一种动物耳膜爆炸冲击波损伤等级测量装置及方法

1.本发明属于测量检测领域，具体涉及一种爆炸产生的冲击波对鼓膜损伤等级的测量装置及方法，是一种利用模拟动物鼓膜的其他薄膜材料受冲击波作用后破坏的程度对冲击波损伤等级进行测量的无源传感器测量装置及测量方法。


背景技术：

2.近些年来，各种意外爆炸给人们的生命财产造成大量的损失和伤害，做好爆炸预防工作，研究冲击波对人体损伤的问题一直是比较热门的话题。在研究冲击波对人体损伤时，首先得知道冲击波强弱，测量冲击波的冲量、压力等参数一般有无源和有源两种方式。有源测量方式主要采用电学传感器测量技术，这是当前相对成熟且应用最广的测量方式，但是这种方式始终没有解决其环境要求严格、布设难度较大、成本较高、易受干扰、后期处理难度大的问题。无源测量方法主要是等效测量方法，包括霍普金森杆、自然效应物、等效靶板等。其中自然效应物属于定性测量，其他方法属于定量测量。霍普金森杆测量爆炸冲击波波阵面的压力，存在系统过于复杂的缺点；等效靶板法是通过测量靶板在爆炸试验后其变形或破坏程度来反推计算相应的超压和比冲量值，虽然等效靶板法具有布置快速、成本低且不受寄生效应干扰的优点，但是等效靶板法的缺点在于在实际实验中存在约束不够及其它方面因素(回弹、碰撞等)的影响使得实验结果与理想情况下的变形有差距，以及靶板需要定期保养维护、测量后处理程序比较繁琐等问题。
3.对于自然效应物方法，做的最多的就是动物实验，通过动物死亡、鼓膜破裂等来定性评定冲击波等级，但是通常判断比较粗糙，而鼓膜破裂面临的问题是，鼓膜个体差异较大，人员在爆炸现场中的位置、面向以及防护设备及措施等均对鼓膜伤情产生影响。动物实验存在与人体结构差别大,个体差异性明显、结果不稳定、检测成本高、操作复杂费时等影响因素。因此如何找到更可靠、有效及简便的替代方法成为目前急需解决的问题。
4.综上所述，现有测量方法至少存在如下技术问题：
5.1.现有电测有源传感器存在电磁干扰、成本昂贵、布线困难、精度不高、后期处理难度大等难题，在相对恶劣的自然环境中无法准确地测得冲击波能量。
6.2.动物实验不确定度大、定性分析偏差较大、结论存疑、检测成本高、操作复杂费时。
7.实际上，在有些场合并不需要精确测量冲击波的各个参数，只需要知道其对人体的损伤等级。而在身体各器官中，听器由于其结构和功能，是对冲击波损伤最为敏感的器官，在遭受冲击波作用时极易受到损害，常导致长期的耳聋、耳鸣等后遗症，正是由于鼓膜是人体最容易受冲击波损伤的器官，在研究噪声与冲击波对人体损伤时，关注在冲击波作用下鼓膜的破裂来评价冲击波的强弱是传统实验最常见的方法。针对动物实验存在各方面的问题，如何设计一种装置，采用其他跟鼓膜强度相当的薄膜材料来代替鼓膜，既能快速准确、又能节约成本，在冲击波作用下，通过薄膜的破裂来评价冲击波的损伤等级，则可以解决目前测量方法的技术问题。


技术实现要素：

8.本发明要解决的技术问题是：提供一种动物耳膜冲击波损伤等级无源测量装置和方法，代替已有动物实验，解决动物实验中个体差异大、结果不稳定、操作难度大、检测成本高、干扰因素多等问题，可以用于各类靶场、非靶场环境等，具有成本低、操作简便、结果简单明了等特点。本发明利用模拟鼓膜的薄膜材料在冲击波作用下的破裂情况，从而确定不同强度、不同方向冲击波对耳膜损伤等级。
9.本发明鼓膜冲击波损伤等级测量装置由封装壳体、2n个膜片组件、n根固定杆和底座组成，n≥1，一根固定杆固定两个膜片组件。封装壳体模拟动物头部，n根固定杆平行贯穿封装壳体的两个相对的侧面，爆炸位置可在鼓膜冲击波损伤等级测量装置各个方向。底座与封装壳体底面固连，对封装壳体起支撑作用。
