一种动物肺部爆炸伤试验装置及方法与流程

1.本技术涉及生物爆炸损伤技术领域，尤其是涉及一种动物肺部爆炸伤试验装置及方法。


背景技术：

2.目前，由于缺乏针对爆炸冲击波作用下的生物肺部损伤的试验装置，造成试验数据离散性大，无法有效获取生物损伤特征及伤情等级与冲击波参数的对应关系，无法为生物爆炸损伤防护和救治提供技术支撑。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术提供了一种动物肺部爆炸伤试验装置及方法，通过该试验装置能够获取到不同当量和距离的爆炸源对试验动物的肺部损伤特征，从而应用于生物爆炸损伤防护及医学救治领域。
4.第一方面，本技术实施例提供一种动物肺部爆炸伤试验装置，包括：爆源组件、试验组件、测试组件和上位机；
5.所述爆源组件，用于提供不同预设当量的爆炸冲击波；
6.所述试验组件，用于固定和定位麻醉后的多个实验动物；
7.所述测试组件，用于采集爆炸冲击波作用下的麻醉后的实验动物的胸部表面压力，以及爆炸冲击波的入射压力，然后上传至上位机；
8.所述上位机，用于对接收的数据进行统计和处理。
9.进一步地，所述爆源组件包括：爆源，爆源起爆装置和爆源固定支架；
10.所述爆源，用于产生不同预设当量的空气爆炸冲击波；
11.所述爆源起爆装置，用于引爆爆源；
12.所述爆源固定支架，用于将爆源固定于试验场地中间位置。
13.进一步地，所述试验组件包括：试验动物麻醉设备和多个试验动物支架；
14.所述试验动物麻醉设备，用于在试验前对试验动物进行麻醉；
15.所述试验动物支架，用于固定麻醉后的试验动物；使试验动物胸部位置与爆源的高度一致，而且使试验动物胸部正对爆源。
16.进一步地，所述测试组件包括：电荷放大器、数字示波器、传感器固定装置和测试仪器防护装置；所述压力传感器为自由场压力传感器或壁面压力传感器，所述自由场压力传感器固定于试验动物支架上，所述壁面压力传感器固定于试验动物胸部表面；其中，所述自由场压力传感器所在的试验动物支架与爆源的距离大于预设的距离阈值；所述壁面压力传感器所在的试验动物支架与爆源的距离不大于预设的距离阈值；所述自由场压力传感器和壁面压力传感器均与电荷放大器连接，所述电荷放大器与数字示波器连接，所述数字示波器与上位机连接；所述电荷放大器、数字示波器和上位机放置于测试仪器防护装置内；
17.所述自由场压力传感器，用于采集空气爆炸冲击波的入射波压力，将入射压力信
号传入电荷放大器；
18.所述壁面压力传感器，用于采集空气爆炸冲击波对试验动物胸部表面壁面的反射压力，将壁面反射压力信号传入电荷放大器；
19.所述电荷放大器，用于对入射压力信号和壁面反射压力信号进行放大，送入数字示波器；
20.所述数字示波器，用于对放大后的入射压力信号和壁面反射压力信号进行记录，并上传至上位机。
21.进一步地，所述上位机具体用于：
22.对于自由场压力传感器采集的入射压力，生成当量炸药下的与爆源距离下的时间-压力曲线；
23.对于壁面压力传感器采集的反射压力，计算出对应的入射压力，计算公式为：
[0024][0025]
其中，δp1为入射冲击波峰值超压，即入射压力，δp2为反射冲击波峰值超压，即反射压力，p0为地面大气压；
[0026]
根据计算出的入射压力生成当量炸药下的与爆源距离下的时间-压力曲线。
[0027]
第二方面，本技术实施例提供一种动物肺部爆炸伤试验方法，应用于本技术实施例的装置，所述方法包括：
[0028]
将多个麻醉后的试验动物分别固定在不同的试验动物支架上；
[0029]
以预设炸药当量的爆源为中心，将多个不同的试验动物支架上放置在与爆源不同距离的位置处；
[0030]
利用爆源起爆装置引爆爆源，利用所述每个壁面压力传感器将采集的壁面压力信号传入电荷放大器；利用所述自由场压力传感器将入射压力信号传入电荷放大器；
[0031]
利用所述电荷放大器对入射压力信号和壁面压力信号进行放大，送入数字示波器；利用所述数字示波器对放大后的入射压力信号和壁面压力信号进行记录，并上传至上位机；
[0032]
利用所述上位机对接收的数据进行统计和处理。
[0033]
进一步地，利用所述上位机对接收的数据进行统计和处理；包括：
[0034]
对于自由场压力传感器采集的入射压力，生成当量炸药下的与爆源距离下的时间-压力曲线；
[0035]
对于壁面压力传感器采集的反射压力，计算出对应的入射压力，计算公式为：
[0036][0037]
其中，δp1为入射冲击波峰值超压，即入射压力，δp2为反射冲击波峰值超压，即反射压力，p0为地面大气压；
