爆速仪、爆速测量方法和爆速测量系统

摘要

本申请涉及一种爆速仪、爆速测量方法和爆速测量系统，用于测量炸药在炮孔中起爆时的爆速。本申请的爆速仪包括脉冲发生器、脉冲接收器以及微处理器。采用本发明的爆速仪、爆速测量方法和爆速测量系统，可以实时采集炸药在炮孔内起爆过程中的爆速，从而更好地指导工程实践。

说明书

技术领域

本申请涉及一种爆速仪、爆速测量方法和爆速测量系统。

背景技术

爆速，是指炸药在爆炸过程中所产生的爆轰波在炸药药柱中的传播速 度。爆速是工业炸药的一项重要质量指标。通常的工业炸药爆速一般在 2500-6500m/s之间。在爆破时，应当根据爆速的不同，选择不同的炸药品 种，以适应不同的岩性条件，从而对工程爆破起到指导意义。

正是由于爆速这一指标的重要意义，需要一种爆速仪，用以精确的测 量炸药的爆速。

现有的爆速仪测量炸药爆速时，通常是在成品炸药卷上沿轴向选择两 个距离一定的点(例如，直径在32mm～50mm之间的炸药卷选择相距5cm 的两个取样点，直径在50mm以上的炸药卷选择相距10cm的两个点)， 在两个取样点分别穿入漆包线。当炸药被雷管引爆时，被引爆炸药处的漆 包线随之被熔断。记录两处漆包线被熔断的时间，并计算出时间差，根据 公式V＝S/T(其中V为速率，S为距离，T为时间)，即可得到该炸药卷 的炸药爆速值。然而，现有的爆速仪存在以下的问题：第一，现有的爆速 仪不能在炸药装入炮孔后对爆速进行测量，进而也就不能对不同起爆能 量、不同岩性条件、不同起爆弹位置和不同装药条件下炸药的爆速进行测 量，导致无法更好的指导工程爆破实践。第二，现有的爆速仪在选择取样 点时，受人工操作的精度影响很大，导致最终测出的爆速误差较大。第三， 当现有的爆速仪用于测量散装炸药的爆速时，将散装炸药装入直径为 110mm的炸药筒，再选择取样点进行测量，而散装炸药的实际使用并非 一定要装入直径110mm的炮孔，因而，该方法测量出的爆速并不能代表 散装炸药实际的爆速。第四，现有的爆速测定仪仅代表了工业炸药出厂时 的一项指标，是通过自制药卷测定的爆速值，不能有效代表爆破现场应用 指标。

发明内容

为了解决现有的爆速仪存在的上述问题，本发明提供了一种爆速仪、 爆速测量方法和爆速测量系统，其能够实现炸药在炮孔内爆轰时，连续测 定爆速，并获得爆速-时间曲线图或者爆速-传输线长度变化量曲线图。

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方 面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它 并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范 围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详 细描述的前序。

根据本发明的一个方面，一种爆速仪，包括脉冲发生器、脉冲接收器 以及微处理器；

脉冲发生器与传输线相连，用于以一定频率向传输线发射包含第一脉 冲和第二脉冲的多个连续脉冲；

脉冲接收器与传输线相连，用于接收从传输线反射回的脉冲；

微处理器与所述脉冲接收器相连，用于基于发射的脉冲和所述反射回 的脉冲计算炸药的爆速；

其中，所述传输线沿炸药的轴向布置，一端埋设于炸药药柱中，另一 端与脉冲发生器相连，用于传播所述多个连续脉冲。

更进一步地，爆速仪中的微处理器通过计算从所述第一脉冲到达传输 线远离脉冲发射器的端部到所述第二脉冲到达传输线远离脉冲发射器的 端部这一时间段内，传输线的长度变化量，来计算炸药的爆速。