10.封装外壳可为立方体盒子或圆筒，优选立方体盒子。封装壳体采用的材料要求在冲击波作用下不发生塑性变形、不破坏，且密度ρ1≥1.0g/cm3，屈服强度σ1≥100mpa。封装壳体为立方体盒子时外边长为l1，满足0.08m≤l1《0.3m，各个面的厚度为d1，满足0.001m《d1《0.012m，选取封装壳体的任意两个相对的侧面，在这两个侧面上分别钻n(1≤n≤15)个开孔，开孔直径为d2，0.01m《d2《0.015m，两个侧面上的开孔位置对称，固定杆一端穿过一个侧面上的开孔，另一端穿过相对侧面上的开孔。n根固定杆分别穿过n对位置对称的开孔，相互平行且与封装壳体的顶面和底面平行，固定杆与封装壳体的开孔紧密连接并粘牢，防止固定杆松动滑出。
11.固定杆为圆管(以透明材料为宜，有助于更直观地观察膜片组件的安装与破坏情况)，用于模拟动物或人的耳道，材料强度要求在冲击波作用下不发生塑性变形、不破坏，对膜片组件起固定保护作用，固定杆的材料密度ρ2≥1.0g/cm3，屈服强度σ2≥100mpa。固定杆长为l2，满足l1≤l2《0.3m，外直径为d3，d3＝d2，内直径为d4，满足0.006m《d4《0.01m。每根固定杆中央(即距固定杆两端等距离处)有一块隔板，防止敏感薄膜破裂后固定杆中气流相互干扰。隔板是圆盘型，圆盘面与固定杆的轴向垂直；隔板材料与固定杆相同，隔板直径等于d4，厚度为2～5mm。距离固定杆两端l5位置处各有一个缺口，缺口关于隔板对称，缺口的宽度d6＝4.5mm，25mm≤l5≤35mm。为了保持固定杆的整体性，缺口留有一段圆弧形连接部，圆弧形连接部厚度d7为0.5mm，圆弧形连接部33对应的圆心角θ1为15
°
，圆弧形连接部的半径为r2，r2＝(d4+1mm)/2，2个缺口内分别装配有一个膜片组件。装有膜片组件的固定杆插入封装壳体侧面开孔，并在开孔处通过胶粘牢在封装壳体上。
12.膜片组件模拟鼓膜。一个膜片组件由一片敏感薄膜和两个环形夹片组成，两片环形夹片夹住敏感薄膜，形成圆柱状三明治结构。环形夹片的材料与固定杆相同，环形夹片的外半径为r6，内半径为r4，满足r6＝d3/2，r4＝d4/2。敏感薄膜采用薄膜制备，薄膜选择纸、石膏膜、鸡蛋膜、明胶膜、聚四氟乙烯膜中任意一种，敏感薄膜为圆盘形，厚度为0.5mm左右，敏感薄膜的直径＝d3(但安装时在缺口部位要刨掉)，敏感薄膜的厚度+2倍环形夹片的厚度＝d6。膜片组件的侧面沿轴向挖有一圆弧形缺口(即将两片环形夹片和敏感薄膜的外侧面沿同一母线位置均挖有圆弧形缺口)，用于与固定杆上的一个圆弧形连接部耦合装配，使膜片组件与固定杆嵌套紧密，即膜片组件占据一个缺口挖掉前在固定杆上的位置。
13.底座由中空钢杆制成，一般为方形，钢杆外边长l6长40mm，内边长l7长36mm，钢杆具体选择由操作者自己确定，尺寸不影响实验进行，仅为方便整体装置在实验场地的安放。底
座焊接固定在封装壳体底面中央，主要把封装壳体固定在实验场地的立杆上。底座对整个装置起固定作用。
14.若封装壳体选择圆筒形，则在封装壳体的个圆端面分别挖n个开孔，封装壳体的外直径、长度等于l1。封装壳体侧壁和2个圆端面的厚度等于d1。膜片组件和固定杆不受影响，底座做适当的机械调整(如可将上端加工成弧状)，方便将封装壳体固定。
15.采用本发明装置进行动物耳膜冲击波损伤等级测量的方法是：第一步，安装测量装置及检查：