[0038]
根据计算出的入射压力生成当量炸药下的与爆源距离下的时间-压力曲线。
[0039]
进一步地，所述方法还包括：获取不同爆炸距离处的峰值超压及动物肺损伤程度。
[0040]
进一步地，所述方法还包括：获取不同爆炸距离处的比冲量及动物肺损伤程度。
[0041]
进一步地，所述方法还包括：获取预设炸药当量下的临界死亡距离和临界安全距离。
[0042]
通过本技术的装置和方法能够获取到不同当量和距离的爆炸源对试验动物的肺部损伤特征。
附图说明
[0043]
为了更清楚地说明本技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0044]
图1为本技术实施例提供的动物肺部爆炸伤试验装置的功能结构图；
[0045]
图2为本技术实施例提供的多个试验动物固定装置与爆源的位置示意图；
[0046]
图3为本技术实施例提供的动物肺部爆炸伤试验方法的流程图；
[0047]
图4为本技术实施例提供的空气爆炸冲击波实验曲线；
[0048]
图5为本技术实施例提供的不同爆炸距离处峰值超压及兔肺损伤程度；
[0049]
图6为本技术实施例提供的不同爆炸距离处比冲量及兔肺损伤程度。
具体实施方式
[0050]
为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
[0051]
因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
[0052]
首先对本技术实施例的设计思想进行简单介绍。
[0053]
目前，针对爆炸冲击波作用下，人员肺部损伤特征及伤情与冲击波强度的关系，还未提出有效的研究方案。
[0054]
为此，本技术提供一种动物肺部爆炸伤试验装置，能够实现爆源周围不同距离处试验动物肺部不同程度的损伤，并获得试验动物所在位置处空气爆炸冲击波入射压力和试验动物胸部表面壁面压力。
[0055]
在介绍了本技术实施例的应用场景和设计思想之后，下面对本技术实施例提供的技术方案进行说明。
[0056]
如图1所示，本技术实施例提供一种动物肺部爆炸伤试验装置，包括：包括：爆源组件101、试验组件102、测试组件103和上位机104；所述爆源组件101，用于提供不同预设当量的爆炸冲击波；所述试验组件102，用于固定和定位麻醉后的实验动物；所述测试组件103，用于采集爆炸冲击波作用下的麻醉后的实验动物的胸部表面压力，以及爆炸冲击波的入射压力，然后上传至上位机；所述上位机104，用于对接收的数据进行统计和处理。
[0057]
其中，所述爆源组件包括：爆源，爆源起爆装置和爆源固定支架；所述爆源，用于产生不同预设当量的空气爆炸冲击波；所述爆源起爆装置，用于引爆爆源；所述爆源固定支架，用于将爆源固定于试验场地中间位置。
[0058]
其中，所述试验组件包括：试验动物麻醉设备和多个试验动物支架；所述试验动物麻醉设备，用于在试验前对试验动物进行麻醉；所述试验动物支架，用于固定麻醉后的试验动物；使试验动物胸部位置与爆源的高度一致，而且使试验动物胸部正对爆源。图2中，中心点为爆源，y1、y2、y3、y4、y5和y6为6个试验动物支架的位置；l1、l2、l3、l4、l5和l6为6个试验动物支架与爆源的距离。
[0059]
其中，所述测试组件包括：电荷放大器、数字示波器、传感器固定装置和测试仪器防护装置；所述压力传感器为自由场压力传感器或壁面压力传感器，所述自由场压力传感器固定于试验动物支架上，所述壁面压力传感器固定于试验动物胸部表面；其中，所述自由场压力传感器所在的试验动物支架与爆源的距离大于预设的距离阈值(自由场压力传感器离爆源军力较近时，自由场压力传感器损伤)；所述壁面压力传感器所在的试验动物支架与爆源的距离不大于预设的距离阈值(采用壁面压力传感器接收的是反射压力，可计算出对应的入射压力)；预设的距离阈值可根据工程经验确定。
[0060]
所述自由场压力传感器和壁面压力传感器均与电荷放大器连接，所述电荷放大器与数字示波器连接，所述数字示波器与上位机连接；所述电荷放大器、数字示波器和上位机放置于测试仪器防护装置内；
[0061]
所述自由场压力传感器，用于采集空气爆炸冲击波的入射波压力，将入射压力信号传入电荷放大器；
[0062]
所述壁面压力传感器，用于采集空气爆炸冲击波对试验动物胸部表面壁面的反射压力，将壁面反射压力信号传入电荷放大器；
[0063]
所述电荷放大器，用于对入射压力信号和壁面反射压力信号进行放大，送入数字示波器；
