(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210403115.X (22)申请日 2022.04.18 (71)申请人 北京理工大 学 地址 100081 北京市海淀区中关村南大街5 号 申请人 北京海泰微纳科技发展 有限公司 (72)发明人 张振海　滕飞　宋钱骞　张振山　 (74)专利代理 机构 北京正阳理工知识产权代理 事务所(普通 合伙) 11639 专利代理师 张利萍 (51)Int.Cl. G01N 3/34(2006.01) G01N 3/02(2006.01) (54)发明名称 一种连续多次高冲击加载试验与测试系统 及方法 (57)摘要 本发明公开的一种连续多次高冲击加载试 验与测试系统及方法， 属于连续冲击测试技术领 域。 本发明包括压力加载控制分系统、 冲击加载 控制分系统、 多级弹仓结构、 高压放电控制分系 统、 实验弹丸、 弹靶碰撞室、 高低温实验舱、 高速 高冲击激光干涉测试分系统、 原位光电检测分系 统、 多级缓冲吸能装置、 智能信息处理系统。 本发 明包括如下优点： 能够实现连续多次高冲击加载 试验； 实现连续冲击的时间间隔控制； 通过弹仓 隔膜避免多个弹丸连续发射时相互冲突， 保障每 个弹丸顺利发射； 通过原位光电检测系统检测靶 体位置， 精确控制每个实验弹丸的发射时机， 实 现对靶体目标的精准冲击； 实现在极端环境条件 下进行连续多次高能量冲击的在位试验与测试。 权利要求书2页 说明书8页 附图3页 CN 114965115 A 2022.08.30 CN 114965115 A 1.一种连续多次高冲击加载试验与测试系统， 包括压力加载控制分系统、 冲击加载控 制分系统、 多级弹仓结构、 高压放电控制分系统、 实验弹丸、 弹靶碰撞室、 高低 温实验舱、 高 速高冲击激光干涉测试分系统、 原 位光电检测分系统、 多级缓冲吸能装置、 智能信息处理系 统； 所述压力加载控制分系统， 包括多个相同规格的压力容器、 多个调压装置； 每个压力容 器配有一个调压装置， 调节压力容器内气压的大小， 用于驱动实验弹丸产生不同的发射速 度； 所述冲击加载控制分系统， 包括控制模块和多个快开电磁阀， 每个压力容器配有一个 快开电磁阀， 控制模块控制每 个快开电磁阀的开启时间， 实现连续冲击的时间 间隔控制； 所述多级弹仓结构由多个弹仓装置串连组成， 每个弹仓装置连通一个压力容器； 每个 弹仓装置由弹仓、 弹仓盖、 弹仓盖套筒、 弹仓隔膜组成； 弹仓隔膜 位于每两个弹仓 之间， 每个 弹仓隔膜都与高压放电控制分系统的爆丝相贴合； 每个弹仓内放有实验弹丸， 实验弹丸后 端圆柱底部有一圆柱形凹槽， 凹槽内填充缓冲物质； 所述弹靶碰撞室包括止挡盘、 冲击端外套、 砧体、 衍射光栅、 缓冲管、 缓冲结构、 止推调 节装置； 砧体中间主体段为腔 体； 弹靶碰撞室位于高低温实验舱内， 高低温实验舱箱体侧面 开有用多层光学玻璃密封的窗口； 所述高速高冲击激光干涉测试分系统， 位于高低温实验舱光学玻璃窗口侧面， 对准砧 体上的光栅； 原 位光电检测分系统位于缓冲管两侧， 激光路径对准砧体； 与高速高冲击激光 干涉测试系统分别通过 数据线与智能信息处 理系统连接； 所述多级缓冲吸能装置包括齿轮箱进退移动装置、 气弹簧缓冲吸能模块、 缓冲尾管吸 能模块以及缓冲管内的缓冲结构、 止推调节装置， 用于卸载砧体动能。 2.根据权利要求1所述的连续多次冲击加载试验与测试系统， 其特征在于： 所述弹仓隔 膜安装在每两个弹仓之间， 用于密封、 隔离相邻的弹仓； 弹仓隔膜优选聚酯薄膜， 每个弹仓 隔膜表面贴有爆丝； 通过弹仓隔膜避免多个弹丸发射时相互冲突， 保障所有弹丸顺利连续 发射。 3.根据权利要求1所述的连续多次冲击加载试验与测试系统， 其特征在于： 所述高压放 电控制分系统， 包括PLC控制器， 继电器， 高压直流电源， 保护电阻， 多组高压电容， 多组爆 丝； 爆丝通过炮管 的预留孔道分别贴合到多级弹仓结构 中的多个弹仓隔膜表面； 通过高压 放电控制系统开启弹仓隔膜， 保障每一发 实验弹丸无阻碍发射。 4.根据权利要求1所述的连续多次冲击加载试验与测试系统， 其特征在于： 所述砧体整 体轮廓外形为圆柱体， 分为头部碰撞端、 中间的主体段和尾部端盖， 头部碰撞端加工有凹 槽， 凹槽内填充缓冲物； 主体段为壳体， 内部安装大质量试件； 尾部端盖通过螺纹连接方式 压紧被测试件； 中间主体段的外壁面加工有光栅承载平面； 砧体外壁面加工有轴线方向的 导向键槽， 两个导向键槽在周向上呈90度或18 0度角分布， 与缓冲管内壁面的两个导向键形 成配合。 