更进一步地，爆速仪中的微处理器计算爆速v的公式为：

其中，c为光速，f为脉冲在所述传输线中的传输系数；

Δt₁＝t₂₂+t₁₁-t₂₁-t₁₂，Δt₂＝t₂₂+t₂₁-t₁₁-t₁₂；

t₁₁为第一脉冲从所述脉冲发生器发射出的时间点，t₁₂为第一脉冲返 回脉冲接收器的时间点，t₂₁为第二脉冲从所述脉冲发生器发射出的时间 点，t₂₂为第二脉冲返回脉冲接收器的时间点。

更进一步地，所述微处理器根据采样频率在每个采样点计算当前爆 速，并得到爆速-时间曲线。

更进一步地，所述爆速仪还包括校验模块、显示模块和密钥启动模块。 其中，校验模块用于对爆速仪进行校准；显示模块用于显示所述微处理器 计算得出的爆速以及爆速-时间曲线；密钥启动模块用于通过指纹识别、 图像识别、读卡器识别的一种或多种的组合来启动所述爆速仪。

更进一步地，所述爆速仪还包括防拆解模块和时间日期模块。其中， 防拆解模块用于在未经授权而对所述爆速仪进行拆解时，触发所述爆速仪 停止工作；时间日期模块用于实时获取时间、日期信息。

根据本发明的另一方面，一种爆速测量方法，包括：

步骤一：脉冲发生器以一定频率向传输线发射包含第一脉冲和第二脉 冲的多个连续脉冲；

步骤二：脉冲接收器接收从传输线反射回的脉冲；

步骤三：微处理器基于发射的脉冲和所述反射回的脉冲计算炸药的爆 速。

更进一步地，爆速测量方法的步骤三中，微处理器通过计算从第一脉 冲到达传输线远离脉冲发射器的端部到第二脉冲到达传输线远离脉冲发 射器的端部这一时间段内，传输线的长度变化量，来计算炸药的爆速。

更进一步地，爆速测量方法的步骤三中所述微处理器计算爆速v的公 式为：$v=\frac{\mathrm{fc\Delta }{t}_1}{\Delta t_2},$

其中，c为光速，f为脉冲在所述传输线中的传输系数；

Δt₁＝t₂₂+t₁₁-t₂₁-t₁₂，Δt₂＝t₂₂+t₂₁-t₁₁-t₁₂；

t₁₁为第一脉冲从所述脉冲发生器发射出的时间点，t₁₂为第一脉冲返 回脉冲接收器的时间点，t₂₁为第二脉冲从所述脉冲发生器发射出的时间 点，t₂₂为第二脉冲返回脉冲接收器的时间点。

更进一步地，爆速测量方法还包括：微处理器根据采样频率在每个采 样点计算当前爆速，并得到爆速-时间曲线。

更进一步地，爆速测量方法还包括：

显示模块显示微处理器计算得出的爆速以及爆速-时间曲线；

密钥启动模块通过指纹识别、图像识别、读卡器识别的一种或多种的 组合来启动所述爆速仪。

根据本发明的第三方面，一种爆速测量系统，包括爆速仪和传输线。

更进一步地，爆速测量系统中的传输线为同轴电缆。

采用本发明的爆速仪和爆速测量方法，可以实时采集炸药在炮孔内起 爆过程中的爆速。

附图说明

参照下面结合附图对本发明实施例的说明，会更加容易地理解本发明 的以上和其它目的、特点和优点。附图中的部件只是为了示出本发明的原 理。在附图中，相同的或类似的技术特征或部件将采用相同或类似的附图 标记来表示。

图1为本发明的爆速仪的一种实施方式的结构图；

图2为图1中的脉冲发生器发射的连续脉冲的一种波形图。

图3为本发明的爆速测量方法的流程图。

其中：

1--脉冲发生器；

2--脉冲接收器；

3--微处理器；

4--显示模块；

5--密钥启动模块；

6--防拆解模块；

7--时间日期模块。

具体实施方式

下面参照附图来说明本发明的实施例。在本发明的一个附图或一种实 施方式中描述的元素和特征可以与一个或更多个其它附图或实施方式中 示出的元素和特征相结合。应当注意，为了清楚的目的，附图和说明中省 略了与本发明无关的、本领域普通技术人员已知的部件和处理的表示和描 述。

