Сбор данных при испытаниях на взрыв и испытаниях с использованием взрывчатых веществВысокоскоростная система сбора данных для измерения давления взрыва, ударных волн, импульсов и вибрации при испытаниях взрывчатых веществ.

Что такое испытания на взрывную устойчивость и почему они важны?

Взрывные испытания, также называемые испытаниями на взрыв, представляют собой контролируемое измерение давления, тепловых и механических воздействий, возникающих в результате детонации или другого быстрого высвобождения энергии. Оно охватывает широкий диапазон масштабов и конфигураций: от взрыва образца взрывчатого вещества весом в несколько граммов в лабораторной ударной трубе до полномасштабного производственного взрыва на открытом карьере, испытаний с боевой стрельбой на военном полигоне или испытаний на взрывную нагрузку на фасад здания или панель транспортного средства. В каждом случае цель одна и та же: преобразовать бурное, быстро протекающее физическое явление в точные и применимые данные.

Значение этих данных варьируется в зависимости от отрасли, но ставки всегда высоки:

• Горнодобывающая промышленность. Проект взрыва напрямую влияет на качество дробления, риск разлета обломков, а также на степень воздействия вибрации грунта и избыточного давления воздуха на близлежащие сооружения или населённые пункты. Именно благодаря измерению фактических характеристик взрыва — а не только его моделированию — операторы горнодобывающих предприятий оптимизируют проект взрыва, проверяют новые составы взрывчатых веществ и подтверждают соблюдение установленных законом предельных значений давления воздушной волны и вибрации.

• Гражданское строительство. Взрывостойкие конструкции фасадов, взрывозащитных стен, мостов и других объектов критически важной инфраструктуры должны проходить проверку на соответствие реальным условиям нагрузки до того, как проект будет окончательно утвержден, сертифицирован или застрахован. Испытания на взрывостойкость представляют собой эмпирическую проверку того, действительно ли конструкция ведет себя так, как это предсказывают расчеты.

• Оборона. Характеристики оружия и самодельных взрывных устройств, защитные свойства брони транспортных средств, средства индивидуальной защиты, а также предельные значения воздействия избыточного давления взрыва на личный состав определяются в ходе инструментальных испытаний на взрывную устойчивость — эти данные непосредственно используются при принятии решений в области защиты и безопасности войск.

Помимо всего этого, испытания на взрывную устойчивость играют ещё одну роль, которую легко упустить из виду: именно они предоставляют набор реальных данных, подтверждающих достоверность численных и имитационных моделей, на которые всё чаще опираются программы испытаний. Достоверность моделирования зависит от достоверности данных физических испытаний, на основе которых оно было откалибровано, — именно поэтому точность используемой системы измерения имеет такое же значение, как и само испытание.

Запишите полную динамику давления во времени — от начала роста до отрицательной фазы

Взрыв или взрывная волна формируют характерную временную кривую давления: практически мгновенный скачок до пикового значения давления при прохождении ударного фронта, снижение давления до уровня окружающей среды и, как правило, отрицательная (ниже уровня окружающей среды) фаза перед восстановлением давления.

Для извлечения значимых данных из этой сигнатуры — в целях научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области взрывчатых веществ, проверки расчетов конструкций или оценки воздействия на персонал — требуется измерительная цепочка, которая не искажает и не усекает ни одну её часть.

Системы Dewesoft построены с учетом следующего требования:

• Частота дискретизации до 15 МГц на канал на Аппаратное обеспечение для сбора данных SIRIUS XHS обеспечивают время нарастания сигнала значительно менее одной микросекунды, благодаря чему фиксируется истинная пиковая амплитуда, а не скруглённое приближённое значение.

• Широкий охват без пробелов регистрирует полную положительную и отрицательную фазы волны, а не только начальный всплеск, благодаря чему можно точно рассчитать импульс (интеграл давления по времени).

• Встроенные математические каналы в DewesoftX рассчитывать пиковое давление, время наступления пика, длительность положительной фазы и импульс непосредственно по исходной кривой сигнала, без экспорта в отдельную программу для анализа.

• Многоточечные массивы – несколько датчиков давления, расположенных по линии или в виде сетки, – позволяют инженерам отслеживать распространение фронта удара и определять скорость и затухание волны в зависимости от расстояния, что является стандартным требованием при определении характеристик взрывчатых веществ и исследовании взрывных нагрузок.

Независимо от того, ставится ли цель — проверка моделирования на соответствие реальным данным о детонации или подтверждение того, что производственный взрыв не выходит за пределы установленных нормативными актами значений избыточного давления в атмосфере, основное требование остается одним и тем же: необходима измерительная система, способная точно зафиксировать событие в том виде, в каком оно произошло на самом деле.

Прямая совместимость с датчиками давления взрыва с низким уровнем шума

Давление взрыва обычно измеряется с помощью одной из двух технологий датчиков, и оборудование Dewesoft рассчитано на работу с обеими без дополнительной обработки сигнала:

• Пьезоэлектрические датчики давления ICP®/IEPE (кварцевые или турмалиновые датчики, точечные датчики свободного поля или датчики отраженного давления) требуют источника возбуждения с постоянным током. Модули Dewesoft SIRIUS XHS обеспечивают встроенное питание IEPE током до 20 мА, что соответствует повышенному потреблению тока, предъявляемому многими высокочастотными датчиками взрыва, без необходимости использования внешнего усилителя ICP в цепи сигнала.

• Пьезорезистивные датчики давления, которые часто используются для длительных измерений или измерений с постоянной цепью, где утечка заряда пьезоэлектрического датчика может стать ограничивающим фактором, подключаются через модули ввода напряжения и мостовые модули компании Dewesoft.