[0064]
所述数字示波器，用于对放大后的入射压力信号和壁面反射压力信号进行记录，并上传至上位机。
[0065]
其中，所述上位机具体用于：
[0066]
对于自由场压力传感器采集的入射压力，生成当量炸药下的与爆源距离下的时间-压力曲线；
[0067]
对于壁面压力传感器采集的反射压力，计算出对应的入射压力，计算公式为：
[0068][0069]
其中，δp1为入射冲击波峰值超压，即入射压力，δp2为反射冲击波峰值超压，即反射压力，p0为地面大气压；
[0070]
然后根据计算出的入射压力生成当量炸药下的与爆源距离下的时间-压力曲线。
[0071]
如图3所示，本技术实施例提供一种动物肺部爆炸伤试验方法，应用于本技术实施例的装置，所述方法包括：
[0072]
步骤201：将多个麻醉后的试验动物分别固定在不同的试验动物支架上；
[0073]
步骤202：以预设炸药当量的爆源为中心，将多个不同的试验动物支架上放置在与
爆源不同距离的位置处；
[0074]
步骤203：利用爆源起爆装置引爆爆源，所述每个壁面压力传感器将采集的壁面压力信号传入电荷放大器；所述自由场压力传感器将入射压力信号传入电荷放大器；
[0075]
步骤204：所述电荷放大器对入射压力信号和壁面压力信号进行放大，送入数字示波器；所述数字示波器对放大后的入射压力信号和壁面压力信号进行记录，并上传至上位机；
[0076]
步骤205：利用所述上位机对接收的数据进行统计和处理。
[0077]
本实施例中，该步骤包括：
[0078]
对于自由场压力传感器采集的入射压力，生成当量炸药下的与爆源距离下的时间-压力曲线；
[0079]
对于壁面压力传感器采集的反射压力，计算出对应的入射压力，计算公式为：
[0080][0081]
其中，δp1为入射冲击波峰值超压，即入射压力，δp2为反射冲击波峰值超压，即反射压力，p0为地面大气压。
[0082]
所述方法还包括：获取不同爆炸距离处的峰值超压及动物肺损伤程度。
[0083]
所述方法还包括：获取不同爆炸距离处的比冲量及动物肺损伤程度。
[0084]
所述方法还包括：获取预设炸药当量下的临界死亡距离和临界安全距离。
[0085]
实验工况：
[0086]
试验动物为兔子，设置6个试验动物支架，进行两次实验，爆源均采用长径比1:1的柱形tnt装药，药量均为90g。具体的实验工况如表1所示：
[0087]
表1
[0088][0089][0090]
图4为爆炸距离2.5m处空气爆炸冲击波压力历史实测曲线，冲击波第一个超压峰值为27.3kpa，经验公式计算结果为26.7kpa，误差在5％以内。冲击波其余超压峰值是由于自由场压力传感器距离爆炸洞侧壁较近，反射冲击波引起的。如图5和图6所示，冲击波峰值超压和比冲量随着爆炸距离的增加迅速减小，0.5m处的峰值超压和比冲量分别达到790kpa和82pa
·
s，1.2m处的峰值超压和比冲量分别为100kpa和34pa
·
s。
[0091]
尽管已描述了本技术的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造
性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本技术范围的所有变更和修改。
[0092]
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本技术的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本技术进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本技术各实施例技术方案的范围。

技术特征：
1.一种动物肺部爆炸伤试验装置，其特征在于，包括：爆源组件、试验组件、测试组件和上位机；所述爆源组件，用于提供不同预设当量的爆炸冲击波；所述试验组件，用于固定和定位麻醉后的多个实验动物；所述测试组件，用于采集爆炸冲击波作用下的麻醉后的实验动物的胸部表面压力，以及爆炸冲击波的入射压力，然后上传至上位机；所述上位机，用于对接收的数据进行统计和处理。2.根据权利要求1动物肺部爆炸伤试验装置，其特征在于，所述爆源组件包括：爆源，爆源起爆装置和爆源固定支架；所述爆源，用于产生不同预设当量的空气爆炸冲击波；所述爆源起爆装置，用于引爆爆源；所述爆源固定支架，用于将爆源固定于试验场地中间位置。3.