9 2016年3月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
基于爆炸火光光谱分析的大当量爆炸场
破片速度测试方法研究
刘吉1，2，于丽霞3，张斌2，赵冬娥，刘小彦1，王恒飞
1，中北大学电子测试技术重点实验室，山西太原
030051
2，中北大学信息与通信工程学院，山西太原030051
Vol. 36,No. 3, pp631-634
March，2016
摘要为了解决战斗部爆炸过程中，因爆炸物当量较大造成爆燃火球持续时闻长，覆盖面积大，近场位置破片速度参数难于获取的问题，提出一种以激光光幕为有效传感区域的光电收发一体的测试方法。通过分析三种不同类型战斗部爆炸火光特征光谱分布可知，在0.3～1.0m波段内火光相对光强度较低，以此为依据，采用定距测时原理和原向反射技术，由固体激光器、菲程尔透镜、窄带滤光器、高速光电传感器等关键光学元件构建破片速度参数获取的光学系统。系统光路收发体，结构紧凄，窄带滤光片与激光光源配合使用避开火光光谱，有效抑制背景光的干扰，采用该系统进行了不同型号、当量的战斗部静爆破片速度参数测试现场实验，通过美国NI数据采集系统记录数据并对信号进行去噪和识别，成功获取了较高信噪比的波形信号。实验结果表明：本方案可完成爆心10～15m附近破片速度的准确测试，最小可测被片尺寸为4 mm，获取破片速度可达1200m·s-1，与靶板测试结果对比可知捕获率优于95%，由于采用菲涅尔透镜形成矩形光幕，光幕上下的光强分布一致，水平方向光强均匀度达到80%以上，因此系统还可初步区分预制破片速度与尺寸的对应关系。
关键词爆炸；战斗部；破片速度；激光光幕
中图分类号：0439
引言
文献标识码：A
DOI;10.3964/i.issn.1000-0593(2016)03-0631-04
好的现场测试的方法。
本研究在分析儿种爆炸物光谱成份的基础上，提出一种大当量爆炸场内破片速度参数获取的优化方法，并通过现场
破片的速度是衡量战斗部杀伤效能的重要指标之一，目前文献报道的测试手段如网靶、梳状靶等方法存在测试过程紧项、测试精度不高、重复性差等诸多不足[-3]。采用激光光幕为核心传感区的破片速度测试系统具有精度高、重复性好、全天候等优点，成为战斗部爆炸场破片速度测试的主要方法之一[-5]。在大当量爆炸爆轰过程中常常伴随高温、高压、强火光干扰因素，尤其是爆炸中心半径周围，分散的破片包裹于爆炸火球内部。此时，采用一般光电检测的手段捕提火球内部高速运动的破片具有更高的技术难度。目前，相关文献报道了通过计算机仿真的方法，模拟不同结构和不同当量战斗部破片在各个时刻的速度(")，或者根据测试场地的气象条件以及破片的形状、材料和远场处的存速，反演出破片在炸心近处的速度[8们。仿真和反演的方法都不能从真正意义上评价待测对象的真实性能，因此，必须寻求一种更
收稿日期：2015-02-03，修订日期：2015-06-22
试验证实了该方法的有效性。
测试系统原理 1.1爆炸火光光谱分析
战斗部静爆过程为含能材料爆燃转爆轰的瞬态过程，当爆炸物的爆炸当量较大时，产生爆燃火球持续时间长，覆盖面积大。光电探测系统的设计基于对爆炸火光的光谱成份分析，图1是对三种不同类型战斗部静爆实验中获取的光谱曲线。I型战斗部的发射光谱从1.0m开始出现，波峰起伏的最矩波长为1.15μm，峰值最大值出现在3.15μm处，4.0 μm以后出现明显下降。Ⅱ型战斗部发射光谱从2.0um开始增强至4.0μm处急剧下降。直型战斗部在测量的整个短波波段相对辐射量都很低，只有在4.6~7.0μm具有较强光辐
基金项目：国家自然科学基金项目（1304289)，电子测试技术重点实验室基金项目(9140C12040515X)资助
作者简介：刘吉，1980年生，中北大学信息与通信工程学院副教授万方数据
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