Поскольку целостность сигнала зависит не только от самого датчика, в целой измерительной цепочке важны некоторые детали — и команда инженеров и специалистов по технической поддержке Dewesoft готова помочь определить их для конкретного плана испытаний:

• Коаксиальный кабель с низкой ёмкостью для обеспечения высокочастотной характеристики на кабельных участках от датчика до системы регистрации, протяженность которых может составлять от десятков до сотен метров или проходить по территории шахты.

• Согласование резонансной частоты и времени нарастания между датчиком и ожидаемой длительностью импульса, благодаря чему сам чувствительный элемент не становится ограничивающим фактором при измерении.

• Защита от высокой температуры и ярких вспышек света для датчиков, установленных в непосредственной близости от места детонации, где тепловое излучение и вспышка огненного шара могут повлиять на показания ещё до того, как достигнет датчик механический удар — это хорошо задокументированный режим отказа, особенно в случае пьезорезистивных элементов.

Благодаря такой прямой совместимости инженер-испытатель может использовать датчики давления PCB, Kistler или другие датчики типа IEPE/ICP и пьезорезистивные датчики, уже прошедшие сертификацию в соответствии с определенным стандартом или диапазоном, и подключать их напрямую к системе Dewesoft, вместо того чтобы перепроектировать цепь обработки сигнала с учетом особенностей системы сбора данных (DAQ).

Единая программная платформа — от настройки датчиков до итогового отчета

DewesoftX входит в комплект каждой системы сбора данных Dewesoft и охватывает весь рабочий процесс испытания взрыва — от начальной настройки датчиков до составления итогового отчета:

• Настройка датчика и TEDS со встроенными библиотеками датчиков IEPE/ICP и мостовых датчиков, благодаря чему чувствительность и единицы измерения давления настраиваются правильно ещё до первого измерения.

• Гибкие условия срабатывания, включая буферизацию перед срабатыванием, триггеры по уровню и наклону, а также входы внешнего триггера (от обрыва провода, команды детонатора или синхронизирующего сигнала), благодаря чему система находится в режиме готовности и начинает запись до того, как произойдет событие.

• Визуализация в режиме реального времени каждого канала во время настройки и проведения теста, что позволяет проверить работоспособность датчиков и уровни сигнала до начала реального тестирования, а не обнаруживать проблемы позже при анализе данных. Поскольку отображение обновляется в режиме реального времени, инженеры также могут просматривать поступающие сигналы даже во время длительной записи, не дожидаясь её завершения.

• Синхронизация времени на обширной испытательной площадке, включая синхронизацию по стандартам IRIG, GPS и PTP (IEEE 1588), обеспечивает синхронизацию нескольких блоков сбора данных (DAQ) с одним и тем же тактовым генератором на обширной территории взрывного полигона или испытательного полигона — это важно, когда массивы датчиков или камерные станции распределены на расстоянии сотен метров или разделены между независимыми устройствами записи.

• Резервная локальная запись с защитой от сбоев. Поскольку испытание на взрыв, как правило, невозможно повторить, данные записываются в встроенное энергонезависимое запоминающее устройство по мере их получения, а не хранятся исключительно в оперативной памяти, поэтому сбой системы после взрыва не ставит под угрозу единственный набор данных, полученный в ходе испытания.

• Встроенные математические функции, включая обнаружение пиков, вычисление импульса (интеграла), БПФ и анализ порядков, фильтрацию, а также межканальное сравнение, благодаря чему анализ результатов испытаний осуществляется в том же программном обеспечении, в котором были записаны данные.

• Автоматизированная отчетность для экспорта обработанных результатов, графиков и видео в формат структурированного отчета для внутреннего анализа, предоставления клиентам или подачи в регулирующие органы.

Поскольку DewesoftX работает одинаково на любой аппаратной конфигурации Dewesoft — от компактного полевого устройства до полноценной системы с несколькими шасси — инженеры, освоившие работу с программным обеспечением в рамках одной испытательной программы, могут применять тот же рабочий процесс в следующей, независимо от изменений в составе измерительного оборудования.

Специально разработано для применения в горнодобывающей промышленности, гражданском строительстве и оборонных программах по взрывным работам

Испытания на ударную прочность и взрывостойкость охватывают широкий спектр областей применения, каждая из которых предъявляет свои требования к измерениям:

• Горнодобывающая промышленность: Для проверки расчетов взрывных работ, разработки взрывчатых веществ и контроля соблюдения нормативных требований необходимы точные измерения избыточного давления воздуха и вибрации грунта. Dewesoft поддерживает использование многоточечных сенсорных массивов для проведения производственных взрывных работ и научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области взрывчатых веществ — от измерения давления детонации до мониторинга вибрации и предельных значений воздушной волны на близлежащих сооружениях.

• Гражданское строительство: Взрывостойкие сооружения, такие как фасады, противовзрывные стены, мосты и объекты критически важной инфраструктуры, требуют одновременного измерения давления, импульса, деформации, смещения и ускорения. Dewesoft объединяет эти сигналы в одной синхронизированной системе сбора данных для непосредственного анализа взрывных нагрузок и реакции конструкции.

• Защита: От испытаний ударных труб и определения характеристик взрывчатых боеприпасов до испытаний систем защиты транспортных средств и личного состава — в оборонной сфере требуются высокая частота дискретизации, большое количество синхронизированных каналов, высокоскоростная видеосъемка и надежное полевое оборудование. Системы Dewesoft подходят как для лабораторных экспериментов, так и для полномасштабных полевых испытаний и поддерживают удаленное управление, что повышает безопасность испытаний.

Во всех этих областях применения задача одна и та же: точно регистрировать быстрые взрывные явления с высокой амплитудой и их последствия по всем каналам измерения.