專利名稱：一種評價防爆容器使用安全性的系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于警用裝備領(lǐng)域，特別涉及一種評價防爆容器使用安全性的系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
防爆容器是有效隔離和阻擋爆炸物爆炸時所產(chǎn)生的沖擊波和破片對周圍環(huán)境造成的殺傷效應(yīng)、用于臨時存放和運輸爆炸物及其他可疑爆炸物的裝具；廣泛應(yīng)用于車站、機場等人口密集的場所。對防爆容器的使用安全性進(jìn)行評價方法是警用防護(hù)裝備領(lǐng)域研究的重要課題，是防爆容器推廣使用的必要前提。

GA69-2007、GA871-2010、GA872-2010等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)均對防爆容器安全性評價提出了一定的要求，這些要求或提出了沖擊波的定性評價方法、或提出了爆炸破片的定性測試方法；但這些要求均難以全面對爆炸所產(chǎn)生的沖擊波與破片予以定性和定量的測試評價。例如《GA69-2007防爆毯》中對防爆性能評價時，要求采用5mm厚的瓦楞紙板圍成直徑6000_、高1700_的環(huán)形靶標(biāo)，且要求爆炸實驗完成后靶標(biāo)無穿孔。該評價方法，可以對爆炸破片進(jìn)行定性衡量，卻無法測試爆炸沖擊波的危害?！禛A871-2010防爆罐》、《GA872-2010防爆球》要求防爆容器在經(jīng)歷爆炸后不應(yīng)傾倒、容器表面不應(yīng)出現(xiàn)裂縫穿孔、附著件不得脫落、不應(yīng)有飛濺物產(chǎn)生等。該標(biāo)準(zhǔn)中所提到的評價方法，主要是對爆炸沖擊波的破壞形態(tài)進(jìn)行了定性描述；提到了爆炸破片產(chǎn)生的可能性，也沒有給出詳盡的定量測試評價方法。專利檢索未發(fā)現(xiàn)有相近專利。綜上所述，對防爆容器的測試方法無相近專利，現(xiàn)有相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還難以實現(xiàn)對爆炸所產(chǎn)生的沖擊波以及破片全面且定量的測試，難以對防爆容器的使用安全性進(jìn)行準(zhǔn)確而科學(xué)的評價。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明克服了現(xiàn)有行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的不足以及測試方法的缺陷，提供一種準(zhǔn)確、可靠，能對爆炸所產(chǎn)生的沖擊波以及破片進(jìn)行測試的系統(tǒng)及方法，完成了對防爆容器的使用安全性評價。本發(fā)明是采用下述技術(shù)方案實現(xiàn)上述技術(shù)目的的一種評價防爆容器使用安全性的系統(tǒng)，包括模擬地板、破片測試靶板、生物損傷模擬單元、沖擊波超壓測試系統(tǒng)、高速運動分析系統(tǒng)，所述破片測試靶板組裝成防爆容器使用場所的墻壁、立柱、頂棚或艙壁；防爆容器置于所述破片測試靶板組裝成的防爆容器使用場所內(nèi)部，所述模擬地板置于防爆容器的下方；所述生物損傷模擬單元布置在防爆容器的周圍組成測試矩陣；所述沖擊波超壓測試系統(tǒng)由數(shù)據(jù)采集設(shè)備、超壓傳感器組成，所述超壓傳感器布置在防爆容器的側(cè)面、頂面、底面或者開口方向，組成沖擊波超壓測試矩陣；所述高速運動分析系統(tǒng)置于防爆容器的一側(cè)。