16.1.1采用宣纸、石膏膜、鸡蛋膜、明胶膜和聚四氟乙烯膜分别加工膜片组件的敏感薄膜，两个环形夹片夹住一片敏感薄膜，在环形夹片的环形部位用胶粘牢，去除膜片组件的圆弧形缺口处多余的敏感薄膜，制成膜片组件，每种材料加工m个(m》2n+20),按材料种类做好分类存储，充当零部件备用。
17.1.2安装膜片组件前仔细检查敏感薄膜是否已经受损，以敏感薄膜平整无裂纹为准；检查无误后将2n个同种材料的膜片组件同轴装配到n根固定杆的缺口内，然后将n根固定杆插入封装壳体的开孔并粘牢；检查测量装置安装是否牢靠，晃动装置，固定杆不移动，且固定杆中无杂质，不堵塞。
18.1.3将组装好的测量装置通过底座固定在外场试验场地立杆上，立杆材料采用强度比较大的合金钢，下端固定在大地或者较重的支座上，通过立杆的位置选择调整装置距爆心不同的距离和不同方向。第二步，有源标定：
19.2.1令变量p＝1；令冲击波强度即第p次爆炸当量x
p
＝akg；a为1～50；
20.2.2在爆炸当量为x
p
的环境下，在离爆心同样的距离布置同种材料的敏感薄膜，分别设置不同夹角(如0
°
、15
°
、30
°
、45
°
、60
°
、75
°
、90
°
)多种工况(夹角为爆心与固定杆中点的连线和固定杆的不大于90
°
的角)，建立不同角度靠近爆心和远离爆心一侧敏感薄膜破裂损伤程度与夹角的关系，区分敏感薄膜受冲击波作用后的破裂情况，包括全部破裂、破裂一半以上(包括一半)、破裂不过半和不破裂(也可根据其他破裂标准划分)，根据不同的破裂情况建立爆炸当量为x
p
时等距离不同方向的破裂情况表，内容包括角度、当量、膜片组件靠近爆心，膜片组件远离爆心的破裂情况；夹角为0
°
时两侧离爆心是等距离的，一旦角度变成其他角度，就会有一侧更靠近爆心，有一侧远离爆心，靠近和远离爆心指的就是哪一侧的膜片组件更靠近或者远离爆心；
21.2.3在等间隔距离的不同位置上布置同一种敏感薄膜，确保固定杆法线与爆心方向一致，建立敏感薄膜损伤程度与爆心距离的在爆炸当量为x
p
时同方向不同距离的破裂情况表。内容包括距离、当量、膜片组件靠近爆心，膜片组件远离爆心的破裂情况；
22.2.4将爆炸当量为x
p
时等距离不同方向的破裂情况表和爆炸当量为x
p
时同方向不同距离的破裂情况表合并，得到爆炸当量为x
p
时的合并表格，即在爆炸当量x
p
时等距离不同方向的、同方向不同距离的破裂情况表
23.2.5令p＝p+1；若p≤p，p为实验总次数，10≤p≤100，转2.6；若p》p，说明得到了p种不同爆炸当量的合并表格，转第三步。
24.2.6改变冲击波强度，令第p次爆炸当量x
p
＝x
p-1
+bkg，b＝0.5，转2.2重复实验。
25.第三步，测量装置对冲击波耳膜损伤等级进行测量：
26.在冲击波强度(爆炸当量)未知的环境下，将测量装置设置在距离爆心已知距离和
角度的位置，敏感薄膜受冲击波作用后的破裂情况与p张表格对比，即根据合并表格的同方向不同距离的破裂情况相应距离找到与现在实验最接近的距离参数，并从合并表格等距离不同方向的破裂情况找到最接近的角度，对比破裂情况，距离、角度、破裂情况均吻合的表的当量(令为x
p
)即为tnt当量，也即冲击波损伤等级。
27.与现有技术相比，采用本发明可以达到以下有益效果：
28.1.本发明测量方法基于冲击波对膜片作用，使敏感薄膜21破裂，在建立爆炸当量为x
p
时等距离不同方向的破裂情况表和爆炸当量为x
p
时同方向不同距离的破裂情况表后，通过敏感薄膜21破裂的程度定性分析冲击波对耳膜损伤的等级，在一些特定工作场所，不适合开展其他实验的场地，用此方法简单、快捷、直观、可靠；
