[發明專利]一種巖石爆破超動態應變場監測及分析系統

有效

• 申請號: 201310718151.6
• 申請日: 2013-12-23
• 公開（公告）號: CN103674685A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 楊仁樹;孫強;楊立云
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學（北京）
• 主分類號: G01N3/00
• 分類號: G01N3/00;G01N3/06
• 代理公司: 北京市廣友專利事務所有限責任公司 11237
• 代理人: 祁獻民

技術領域

本發明涉及材料的相關動態斷裂力學實驗技術領域，尤其涉及一種巖石爆破作用下的超動態應變場監測分析系統。

背景技術

目前，國內外實驗室中對爆破載荷作用下巖石的動態破壞機理的研究方法主要有動光彈實驗系統、數碼相機動焦散實驗系統、超動態應變采集儀等等。但是，當前建立的實驗系統大多還是僅對模型材料進行測試實驗的，得到的結論與真實天然巖石還有一定的差別。如何實現對天然真實的巖石進行爆破載荷作用下的相關動態斷裂力學實驗，分析巖石試塊平面內的動態應變場或裂紋尖端的應變場是科研工作者始終努力的目標。

由于巖石材料彈模較大、泊松比較小，屬于脆性材料，在爆炸載荷作用下，其應變值相對金屬等材料較小，采用常規的光測方法進行分析時，常常由于拍攝圖像的質量較差，無法在短時間內獲得足夠的信息，導致后期分析處理時，得不到理想的數據。

發明內容

本發明所要解決的技術問題在于提供一種巖石爆破超動態應變場監測及分析系統，能夠較好地獲得對天然巖石進行相關動態斷裂力學實驗的實驗效果。

為解決上述問題，本發明巖石爆破超動態應變場監測及分析系統采用如下技術方案：

一種巖石爆破超動態應變場監測及分析系統，包括：

加載單元，用于對天然巖石試塊進行爆炸加載，在試塊中產生超動態應變場；

高速高分辨率攝像單元，具有至少兩個數碼成像子單元，用于通過所述至少兩個數碼成像子單元對天然巖石試塊中的動態斷裂過程進行交替拍照或同時拍照，獲得不同時刻的裂紋擴展圖像；

光源單元，用于為所述天然巖石試塊提供照明或補強照明光線，滿足所述高速高分辨率攝像單元在拍照過程中所需要的曝光強度；

同步單元，用于對所述加載單元、高速高分辨率攝像單元、光源單元的動作進行同步控制；

數字圖像分析單元，用于對所述攝像單元拍攝的圖片進行分析，得到拍攝物體在動態載荷作用下產生的動態應變場的時空分布特征。

可選地，所述高速高分辨率攝像單元還包括：

分光子單元，用于將所述天然巖石試塊的反射光復制成至少兩束光束，所述至少兩束光束對應入射到所述至少兩個數碼成像子單元；

成像控制子單元，用于控制所述至少兩個數碼成像子單元交替成像；在其中一個數碼成像子單元對其中一束光束曝光后，對該數碼成像子單元一次成像產生的電信號進行轉移處理的過程中，啟動另一個數碼成像子單元對另一束光束進行曝光。

可選地，所述高速高分辨率攝像單元還可包括：

分光子單元，用于將所述天然巖石試塊的反射光分離成至少兩束子光束，所述至少兩束子光束對應入射到所述至少兩個數碼成像子單元；其中，不同的子光束代表來自于所述天然巖石試塊上不同區域的反射光或者代表不同波長的反射光；

成像控制子單元，用于控制所述至少兩個數碼成像子單元同時成像；在控制其中一個數碼成像子單元對其中一束子光束曝光的同時，控制另一個數碼成像子單元對另一束子光束進行同時曝光；

圖像組合子單元，用于對所述至少兩個數碼成像子單元的所形成的數碼圖像進行組合。

可選地，所述光源單元為高亮LED散光源。

可選地，所述加載單元包括：

U型夾具，在所述U型夾具頂部的內側，相對設有兩個呈圓柱狀的卡持端，其中一個卡持端為固定卡持端，另一個卡持端為活動卡持端；所述固定卡持端靠近所述高速高分辨率攝像單元，所述活動卡持端遠離所述高速高分辨率攝像單元；試塊放置到所述U型夾具上并抵靠在所述固定卡持端，通過移動所述活動卡持端將所述試塊卡持在U形夾具內側；

導煙管，套設在所述固定卡持端的外圍，在所述導煙管內壁與所述固定卡持端的外壁之間形成有導煙通道；

多通道起爆器，所述多通道起爆器通過起爆導線與所述試塊的炮孔中的炸藥相連，其中所述起爆導線包括并行設置的第一起爆導線和第二起爆導線，所述第一起爆導線和第二起爆導線位于所述炮孔中的端部相斷開且相鄰近；所述多通道起爆器還與順序觸發裝置相連，順序觸發裝置與所述同步單元相連；同步單元動作，通過所述順序觸發裝置控制所述多通道起爆器動作，使所述第一起爆導線和第二起爆導線位于所述炮孔中的端部產生火花放電對所述炸藥進行起爆，同時，所述高速高分辨率攝像單元及光源單元同步動作；

防護玻璃，圍設在所述U型夾具外圍，或者隔檔在所述U型夾具和所述高速高分辨率攝像單元之間。

可選地，所述同步單元包括：

觸發模塊，用于手動觸發產生控制信號；