優(yōu)選地，所述模擬地板采用水泥板、鐵板、鋁板、木板、玻璃板中的一種或多種。優(yōu)選地，采用水泥板、鐵板、鋼板或玻璃板材質(zhì)的破片測試靶板來模擬防爆容器使用場所的墻壁、立柱，采用鋁板、木板、玻璃板、紙板、泡沫板或塑膠板材質(zhì)的破片測試靶板模擬防爆容器使用場所的頂棚、艙壁。優(yōu)選地，所述生物損傷模擬單元，采用水袋、鋁箔、錫紙、小動物、硅膠中的一種或多種。評價防爆容器使用安全性的方法，包括以下步驟(a)將爆炸物放置于位于爆炸實驗場地中心的模擬地板上；(b)在爆炸物周圍懸掛生物損傷模擬單元、設(shè)置超壓傳感器以及破片測試靶板，在 所述防爆容器的一側(cè)設(shè)置高速運動分析系統(tǒng)；(C)引爆爆炸物，記錄爆炸后模擬地板、生物損傷模擬單元、破片測試靶板的損壞情況，以及沖擊波超壓測試系統(tǒng)、高速運動分析系統(tǒng)所測得的數(shù)據(jù)；(d)將裝有爆炸物的防爆容器放置于位于爆炸實驗場地中心的模擬地板上；(e)在防爆容器周圍布置與步驟(b)中布局相同的生物損傷模擬單元、超壓傳感器、以及破片測試靶板及高速運動分析系統(tǒng)；(f)引爆防爆容器內(nèi)的爆炸物，記錄爆炸后模擬地板、生物損傷模擬單元、破片測試靶板的損壞情況，以及沖擊波超壓測試系統(tǒng)、高速運動分析系統(tǒng)所測得的數(shù)據(jù)；(g)對比步驟(C)和步驟(f)所測得的結(jié)果和數(shù)據(jù)，對防爆容器的安全性進(jìn)行定性和定量的分析。在爆炸實驗前，取球形水袋100個，分別注入300ml、500ml、800ml、1000ml的水，從
I米、I. 5米、I. 8米、2米等高度自由落下，統(tǒng)計破裂水袋數(shù)量，并進(jìn)行數(shù)理分析，得出合適的注水量與跌落高度，并計算水袋的沖擊強度閾值，使之與評價防爆容器使用安全性的方法所需沖擊強度相近。優(yōu)選地，步驟(b)中所述高速運動分析系統(tǒng)設(shè)置于爆炸物側(cè)面的50米外。優(yōu)選地，步驟(b)中所述破片測試靶板分別設(shè)置在爆炸物的右側(cè)I. 5米、前方3米處構(gòu)成L狀，所述生物損傷模擬單元為水袋，分別懸掛在所述爆炸物的前方I米、2米、3米處，爆炸物的左側(cè)I米、2米、3米處，所述超壓傳感器分別設(shè)置在所述爆炸物的右側(cè)I米處，爆炸物的后方I米、2米處。本發(fā)明中，所述模擬地板用于評價防爆容器在經(jīng)歷爆炸后對其所使用場所的破壞情況。所述破片測試靶板實現(xiàn)對爆炸破片的捕捉，并測試爆炸過程中是否會產(chǎn)生致命性破片，對爆炸破片的產(chǎn)生方向、速度、數(shù)量等參數(shù)做定性分析。所述生物損傷模擬單元在經(jīng)歷沖擊波的面沖擊、破片的點沖擊情況下，部分會發(fā)生破裂現(xiàn)象，在數(shù)理統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，得到生物損傷模擬單元的抗沖擊強度，從而實現(xiàn)了對沖擊波以及破片的定性測試。所述沖擊波超壓測試系統(tǒng)用于對爆炸所產(chǎn)生的爆炸沖擊波的超壓的定量測試，實現(xiàn)對防爆容器的使用安全性評價。所述高速運動分析系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)每秒萬幀級的畫面拍攝，通過圖像分析，能夠得到?jīng)_擊波陣面、爆炸破片的運動軌跡以及運動速度。綜上所述，本發(fā)明所述的評價防爆容器使用安全性的系統(tǒng)及方法，能夠通過模擬地板、破片測試祀板完成防爆容器對環(huán)境、對建筑物的損壞情況的評價，通過破片測試革巴、生物損傷模擬矩陣完成對爆炸沖擊波、爆炸破片的定性評價，通過沖擊波超壓測試系統(tǒng)實現(xiàn)對爆炸沖擊波的定量測試、通過高速運動分析系統(tǒng)對爆炸現(xiàn)象進(jìn)行定性分析。實現(xiàn)了對爆炸所產(chǎn)生的沖擊波以及爆炸破片的定性分析與定量測試，實現(xiàn)了防爆容器防護(hù)下，爆炸現(xiàn)象對周圍環(huán)境、建筑物、交通工具以及人體的損毀、損傷情況的定性評價。解決了對防爆容器的使用安全性進(jìn)行全面評價的難題。


圖I為本發(fā)明所述評價防爆容器使用安全性的系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為評價防爆箱使用安全性的方法的爆炸現(xiàn)場的俯視圖。圖3為評價防爆箱使用安全性的方法的爆炸現(xiàn)場的前視圖。圖中I-防爆容器，2-模擬地板，3-破片測試靶板，4-生物損傷模擬單元，5-沖擊 波超壓測試系統(tǒng)，6-高速運動分析系統(tǒng)，7-防爆箱，8-運輸箱，9-爆炸物，10-超壓傳感器。