根据权利要求2动物肺部爆炸伤试验装置，其特征在于，所述试验组件包括：试验动物麻醉设备和多个试验动物支架；所述试验动物麻醉设备，用于在试验前对试验动物进行麻醉；所述试验动物支架，用于固定麻醉后的试验动物；使试验动物胸部位置与爆源的高度一致，而且使试验动物胸部正对爆源。4.根据权利要求3动物肺部爆炸伤试验装置，其特征在于，所述测试组件包括：电荷放大器、数字示波器、传感器固定装置和测试仪器防护装置；所述压力传感器为自由场压力传感器或壁面压力传感器，所述自由场压力传感器固定于试验动物支架上，所述壁面压力传感器固定于试验动物胸部表面；其中，所述自由场压力传感器所在的试验动物支架与爆源的距离大于预设的距离阈值；所述壁面压力传感器所在的试验动物支架与爆源的距离不大于预设的距离阈值；所述自由场压力传感器和壁面压力传感器均与电荷放大器连接，所述电荷放大器与数字示波器连接，所述数字示波器与上位机连接；所述电荷放大器、数字示波器和上位机放置于测试仪器防护装置内；所述自由场压力传感器，用于采集空气爆炸冲击波的入射波压力，将入射压力信号传入电荷放大器；所述壁面压力传感器，用于采集空气爆炸冲击波对试验动物胸部表面壁面的反射压力，将壁面反射压力信号传入电荷放大器；所述电荷放大器，用于对入射压力信号和壁面反射压力信号进行放大，送入数字示波器；所述数字示波器，用于对放大后的入射压力信号和壁面反射压力信号进行记录，并上传至上位机。5.根据权利要求4动物肺部爆炸伤试验装置，其特征在于，所述上位机具体用于：对于自由场压力传感器采集的入射压力，生成当量炸药下的与爆源距离下的时间-压力曲线；对于壁面压力传感器采集的反射压力，计算出对应的入射压力，计算公式为：
其中，δp1为入射冲击波峰值超压，即入射压力，δp2为反射冲击波峰值超压，即反射压力，p0为地面大气压；根据计算出的入射压力生成当量炸药下的与爆源距离下的时间-压力曲线。6.一种动物肺部爆炸伤试验方法，应用于权利要求4-5任一项所述的装置，其特征在于，所述方法包括：将多个麻醉后的试验动物分别固定在不同的试验动物支架上；以预设炸药当量的爆源为中心，将多个不同的试验动物支架上放置在与爆源不同距离的位置处；利用爆源起爆装置引爆爆源，利用所述每个壁面压力传感器将采集的壁面压力信号传入电荷放大器；利用所述自由场压力传感器将入射压力信号传入电荷放大器；利用所述电荷放大器对入射压力信号和壁面压力信号进行放大，送入数字示波器；利用所述数字示波器对放大后的入射压力信号和壁面压力信号进行记录，并上传至上位机；利用所述上位机对接收的数据进行统计和处理。7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，利用所述上位机对接收的数据进行统计和处理；包括：对于自由场压力传感器采集的入射压力，生成当量炸药下的与爆源距离下的时间-压力曲线；对于壁面压力传感器采集的反射压力，计算出对应的入射压力，计算公式为：其中，δp1为入射冲击波峰值超压，即入射压力，δp2为反射冲击波峰值超压，即反射压力，p0为地面大气压；根据计算出的入射压力生成当量炸药下的与爆源距离下的时间-压力曲线。8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：获取不同爆炸距离处的峰值超压及动物肺损伤程度。9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：获取不同爆炸距离处的比冲量及动物肺损伤程度。10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：获取预设炸药当量下的临界死亡距离和临界安全距离。

技术总结
本申请提供一种动物肺部爆炸伤试验装置及方法，涉及生物爆炸损伤技术领域，所述装置包括：爆源组件、试验组件、测试组件和上位机；所述爆源组件，用于提供不同预设当量的爆炸冲击波；所述试验组件，用于固定和定位麻醉后的实验动物；所述测试组件，用于采集爆炸冲击波作用下的麻醉后的实验动物的胸部表面压力，以及爆炸冲击波的入射压力，然后上传至上位机；所述上位机，用于对接收的数据进行统计和处理。通过本申请的装置和方法能够获取到不同当量和距离的爆炸源对试验动物的肺部损伤特征。量和距离的爆炸源对试验动物的肺部损伤特征。量和距离的爆炸源对试验动物的肺部损伤特征。


技术研发人员：巨圆圆 张磊 赵鹏铎 冯麟涵 张春辉 王琪 王腾
受保护的技术使用者：中国人民解放军92942部队
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/8/16