29.2.本发明装置不需要电源，无需布设电缆，不会受到爆炸场中电磁、高温的影响，测量结果获取轻松；
30.3.本发明装置成本低、体型小、装配简单；封装外壳可以多次使用，中途仅需重新装配敏感薄膜21即可，固定杆和敏感薄膜也可批量制作；
31.4.相比传统动物实验装置，本发明最大的优势是摒弃动物实验的复杂和不确定性，通过薄膜材料代替动物耳膜进行实验，能大大提高布设规模，获取更多测量数据，增强对爆炸场冲击波可能的损伤等级测量的可靠性、准确性、稳定性。
附图说明
32.图1是本发明总体结构示意图。
33.图2是本发明装置的正向透视图。
34.图3是本发明装置固定杆的正向透视图。
35.图4是本发明装置固定杆的俯视图。
36.图5是本发明固定杆的右视图。
37.图6是本发明膜片组件的三维图。
38.图7是本发明膜片组件右视图。
39.图8是本发明膜片组件的正向透视图。
40.附图标记说明：
41.1.封装壳体，2.膜片组件，3.固定杆，4.底座，11～18.封装壳体开孔，21敏感薄膜，22.环形夹片，23.膜片组件圆弧形缺口，221，环形夹片圆弧形缺口，31.固定杆隔板，32.固定杆缺口，33.固定杆缺口圆弧形连接部
具体实施方式
42.下面结合附图对本发明作进一步说明。
43.如图1和图2所示，封装外壳1可为立方体或圆筒形，优选立方体，本发明采用立方体模型。封装壳体1边长为l1，满足0.08m《l1《0.3m,厚度d1，满足0.001m《d1《0.012m，选取封装壳体1的任意两个相对的侧面，在这两个侧面上分别钻有n(1≤n≤15)个开孔11，开孔11直径为d2，0.01m《d2《0.015m，两个侧面上的开孔11位置对称，n根固定杆3一端穿过一个侧面上的n个开孔11，另一端穿过相对侧面上的n个开孔11。n根固定杆3相互平行且与封装壳体1的顶面和底面平行，固定杆3与封装壳体1的开孔11紧密连接并粘牢，防止固定杆3松动滑
出。一个装置包含四根固定杆3，一个膜片组件2由敏感薄膜21和两片夹片22组成，一根固定杆3上可安装两个膜片组件2，一个装置包含8个膜片组件2。
44.如图3和图4所示，固定杆3为透明圆管，固定杆3长为l2，满足l1≤l2《0.3m，外直径d3等于封装壳体1上的开孔11的直径d2，内直径为d4，满足0.006m《d4《0.01m。每根固定杆3中央有一块圆形隔板31，圆形隔板31的半径等于d4，厚度h为2～5mm，距固定杆3两端为l3，满足l3＝(l
1-d5)/2。距离固定杆3两端l5位置处各有一个缺口32，缺口32关于圆形隔板31对称，宽度d6＝4.5mm，25mm≤l5≤35mm。缺口32有连接部33，为圆弧状(如图5所示)，厚度d7＝0.5mm，宽度为l，对应的圆心角θ1＝15
°
。其中r1、r3分别为固定杆3内外半径，r2为连接部33内侧圆弧的半径，r2＝(d4+1mm)/2。
45.如图6、图7和图8所示，一个膜片组件2由两片夹片22、敏感薄膜21和缺口23组成，夹片22内半径为r4，外半径为r6，缺口221处圆弧半径r5，满足r4＝r1，r5＝r2，r6＝r3,r5＝(r4+r6)/2。缺口221处圆弧对应的圆心角为θ2，满足θ2＝θ1。膜片组件2整体厚度为d8，与固定杆3缺口32的宽度d6相等，满足d8＝d6＝4.5mm，环形夹片22厚度d9，d9＝2mm，敏感薄膜21的厚度d
10
＝0.5mm。
46.采用本发明装置基于耳膜破裂评定冲击波损伤等级的方法是：
47.第一步，安装测量装置及预调试：