具體實施例方式為了更清楚的說明本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的介紹。如圖I所示，本發(fā)明所述的評價防爆容器使用安全性的系統(tǒng)，包括模擬地板2、破片測試靶板3、生物損傷模擬單元4、沖擊波超壓測試系統(tǒng)5、高速運動分析系統(tǒng)6。所述破片測試靶板3組裝成防爆容器I使用場所的墻壁、立柱、頂棚或艙壁；防爆容器I置于所述破片測試靶板3組裝成的防爆容器I使用場所內(nèi)部；所述模擬地板2置于防爆容器I的下方；所述生物損傷模擬單元4布置在防爆容器I的周圍組成測試矩陣；所述沖擊波超壓測試系統(tǒng)5由數(shù)據(jù)采集設(shè)備、超壓傳感器10組成；所述超壓傳感器10布置在防爆容器I的側(cè)面、頂面、底面或者開口方向等方位，組成沖擊波超壓測試矩陣，完成對爆炸所產(chǎn)生的爆炸沖擊波的超壓的定量測試，實現(xiàn)對防爆容器I的使用安全性評價。所述高速運動分析系統(tǒng)6，能夠?qū)崿F(xiàn)每秒萬幀級的畫面拍攝，將所述高速運動分析系統(tǒng)6置于防爆容器I的一側(cè)，通過對爆炸過程中所采集的圖像進(jìn)行分析，能夠得到?jīng)_擊波陣面、爆炸破片的運動軌跡以及運動速度，實現(xiàn)在防爆容器I的防護(hù)下，對爆炸的全過程進(jìn)行定性、定量分析。具體地，本發(fā)明中，采用水泥板、鐵板等材質(zhì)的模擬地板2來模擬重型的所述防爆容器I使用場所的地板、樓板，采用鋁板、木板、玻璃板等材質(zhì)的模擬地板2來模擬輕型的所述防爆容器I使用場所的地板、艙板；以評價防爆容器I在經(jīng)歷爆炸后對其所使用場所的破壞情況。采用水泥板、鐵板、鋼板、玻璃板等材質(zhì)的破片測試靶板3來模擬防爆容器I使用場所的墻壁、立柱等設(shè)施；采用鋁板、木板、玻璃板、紙板、泡沫板、塑膠板等材質(zhì)的破片測試靶板3來模擬防爆容器I使用場所的頂棚、艙壁等。在爆炸過程中，所述破片測試靶板3實現(xiàn)對爆炸破片的捕捉，測試爆炸過程中是否會產(chǎn)生致命性爆炸破片，對爆炸破片的產(chǎn)生方向、速度、數(shù)量等參數(shù)做定性分析。所述生物損傷模擬單元4采用強度與人體的皮膚及組織器官強度相近的水袋、鋁箔、錫紙、小動物、硅膠模型等，根據(jù)需求布置在防爆容器I的各個方位，組成測試矩陣。在數(shù)理統(tǒng)計的基礎(chǔ)上，得到生物損傷模擬單元4的抗沖擊強度。生物損傷模擬單元4在經(jīng)歷沖擊波的面沖擊、爆炸破片的點沖擊情況下，部分會發(fā)生破裂現(xiàn)象；從而實現(xiàn)對沖擊波以及爆炸破片的定性測試。生物損傷單元應(yīng)具有結(jié)構(gòu)簡單、成本低、易獲得、可靠性高等特點。防爆箱7是防爆容器I的一種，由高強、高模、高分子非金屬材料制作而成，具有重量小、體積輕、比防護(hù)能力強、無二次殺傷的特點，用于易爆物品的運輸或爆炸物9的短時存儲；適用于銀行、郵局、公檢法辦公場所，或飛機機艙、動車車廂等空間相對狹小的場合。與防爆箱7配套使用的運輸箱8，在防爆箱7的攜行狀態(tài)時起到運輸防爆箱7的作用，在防爆箱7的貯運狀態(tài)時起到對防爆箱7的支撐作用。本發(fā)明以防爆箱7為例，具體比較了有無防爆容器I防護(hù)的損壞差異性，對防爆箱7的使用安全性進(jìn)行了定性、定量評價，以說明評價防爆容器I安全性的方法。如圖2、圖3所示為評價防爆箱使用安全性的方法的爆炸現(xiàn)場的示意圖，本發(fā)明所述評價防爆容器I使用安全性的方法，包括以下步驟 (a)將爆炸物9放置于位于爆炸實驗場地中心的模擬地板2上，以200gTNT炸藥為例。在爆炸實驗前，取球形水袋100個，分別注入300ml、500ml、800ml、1000ml的水，從