5.根据权利要求1所述的连续多次冲击加载试验与测试系统， 其特征在于： 所述原位光 电检测分系统， 包括光电发射器、 接收器、 检测电路、 信号传输线路， 分别与高压放电控制系 统和冲击加载控制系统连接； 通过原位光电检测系统检测靶体位置， 精确控制 每个实验弹 丸的发射时机， 对目标进行的精准冲击加载。权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114965115 A 26.根据权利要求1所述的连续多次冲击加载试验与测试系统， 其特征在于： 所述缓冲 结 构为一端开放的圆筒结构， 圆筒内填充缓冲物， 圆筒开放端顶紧砧体， 用于吸收砧体动能； 所述止推调节装置顶紧缓冲结构， 在受到砧体碰撞 时， 止推调节装置会压缩变形对砧体进 行缓冲， 碰撞结束时， 止推调节装置将砧体 推回原位， 保证下一次对砧体靶 件的精准冲击 。 7.根据权利要求1所述的连续多次冲击加载试验与测试系统， 其特征在于： 所述高低温 实验舱套住整个弹靶碰撞室， 包括箱体、 加热装置、 制冷装置、 上盖、 光学玻璃窗口； 其中， 箱 体侧面开有光学玻璃窗口； 窗口用多层光学玻璃密封， 且玻璃层之间抽真空， 隔绝箱体内与 外界的热量交换。 8.一种连续多次高冲击加载试验与测试的方法， 基于如权利 要求1、 2、 3、 4、 5、 6或7所述 的连续多次冲击加载 试验与测试系统， 其特 征在于： 包括如下步骤， 步骤1： 检查止挡盘正确安装于冲击端外套内， 检查止推调节装置和缓冲 结构正确安装 于缓冲管内； 将待测传感器或大质量试件正确安装于砧体腔 体内， 将砧体安装于缓冲管内， 将待测试件的引线接出， 使缓冲管顶紧止挡盘； 步骤2： 正确连接传感器、 应变仪和采集器， 调节激光干涉仪使衍射光栅的条纹达到最 佳状态； 检测原位 光电检测分系统可靠触发， 测量设备调整完毕； 步骤3： 将 弹仓隔膜安装在每两个弹仓之间， 将高压放电装置的爆丝通过炮管的预留孔 道分别贴合到各个弹仓隔膜表面； 将实验弹丸分别放入弹仓内， 并盖好弹仓盖和弹仓盖套 筒； 高低温实验舱 通电， 到达预定温度后保温， 实现常温、 高温 或低温试验环境； 步骤4： 打开压力加载控制分系统控制台加压手柄阀， 调节各级压力容器 内的气压为预 定值， 气炮处于待发状态； 启动数据 记录仪， 冲击加载控制系统开启一级压力容器的快开电 磁阀， 压缩气体突然释放， 驱动第一发实验弹丸加速运动， 由于弹仓隔膜的保护， 高压气体 不会冲击到后面的实验弹丸， 避免多个弹丸连续发射时相互冲突； 第一发弹丸沿空气炮炮 管加速运动， 在弹靶碰撞室中与被测砧体靶件发生碰撞； 第一发实验弹丸通过止挡盘结构 达到极限位置停止运动， 砧体靶件受撞击后加速运动； 利用激光干涉仪绝对测量方式与标 准传感器相对测量方式两种基准手段， 共同采集第一次高冲击碰撞加速度完整波形数据， 并把数据自动存储到智能信息处理系统内； 砧体加速运动撞击到脉冲止推调节装置与缓冲 装置， 砧体动能被多级缓冲吸能装置迅速吸收， 同时砧体由脉冲止推调节装置迅速推回初 始原位， 至此， 进入到第二次弹靶碰撞加载阶段； 步骤5： 通过原位光电检测系统检测靶体位置， 精确控制每个实验弹丸的发射时机， 对 目标进行精准冲击， 原位光电检测系统监测到砧体复归原位后， 高压放电控制系统启动高 压放电装置， 开启第二个弹仓的弹仓隔膜， 让第二发实验弹丸无阻碍发射； 随后依据冲击加 载控制系统设置的脉冲时间间隔， 启动二级压力容器的快开电磁阀， 驱动发射第二 发弹丸； 第二发弹丸沿炮管加速运动， 与第一发弹丸碰撞， 第二发弹丸带动第一发弹丸再次撞击砧 体， 利用牛顿摆原理， 第二 发弹丸通过第一 发弹丸将动能传递加载到砧体上； 砧体获得动能 后再次向前加速运动， 激光干涉仪与标准传感器共同采集第二次冲击碰撞加速度数据， 并 存储到智能信息处理系统； 砧体动能被多级缓冲吸能装置迅速 吸收后， 由脉冲止推调节装 置推回原位， 准备第三次弹靶碰撞， 依次循环进行， 完成连续多次冲击加载 试验测试； 步骤6： 实验结束， 重复步骤1至步骤6开展其他温度点和加速度点连续多次冲击加载试 验， 实现在常温、 高温和低温极端环境条件下进行 连续多次高能量冲击的在位试验与测试。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114965115 A 3