, em vez de serem mantidos apenas na memória; assim, uma falha do sistema após a explosão não coloca em risco o conjunto de dados resultante do teste.
Funções matemáticas integradas, incluindo deteção de picos, cálculo de impulsos (integrais), FFT e análise de ordem, filtragem e comparação entre canais, de modo a que a análise pós-teste seja realizada no mesmo software em que os dados foram registados.
Relatórios automatizados para exportar resultados processados, gráficos e vídeos para um formato de relatório estruturado, para análise interna, entrega ao cliente ou apresentação às entidades reguladoras.

Uma vez que o DewesoftX funciona da mesma forma em todas as configurações de hardware da Dewesoft — desde uma unidade de campo compacta até um sistema completo com vários chassis —, os engenheiros que aprendem a utilizar o software num programa de teste podem aplicar o mesmo fluxo de trabalho no seguinte, independentemente das alterações no âmbito da instrumentação.

Veja o evento propriamente dito, e não apenas o registo

Um registo de pressão indica o que aconteceu num determinado ponto no espaço; o vídeo de alta velocidade mostra o que aconteceu em todos os outros pontos. As funcionalidades de vídeo da Dewesoft estão integradas no mesmo sistema de aquisição que os canais de pressão, vibração e outros canais analógicos, não sendo adicionadas como um dispositivo de gravação separado:

Suporte nativo para câmaras de alta velocidade: suporta diretamente os principais sistemas de vídeo de alta velocidade, gravando imagens na mesma base temporal que todos os outros canais – sem necessidade de sincronização manual de fotogramas com um cronómetro ou um flash LED após a gravação.
Reprodução com precisão ao nível do fotograma: No DewesoftX, os engenheiros podem percorrer o vídeo e os dados de pressão/aceleração em simultâneo, correlacionando a expansão da bola de fogo, as trajetórias dos fragmentos ou a deformação estrutural com o milésimo de segundo exato na forma de onda que causou esse fenómeno.
Vídeo padrão: O suporte a câmaras DirectX ou compatíveis com IP simples e disponíveis no mercado permite a aquisição de vídeo a baixo custo, totalmente sincronizada com os dados analógicos.
Vídeo térmico: O suporte para câmaras de vídeo térmicas de infravermelhos permite uma análise rápida das pegadas térmicas da explosão.
Vários ângulos: As nossas medições não se limitam a uma única câmara. Ligue várias câmaras e observe as suas explosões sob vários ângulos.

No caso de programas de ensaio em que a confirmação visual é tão importante quanto os dados numéricos — seja para verificar o funcionamento do detonador, confirmar o modo de falha estrutural ou documentar um padrão de fragmentação para um relatório —, esta sincronização elimina uma etapa que, tradicionalmente, era manual, morosa e uma fonte comum de erros nos conjuntos de dados de ensaios de explosão.

Saiba mais sobre Aquisição de vídeo Dewesoft.

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Concebido especificamente para programas de mineração, engenharia civil e explosões no âmbito da defesa

Os ensaios de resistência a explosões e à ação de jatos de areia abrangem uma vasta gama de aplicações, cada uma com requisitos de medição diferentes:

Mineração: A validação do projeto de detonações, o desenvolvimento de explosivos e a monitorização da conformidade exigem medições precisas da sobrepressão atmosférica e das vibrações no solo. A Dewesoft suporta redes de sensores multiponto para detonações em produção e para I&D na área dos explosivos, desde medições da pressão de detonação até à monitorização das vibrações e dos limites do impacto do sopro de ar em estruturas próximas.
Engenharia civil: As estruturas resistentes a explosões, tais como fachadas, paredes anti-explosão, pontes e infraestruturas críticas, exigem a medição simultânea da pressão, do impulso, da deformação, do deslocamento e da aceleração. A Dewesoft combina estes sinais num único sistema de aquisição de dados (DAQ) sincronizado, para a análise direta das cargas de explosão e da resposta estrutural.
Defesa: Desde tubos de choque e caracterização de engenharia explosiva até ensaios de proteção de veículos e pessoal, as aplicações no setor da defesa exigem elevadas taxas de amostragem, muitos canais sincronizados, vídeo de alta velocidade e equipamento de campo resistente. Os sistemas Dewesoft adaptam-se tanto a experiências laboratoriais como a ensaios de campo em escala real e permitem a operação remota para ensaios mais seguros.

Em todas estas aplicações, o desafio é o mesmo: captar com precisão eventos de explosão rápidos e de alta amplitude, bem como os seus efeitos, em todos os canais de medição.