I米、I. 5米、I. 8米、2米等高度自由落下，統(tǒng)計破裂水袋數(shù)量，并進(jìn)行數(shù)理分析，得出合適的注水量與跌落高度，并計算水袋的沖擊強度閾值，使之與評價防爆容器I使用安全性的方法所需沖擊強度相近。(b)在爆炸物9周圍懸掛生物損傷模擬單元4、設(shè)置超壓傳感器10以及破片測試靶板3，在所述防爆容器I的一側(cè)設(shè)置高速運動分析系統(tǒng)6。具體地，將所述高速運動分析系統(tǒng)6設(shè)置于所述炸藥側(cè)面的50米外。將所述破片測試靶板3分別設(shè)置在所述炸藥的右側(cè)I. 5米、前方3米處構(gòu)成L狀。所述生物損傷模擬單元4為水袋，分別懸掛在所述炸藥前方的I米、2米、3米處，分別記為1#、2#、3#,所述炸藥左側(cè)的I米、2米、3米處，分別記為4#、5#、6#。所述超壓傳感器10分別設(shè)置在所述炸藥右側(cè)I米處記為A，設(shè)置在所述炸藥后方I米、2米處，分別記為B、C。(c)引爆炸藥，記錄爆炸后模擬地板2、生物損傷模擬單元4、破片測試靶板3的損壞情況，以及沖擊波超壓測試系統(tǒng)5、高速運動分析系統(tǒng)6所測得的數(shù)據(jù)，如表I所示。(d)將裝有200gTNT炸藥的防爆容器I放置于位于爆炸實驗場地中心，防爆箱7下方放置運輸箱8，運輸箱8下方設(shè)置模擬地板2，如圖3所示。(e)在防爆箱7周圍布置與步驟(b)中布局相同的生物損傷模擬單元4、超壓傳感器10、破片測試靶板3及高速運動分析系統(tǒng)6。具體地，將所述高速運動分析系統(tǒng)6設(shè)置于防爆箱7側(cè)面的50米外。將所述破片測試靶板3分別設(shè)置在防爆箱7的右側(cè)I. 5米、開口 3米處構(gòu)成L狀。所述生物損傷模擬單元4為水袋，分別懸掛在防爆箱7開口方向的I米、2米、3米處，分別記為1#、2#、3#,防爆箱7左側(cè)的I米、2米、3米處，分別記為4#、5#、6# ;所述超壓傳感器10分別設(shè)置在防爆箱7右側(cè)I米處記為A，設(shè)置在爆炸箱后方I米、2米處，分別記為B、C，如圖2、圖3所示。Cf)引爆防爆箱7內(nèi)的爆藥，記錄爆炸后模擬地板2、生物損傷模擬單元4、破片測試靶板3的損壞情況，以及沖擊波超壓測試系統(tǒng)5、高速運動分析系統(tǒng)6所測得的數(shù)據(jù)，如表I所示。(g)對比步驟(C)和步驟(f)所測得的結(jié)果和數(shù)據(jù)，對防爆容器I的安全性進(jìn)行定性和定量的分析。
表I 200gTNT炸藥及有防爆容器防護(hù)兩種情況下爆炸測試結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種評價防爆容器使用安全性的系統(tǒng)，其特征在于，包括模擬地板(2)、破片測試靶板(3)、生物損傷模擬單元(4)、沖擊波超壓測試系統(tǒng)(5)、高速運動分析系統(tǒng)(6)，所述破片測試靶板(3)組裝成防爆容器(I)使用場所的墻壁、立柱、頂棚或艙壁；防爆容器(I)置于所述破片測試靶板(3)組裝成的防爆容器(I)使用場所內(nèi)部，所述模擬地板(2)置于防爆容器(O的下方；所述生物損傷模擬單元(4)布置在防爆容器(I)的周圍組成測試矩陣；所述沖擊波超壓測試系統(tǒng)(5)由數(shù)據(jù)采集設(shè)備、超壓傳感器(10)組成，所述超壓傳感器(10)布置在防爆容器(I)的側(cè)面、頂面、底面或者開口方向，組成沖擊波超壓測試矩陣；所述高速運動分析系統(tǒng)(6)置于防爆容器(I)的一側(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的評價防爆容器使用安全性的系統(tǒng)，其特征在于，所述模擬地板(2 )采用水泥板、鐵板、鋁板、木板、玻璃板中的一種或多種。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的評價防爆容器使用安全性的系統(tǒng)，其特征在于，采用水泥板、鐵板、鋼板或玻璃板材質(zhì)的破片測試靶板(3)來模擬防爆容器(I)使用場所的墻壁、立柱，采用鋁板、木板、玻璃板、紙板、泡沫板或塑膠板材質(zhì)的破片測試靶板(3)模擬防爆容器(I)使用場所的頂棚、艙壁。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的評價防爆容器使用安全性的系統(tǒng)，其特征在于，所述生物損傷模擬單元(4)，采用水袋、鋁箔、錫紙、小動物、硅膠中的一種或多種。