48.1.1采用宣纸、石膏膜、鸡蛋膜、明胶膜和聚四氟乙烯膜加工膜片组件2的敏感薄膜21，两个环形夹片22夹住一片敏感薄膜21，在环形夹片环形处用胶粘牢，去除膜片组件2的圆弧形缺口23处多余的敏感薄膜，制成膜片组件2，每种材料加工m个(m》2n+20),按材料种类做好分类存储，充当零部件备用。
49.1.2安装膜片组件2前仔细检查敏感薄膜21是否已经受损，以敏感薄膜21平整无裂纹为准；检查无误后将2n个同种材料的膜片组件2同轴装配到n根固定杆3的缺口32内，然后将n根固定杆3插入封装壳体1的开孔11并粘牢；检查测量装置安装是否牢靠，晃动装置，固定杆不移动，且固定杆中无杂质，不堵塞。
50.1.3将组装好的测量装置通过底座4固定在外场试验场地立杆上，立杆材料采用强度比较大的合金钢，下端固定在大地或者较重的支座上，通过立杆的位置选择调整装置距爆心不同的距离和不同方向。
51.第二步，有源标定：
52.2.1令变量p＝1；令冲击波强度即第p次爆炸当量x
p
＝1kg；此时a＝1；
53.2.2在爆炸当量为x
p
的环境下，在离爆心同样的距离布置同种材料的敏感薄膜21，分别设置夹角0
°
、15
°
、30
°
、45
°
、60
°
、75
°
、90
°
几种工况(夹角为爆心与固定杆中点的连线和固定杆的不大于90
°
的角)，建立不同角度靠近爆心和远离爆心一侧敏感薄膜21破裂损伤程度与夹角的关系，区分敏感薄膜21受冲击波作用后的破裂情况，包括全部破裂、破裂一半以上(包括一半)、破裂不过半和不破裂(也可根据其他破裂标准划分)，根据不同的破裂情况建立爆炸当量为x
p
时等距离不同方向的破裂情况表，如表1所示，内容包括角度、当量、破裂情况。(夹角为0
°
时两侧离爆心是等距离的，一旦角度变成15
°
、30
°
等其他角度，就会有一侧更靠近爆心，有一侧远离爆心，这里说的靠近和远离爆心指的就是哪一侧的膜片组件(2)更靠近或者远离爆心)膜片组件(2)靠近爆心，膜片组件(2)远离爆心的破裂情况；当量x
p
指的是tnt炸药当量为x
p
时做的实验。
[0054][0055]
表1等距离不同方向的破裂情况表(当量x
p
)
[0056]
2.3在等间隔距离的不同位置y(根据测量精度需求选定)上布置同一种敏感薄膜21，确保固定杆3法线与爆心方向一致，建立敏感薄膜21损伤程度与爆心距离的在爆炸当量x
p
时同方向不同距离的破裂情况表。x
p
为实验时tnt当量，y1-y7分别指的是装置与爆心的距离，表格的意思是在同一角度，比如0
°
，而装置与爆心距离从小到大排列布置装置做实验。“远”指远离爆心一侧，“近”指靠近爆心一侧。
[0057][0058]
表2同方向不同距离的破裂情况表
[0059]
2.4将表1和表2合并，得到当量x
p
时的合并表格，即在爆炸当量x
p
时等距离不同方向的、同方向不同距离的破裂情况表(表格未显示完全，显示到了y4)；横向看，角度0
°
时，可以知道不同距离的破裂情况；竖向看，距离y1时，可以知道不同角度的破裂情况。
[0060][0061]
合并表格1(当量x
p
)
[0062]
2.5令p＝p+1；若p≤p，p为实验总数；10≤p≤100，转2.6；若p》p，转第三步。
[0063]
2.6改变冲击波强度，令第p次爆炸当量x
p
＝x
p-1
+0.5kg，此时b＝0.5，转2.2重复实验。
[0064]
第三步，测量装置对冲击波耳膜损伤等级进行测量：
[0065]