如图1所示，爆速仪包括脉冲发生器1、脉冲接收器2以及微处理器 3。

脉冲发生器1以一定频率发射多个连续的电磁波脉冲。如图2所示， 为脉冲发生器1发射的一种周期为T的方波的波形图。脉冲发生器1发 射的多个连续脉冲包括第一脉冲P1和第二脉冲P2。第二脉冲P2和第一 脉冲P1之间的时间间隔为nT，n为大于或等于1的整数。

脉冲接收器2与传输线相连，用于接收从传输线反射回的脉冲。

微处理器3与脉冲接收器2相连，用于基于发射的脉冲和反射回的脉 冲计算炸药的爆速。

传输线沿炸药的轴向布置。传输线的一端埋设于炸药药柱中，另一端 与脉冲发生器1相连，用于传播脉冲发生器1发射的多个连续脉冲。传输 线可以采用同轴电缆，例如，75欧的同轴电缆等，以保护脉冲传输过程 不受外界干扰。

在炸药爆炸的过程中，埋设在炸药药柱中的传输线随着炸药的爆炸而 逐渐熔化变短，传输线长度的变化即为炸药爆轰的长度。通过计算传输线 在一定时间内的长度变化量，即可得到炸药在这一时间段内的平均爆速。 当该时间段足够短时，即可近似认为该平均速度为炸药的实时爆速。

在一种实施方式中，微处理器3可以与脉冲发送器1相连，用于控制 脉冲发射，例如用于设置例如脉冲发射频率等的参数。

在一种实施方式中，微处理器3计算从第一脉冲P1到达传输线远离 脉冲发射器1的端部到第二脉冲P2到达传输线远离脉冲发射器1的端部 这一时间段内，传输线的长度变化量，并计算炸药的爆速。

设第一脉冲P1从脉冲发生器1发射的时间点为t₁₁，第一脉冲P1返 回脉冲接收器2的时间点为t₁₂；第二脉冲P2从脉冲发生器1发射的时间 点为t₂₁、第二脉冲P2返回脉冲接收器2的时间点为t₂₂。

当第一脉冲P1到达传输线远离脉冲发射器1的端部时，传输线的长 度为其中，f为电磁波在所述传输线中的传输系数，c为光 速。当第二脉冲P2到达传输线远离脉冲发射器1的端部时，传输线的长 度为因此，从第一脉冲P1到达传输线远离脉冲发射器1 的端部到第二脉冲P2到达传输线远离脉冲发射器1的端部这一时间段内， 传输线的长度变化量ΔS可表达为：

$\mathrm{\Delta S}=\frac{\mathrm{fc}(t_{12}-t_{11})-\mathrm{fc}(t_{22}-t_{21})}{2}=\frac{\mathrm{fc}}{2}(t_{12}+t_{21}-t_{11}-t_{22}).$

而从第一脉冲P1到达传输线远离脉冲发射器1的端部到第二脉冲P2 到达传输线远离脉冲发射器1的端部这一时间段Δt可表达为

$\mathrm{\Delta t}=(t_{22}-\frac{t_{22}-t_{21}}{2})-(t_{11}-\frac{t_{12}-t_{11}}{2})=\frac{t_{22}+t_{21}-t_{11}-t_{12}}{2}.$

因此，可得到微处理器3计算爆速的公式为：

$v=\frac{\mathrm{\Delta S}}{\mathrm{\Delta t}}=\frac{\mathrm{fc}(t_{12}+t_{21}-t_{11}-t_{22})}{t_{22}+t_{21}-t_{11}-t_{12}}---\left(1\right)$

而t₂₁-t₁₁＝nT，其中n为第二脉冲P2与第一脉冲P1之间相隔的脉冲 周期的数量，显然，n≥0。T为脉冲发生器1发射的连续脉冲波形的周期， 因此，公式(1)可进一步变形为：

$v=\frac{\mathrm{\Delta S}}{\mathrm{\Delta t}}=\frac{\mathrm{fc}(t_{12}-t_{22}+\mathrm{nT})}{t_{22}-t_{12}+\mathrm{nT}}---\left(2\right)$

