2、实验过程

1/2.实验方法

图1 导爆管爆速测量系统组成

实验搭建了由导爆管绕线板、起爆器、千眼狼光学应变测量系统组成的导爆管爆速测量系统，设计布置4.5m折返式绕线板，折返距离大于5cm，并将导爆管固定在绕线板上，如图2所示。

图2  实验导爆管绕线板

基于数字图像相关性爆速测量流程如图3所示，主要包括以下几个步骤：

（1）千眼狼光学应变测量系统高速采集； 

（2）系统图像预处理，将彩色图像转成灰度图像，并对灰度图像进行高斯滤波； 

（3）分别选定成长区和稳定区参考子区； 

（4）读取序列图像； 

（5）相关性匹配，搜索爆轰波头位置； 

（6）计算当前波速； 

（7）记录数据； 

（8）爆轰波是否达到终点。

如果是，爆速计算完成，流程结束；否则，返回步骤（4）。

图4  传爆过程图像序列

通过图4传播过程图像分析可知，导爆管内爆轰波在成长区和稳定区波头形态不同，第1~3帧波头形态相近，第4~32帧爆轰波波头形态相近，因此分别选取第1帧和第4帧为成长区和稳定区参考图像。在第1帧中以波头为中心点选取13×13参考子区，与第2、3帧进行相关性匹配，计算成长区爆速；在第4帧中以波头为中心点选取13×13参考子区，与余下图像进行相关性匹配，计算稳定爆速。图像中相邻两个导爆管固定栓之间相差约10个像素，物理距离为50mm，可知每个像素物理尺寸为5mm/pixel，采样时间为80μs，根据系统算法计算出爆速。

图5  导爆管爆速-时间曲线图

试验所用导爆管标称爆速为1700~1800 m/s，以达到1700m/s认为管内已形成稳定爆轰波。从图5可以看出，3次试验中爆轰波成长过程基本一致，0.4ms达到稳定爆速，随后爆速有一定程度波动，多数时间爆速稳定在1700~1800m/s之间，而数次处于1600~1700m/s之间，其中第1、2次试验有8次低于1700m/s，第3次试验有7次低于1700m/s。进一步观察图4发现，低爆速点恰好是爆轰波传播到绕线板的拐角处，通过拐角后爆速又上升到稳定爆速。

图6  导爆管爆速-长度曲线

图7  稳定完整爆轰波灰度图

实验进行了折返式布置的导爆管起爆、传爆试验，应用千眼狼光学应变测量系统采集分析了管内爆轰波从成长到衰减的全过程图像，结合系统算法对图像进行了滤波、爆轰波头相关匹配定位波头坐标换算等处理，完成了爆轰波速和成长区间测量。实验结果表明导爆管稳定爆速为1700~1800m/s，在直角拐弯处降至1600~1700m/s，成长区间为32~41cm。除温度和管内装药参数外，布置形式也影响导爆管爆速，在工程应用中应尽量避免导爆管直角弯折或打结。实验中采用折返式布线方式布置了4.5m导爆管，观测到了管内爆轰波全长，有效反应区长度为31.92cm，产物膨胀区总长为1.05m。