5.評價防爆容器使用安全性的方法，其特征在于，包括以下步驟 Ca)將爆炸物(9)放置于位于爆炸實驗場地中心的模擬地板(2)上； (b)在爆炸物(9)周圍懸掛生物損傷模擬單元(4)、設(shè)置超壓傳感器(10)以及破片測試靶板(3)，在所述防爆容器(I)的一側(cè)設(shè)置高速運動分析系統(tǒng)(6)； (c )引爆爆炸物(9 )，記錄爆炸后模擬地板(2 )、生物損傷模擬單元(4)、破片測試靶板(3)的損壞情況，以及沖擊波超壓測試系統(tǒng)(5)、高速運動分析系統(tǒng)(6)所測得的數(shù)據(jù)； Cd)將裝有爆炸物(9)的防爆容器(I)放置于位于爆炸實驗場地中心的模擬地板(2)上; (e)在防爆容器(I)周圍布置與步驟(b)中布局相同的生物損傷模擬單元(4)、超壓傳感器(10)、破片測試靶板(3)以及高速運動分析系統(tǒng)(6)； Cf)引爆防爆容器(I)內(nèi)的爆炸物(9)，記錄爆炸后模擬地板(2)、生物損傷模擬單元(4)、破片測試靶板(3)的損壞情況，以及沖擊波超壓測試系統(tǒng)(5)、高速運動分析系統(tǒng)(6)所測得的數(shù)據(jù)； (g)對比步驟(c)和步驟(f)所測得的結(jié)果和數(shù)據(jù)，對防爆容器(I)的安全性進(jìn)行定性和定量的分析。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的防爆容器使用安全性評價的方法，其特征在于，步驟(a)前還包括以下步驟取球形水袋100個，分別注入300ml、500ml、800ml、IOOOml的水，從I米、I.5米、I. 8米、2米的高度自由落下，統(tǒng)計破裂水袋數(shù)量，并進(jìn)行數(shù)理分析，得出合適的注水量與跌落高度，并計算水袋的沖擊強度閾值，使之與評價防爆容器(I)使用安全性的方法所需沖擊強度相近。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的防爆容器使用安全性評價的方法，其特征在于，步驟(b)中所述高速運動分析系統(tǒng)(6)設(shè)置于爆炸物(9)側(cè)面的50米外。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的防爆容器使用安全性評價的方法，其特征在于，步驟(b)中所述破片測試靶板(3)分別設(shè)置在爆炸物(9)的右側(cè)I. 5米、前方3米處構(gòu)成L狀，所述生物損傷模擬單元(4)為水袋，分別懸掛在所述爆炸物(9)的前方I米、2米、3米處，爆炸物(9) 的左側(cè)I米、2米、3米處，所述超壓傳感器(10)分別設(shè)置在所述爆炸物(9)的右側(cè)I米處，爆炸物(9)的后方I米、2米處。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種評價防爆容器使用安全性的系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括置于防爆容器下方的模擬地板，用于組裝成防爆容器使用場所破片測試靶板，布置在防爆容器周圍的生物損傷模擬單元，置于防爆容器的側(cè)面、頂面、底面或者開口方向的沖擊波超壓測試系統(tǒng)，以及置于防爆容器一側(cè)的高速運動分析系統(tǒng)。所述方法，分別在所述防爆容器使用安全性評價的系統(tǒng)中測試無防爆容器防護(hù)以及有防爆容器防護(hù)兩種狀態(tài)下爆炸結(jié)果，并對比分析。本發(fā)明實現(xiàn)了對爆炸所產(chǎn)生的沖擊波以及爆炸破片的定性分析與定量測試，實現(xiàn)了防爆容器防護(hù)下，爆炸現(xiàn)象對周圍環(huán)境的損毀與周邊人員的損傷等情況的定性評估。解決了對防爆容器的使用安全性進(jìn)行全面評價的難題。
文檔編號G01M7/08GK102768105SQ20121026462
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月27日
發(fā)明者倪君杰, 劉海芳, 唐劍蘭, 李劍, 杜菲, 王譽天, 王遠(yuǎn)途, 王穎, 石凌飛 申請人:公安部第一研究所, 北京中盾安全技術(shù)開發(fā)公司