因此，只须记录第一脉冲P1返回到脉冲接收器1的时间(t₁₂)和第 二脉冲P2返回到脉冲接收器1的时间(t₂₂)，即可计算出爆速。

需要指出的是，上述公式(1)和公式(2)计算的爆速为平均速度， 而非实时的爆速。为了更真实的反映实时的爆速，可以根据微处理器3 的数据处理能力，将n取得尽可能的小，即：选取的第二脉冲P2尽可能 的靠近第一脉冲P1。

作为一种优选方案，微处理器3可以以一定的采样频率，在每个采样 点计算爆速，从而得到爆速-时间曲线，或者爆速-传输线长度变化量曲线， 以方便使用者直观的获得爆速随时间的推移的变化趋势或者爆速随传输 线长度变化而变化的趋势。

根据生成的函数曲线，可以统计爆速的最大值、最小值、均值、方差 等。通过比较多种不同炸药在不同岩性条件和起爆条件(例如起爆弹位置、 数量等)下的函数曲线，选择根据实际需求选择不同的炸药和起爆条件， 从而更好的完成爆破操作。

作为一种优选方案，爆速仪还可以包括显示模块4和密钥启动模块5。

其中，显示模块4用于显示微处理器3计算得出的爆速以及爆速-时 间曲线或者爆速-传输线长度变化量曲线。密钥启动模块5用于通过指纹 识别、图像识别、读卡器识别的一种或多种的组合来启动爆速仪。

作为以一种优选方案，爆速仪还可以包括校验模块(图中未示出)， 用于在固定传输线长度的条件下，发射脉冲，通过测量脉冲发射的时间以 及脉冲接收的时间，来校准爆速仪。例如，脉冲发射时间为t₁₁，脉冲接 收时间为t₁₂，根据传输线长度S＝fc(t₁₂-t₁₁)/2，可计算出传输线的长度。 调整爆速仪，使得计算得出的传输线长度与传输线的实际长度一致。

作为一种优选方案，爆速仪还可以包括防拆解模块6和时间日期模块 7。

其中，防拆解模块6用于在未经授权而对爆速仪进行拆解时，触发爆 速仪停止工作。时间日期模块7用于实时获取时间、日期信息。

本发明的爆速仪还包括电源模块(图中未示出)。电源模块可包括蓄 电池部分和交/直流电源部分，使得爆速仪即可以利用蓄电池存储的电能 工作，也可以从外界接入交/直流电。

作为一种优选方案，本发明的爆速仪还可以包括记录模块(图中未示 出)，用于记录爆速仪所测量得到的爆速、爆速-时间曲线和爆速-传输线 长度变化量曲线等信息。记录模块可以包括存储卡、U盘等方式的一种或 多种的组合。

作为一种优选方案，本发明的爆速仪还可以包括外壳(图中未示出)。 可将爆速仪的各个组件固定在外壳内。外壳上还可以设置多个接口，例如， 传输线接口、读卡器接口、USB接口、充电接口、打印机接口、计算机 接口、按键或按钮接口等。

作为一种方案，本发明的爆速仪还可以与传输线一起，组成爆速测量 系统，来测量炸药的爆速。

作为一种方案，本发明所述的传输线为同轴电缆，以保护脉冲传输过 程不受外界干扰。

参见附图3所示为本发明的爆速测量方法的流程图。

本发明的爆速测量方法包括以下三个步骤：

S1：脉冲发生器1以一定频率向传输线发射包含第一脉冲P1和第二 脉冲P2的多个连续脉冲；

S2：脉冲接收器2接收从传输线反射回的脉冲；

S3：微处理器3基于发射的脉冲和反射回的脉冲计算炸药的爆速。

作为一种优选方案，步骤S3中，微处理器3通过计算从第一脉冲P1 到达传输线远离脉冲发射器1的端部到第二脉冲P2到达传输线远离脉冲 发射器1的端部这一时间段内，传输线的长度变化量，来计算炸药的爆速。

