MATLAB爆炸场地震波测试方法研究(2)

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4.1 地震波速度传感器安装方式17

4.2 传感器位置布置18

4.3 测试系统爆破测振仪参数设置. 19

4.4 基于 MATLAB的地震波信号分析.. 20

4.4.1 地震波峰值速度.. 21

4.4.2 地震波传播速度计算方法 24

4.4.3 战斗部爆炸场地面振动速度随距离变化特征26

4.4.4 基于傅立叶变换的频谱分析..28

结论 31

致谢 32

参考文献.33

附录 35
1 引言1.1 课题研究背景及意义大当量弹药在空中爆炸以后，会产生冲击波、破片、地震波等一系列效应，随着国防科技发展水平的逐渐提高,军用电子科学技术扩展到了军事的各个方面.为军事战争服务的测量、监控、通信、全方面分析装置都将配备很多具有较高精度的电子器件，这么些高精度的电子装备将是现代化武器装备的核心组成部分。为了安全起见，也为了相应的固定作用，这些仪器装置常常被放于地下并掩埋，爆炸产生的空气冲击波以及弹体产生的破片要对其产生破坏是比较困难的。和在空气中传播的冲击波相比较，地震波在岩石、土壤等固体中传播时，衰减的较慢。大当量爆炸地震波将通过土地传播到掩埋在土地中的电子仪器和设备，并对它们产生破坏。此外，地震波对于地面上的房屋建筑、目标前行装甲等，也会造成毁伤。地震波的毁伤效果是评估弹药杀伤能力的一个重要指标，因此对于战斗部爆炸后产生的地震波研究有重要意义。
1.2 国内外研究现状在对地震波的研究中，国内外学者对于工程爆破产生的地震波的研究较多，且多是对于土中、水中或岩石中爆破产生的地震波进行研究，部分文献对于弹药在地面以上爆炸场的地震波特性进行了研究，但研究的弹药的当量较小，对于实际武器系统大当量的温压炸药爆轰地震效应的研究较为少见。
1.2.1 大当量弹药爆炸场地震波信号测试方法发展现状目前对大型的战斗部、云爆弹以及温压弹等武器的毁伤效能的研究，多是从冲击波毁伤、破片毁伤、热辐射毁伤、窒息毁伤等方面进行，在战斗部爆炸场的毁伤评估中，随着战斗部装药量的的增加，引起的地震波成为一个不容忽视因素，和爆炸场地震波有关的参数有很多，了解与爆破振动和爆破振动频率相关的物理量至关重要。对于爆炸地震波振动强度，国内外广泛采用质点振动速度、加速度或位移作为衡量标准，而衡量爆炸地震效应振动频率的基本量有质点振动的频率和振动持续时间。深入了解一些参数所代表的意义，对于评估爆破地震效应非常重要。从二十世纪初开始，苏联与美国就对爆炸场地震波进行了大量的研究试验，以爆破振动现象以及理论分析作为基础，Thoenen、Rockwell 和 Windes 各自阐述了建造结构不会受到损坏的安全范围是距离爆破中心 200～300ft 和界定结构是否损坏的标准采用质点的加速度。并且还提出了建议标准：结构不受损坏的加速度范围为小于 0.1 倍的重力加速度，大于此加速度则结构受损坏；Crandell 在后来提出用结构能量比的值来作为评判结构是否安全的标准，爆破释放的能量比值小于3 的区域为安全区，否则为危险区域。后来研究者们经过大量的研究试验以及长期的工程实践经验，普遍用质点振动峰值速度作为爆炸场爆破振动强度以及爆破振动安全评价的指标。国内来说，谢毓寿等在对自然地震波研究工作的基础之上，通过不同地质情况下的爆破试验，总结得到相关的质点振动加速度衰减经验公式，以及不一样建筑结构的损坏评判标准[1]。经过大量的理论研究和工程实际试验，人们发现一的用爆破振动速度或加速度作为爆炸地震效应的评估依据有很大的局限性，其实爆破振动的频率也有一定的影响。欧美一些采矿业比较发达的国家，普遍用地震波振动速度与振动频率两个相关联的因素的综合影响作为制定爆破振动安全评估依据时的标准。我国于2003 年对旧版《爆破安全规程》做了修改和调整，新的规程指出用质点振动速度和质点振动频率来两者的综合影响来评估地震效应。1.2.2 爆炸场地震波信号采集系统发展现状地震波测试系统的组建，比较重要的一点是传感器的选择。比较传统的地震波传感器是基于电磁原理的动圈式速度型传感器，这种传感器不需要供电，但体积较大，灵敏度低，存在非线性,易于受到外界干扰[2]。新型的传感器有利用MEMS 技术开发的传感器，基于 MEMS电容传感技术的加速度传感器具有体积小，精度高，灵敏度高，动态范围大等优点[3]。如美国 I/O公司的Vector 系列MEMS 数字加速度计[4]，AD 公司的ADXL 系列MEMS 加速度计，法国sercel公司生产的DSU3 数字检波器[5]，美国 ION公司推出另一种 SVSM型数字检波器[6]，以电容式的 MEMS 传感器做为核心的数字检波器是两种我们经常用到的数字检波器。中国科学院微系统与信息技术研究所已研究出了可供野外试验的MEMS 加速度传感器[7]。此外有利用光纤技术设计的加速度地震波检波器，天津大学研制了全光纤的加速度地震检波器，可同时检测 3个轴向的加速度，具有并行、实时、高分辨率、高灵敏度检测及抗电磁干扰等优点[8]。在传感器的选择上，首先传感器所能测的频率范围要满足要求，市场可供选择的振动速度传感器频率范围一般在10～500Hz，基本能满足要求,若速度传感器的频率范围不能满足要求,可选用加速度传感器,速度波形通过数值积分来得到,加速度传感器频率测量范围足够大,较高振动频率测量的要求基本上都可以满足[9]。对于传感器的安装也有不同方法，一般情况下尽可能直接安装传感器，尽量不要通过基座等安装，因为它有可能造成振动波形失真，美国Dowding 博士研究表明，在地表振动幅值不大，频率不高时，可直接将传感器放置在地表，周围用相应的材料粘附。传感器安装时，测试现场的地质条件、传感器大小、使用安装平板时的材料等都是必须考虑的问题，本课题中需根据选择的传感器，合理的设计安装方式。