作为一种优选方案，步骤S3中微处理3器计算爆速v的公式为：

$v=\frac{\mathrm{fc\Delta }{t}_1}{\Delta t_2},$

其中，c为光速，f为脉冲在传输线中的传输系数；

Δt₁＝t₂₂+t₁₁-t₂₁-t₁₂，Δt₂＝t₂₂+t₂₁-t₁₁-t₁₂；

t₁₁为第一脉冲P1从脉冲发生器1发射出的时间点，t₁₂为第一脉冲 P1返回脉冲接收器2的时间点，t₂₁为第二脉冲P2从脉冲发生器1发射出 的时间点，t₂₂为第二脉冲P2返回脉冲接收器2的时间点。

作为一种优选方案，本发明的爆速测量方法还可以包括：

微处理器3根据采样频率在每个采样点计算当前爆速，并得到爆速- 时间曲线。

作为一种优选方案，本发明的爆速测量方法还可以包括：

显示模块4显示微处理器3计算得出的爆速以及爆速-时间曲线；

密钥启动模块5通过指纹识别、图像识别、读卡器识别的一种或多种 的组合来启动爆速仪。

采用本发明的爆速仪和爆速测量方法，可以真实的反映出炸药在炮孔 中起爆过程中的爆速，从而能够更准确的指导操作人员根据不同的实际情 况，选择不同的炸药和不同的起爆条件，进而获得最佳的效果。

上面对本发明的一些实施方式进行了详细的描述。如本领域的普通技 术人员所能理解的，本发明的方法和装置的全部或者任何步骤或者部件， 可以在任何计算设备(包括处理器、存储介质等)或者计算设备的网络中， 以硬件、固件、软件或者它们的组合加以实现，这是本领域普通技术人员 在了解本发明的内容的情况下运用他们的基本编程技能就能实现的，因此 不需在此具体说明。

此外，显而易见的是，在上面的说明中涉及到可能的外部操作的时候， 无疑要使用与任何计算设备相连的任何显示设备和任何输入设备、相应的 接口和控制程序。总而言之，计算机、计算机系统或者计算机网络中的相 关硬件、软件和实现本发明的前述方法中的各种操作的硬件、固件、软件 或者它们的组合，即构成本发明的设备及其各组成部件。

因此，基于上述理解，本发明的目的还可以通过在任何信息处理设备 上运行一个程序或者一组程序来实现。所述信息处理设备可以是公知的通 用设备。因此，本发明的目的也可以仅仅通过提供包含实现所述方法或者 设备的程序代码的程序产品来实现。也就是说，这样的程序产品也构成本 发明，并且存储或者传输这样的程序产品的介质也构成本发明。显然，所 述存储或者传输介质可以是本领域技术人员已知的，或者将来所开发出来 的任何类型的存储或者传输介质，因此也没有必要在此对各种存储或者传 输介质一一列举。

在本发明的设备和方法中，显然，各部件或各步骤是可以分解、组合 和/或分解后重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本发明的等效方 案。还需要指出的是，执行上述系列处理的步骤可以自然地按照说明的顺 序按时间顺序执行，但是并不需要一定按照时间顺序执行。某些步骤可以 并行或彼此独立地执行。同时，在上面对本发明具体实施例的描述中，针 对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或 更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其 它实施方式中的特征。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、要素、步骤或 组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、要素、步骤或组件的存 在或附加。

虽然已经详细说明了本发明及其优点，但是应当理解在不超出由所附 的权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下可以进行各种改变、替 代和变换。而且，本申请的范围不仅限于说明书所描述的过程、设备、手 段、方法和步骤的具体实施例。本领域内的普通技术人员从本发明的公开 内容将容易理解，根据本发明可以使用执行与在此所述的相应实施例基本 相同的功能或者获得与其基本相同的结果的、现有和将来要被开发的过 程、设备、手段、方法或者步骤。因此，所附的权利要求旨在在它们的范 围内包括这样的过程、设备、手段、方法或者步骤。