在冲击波强度(爆炸当量)未知的环境下，将测量装置设置在距离爆心已知距离和角度的位置，敏感薄膜21受冲击波作用后的破裂情况与p张表格对比，即根据合并表格的同方向不同距离的破裂情况相应距离即y1-y7里面找与现在实验最接近的距离参数，并从合并表格等距离不同方向的破裂情况表找最接近的角度，对比破裂情况，即可分析出tnt当量，得出冲击波损伤等级。比如说在(y2，0
°
)的破裂情况为破裂不过半，然后在当量x4＝2.5kg的同一坐标找到破裂不过半，说明当前测试环境的冲击波损伤等级为当量x4。
[0066]
此外，还可以在同种工况下设置不同的膜片组件，以此区分几种敏感薄膜的强弱，以上实施范例仅为本发明的一种实施方式。其具体结构和尺寸可根据实际需要进行相应的调整。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明专利的保护范围。

技术特征：
1.一种动物耳膜爆炸冲击波损伤等级测量装置，其特征在于鼓膜冲击波损伤等级测量装置由封装壳体(1)、2n个膜片组件(2)、n根固定杆(3)和底座(4)组成，n为正整数，一根固定杆(3)固定两个膜片组件(2)；封装壳体(1)模拟动物头部，n根固定杆(3)平行贯穿封装壳体(1)的两个相对的侧面；底座(4)与封装壳体(1)底面固连，对封装壳体(1)起支撑作用；封装外壳(1)为立方体盒子；封装壳体(1)采用的材料要求在冲击波作用下不发生塑性变形、不破坏；封装壳体(1)外边长为l1，各个面的厚度为d1，选取封装壳体(1)的任意两个相对的侧面，在这两个侧面上分别钻n个开孔(11)，开孔(11)直径为d2，两个侧面上的开孔(11)位置对称；固定杆(3)为圆管，用于模拟动物或人的耳道，材料强度要求在冲击波作用下不发生塑性变形、不破坏，对膜片组件(2)起固定保护作用；固定杆(3)长为l2，外直径为d3，内直径为d4；每根固定杆(3)中央即距固定杆(3)两端等距离处有一块隔板(31)，防止敏感薄膜(21)破裂后固定杆(3)中气流相互干扰；隔板(31)是圆盘型，圆盘面与固定杆(3)的轴向垂直；隔板(31)材料与固定杆(3)相同；距离固定杆(3)两端l5位置处各有一个缺口(32)，缺口(32)关于隔板(31)对称，缺口(32)的宽度为d6；缺口(32)留有一段圆弧形连接部(33)，圆弧形连接部(33)厚度为d7，圆弧形连接部(33)对应的圆心角为θ1，圆弧形连接部(33)的半径为r2，2个缺口(32)内分别装配有一个膜片组件(2)；装有膜片组件(2)的固定杆(3)一端穿过一个侧面上的开孔(11)，另一端穿过相对侧面上的开孔(11)；n根固定杆(3)分别穿过n对位置对称的开孔(11)，相互平行且与封装壳体(1)的顶面和底面平行，固定杆(3)与封装壳体(1)的开孔(11)紧密连接并粘牢；膜片组件(2)模拟鼓膜；一个膜片组件(2)由一片敏感薄膜(21)和两个环形夹片(22)组成，两片环形夹片(22)夹住敏感薄膜(21)，形成圆柱状三明治结构；环形夹片(22)的材料与固定杆(3)相同，环形夹片(22)的外半径为r6，内半径为r4；敏感薄膜(21)为圆盘形，敏感薄膜(21)的直径＝d3；膜片组件(2)的侧面沿轴向挖有一圆弧形缺口(23)，即将两片环形夹片(22)和敏感薄膜(21)的外侧面沿同一母线位置均挖有圆弧形缺口，用于与固定杆(3)上的一个圆弧形连接部(33)耦合装配，使膜片组件(2)与固定杆(3)嵌套紧密，即膜片组件(2)占据一个缺口(32)挖掉前在固定杆(3)上的位置；底座(4)由中空钢杆制成，底座(4)焊接固定在封装壳体(1)底面中央，把封装壳体(1)固定在实验场地的立杆上。2.如权利要求1所述的一种动物耳膜爆炸冲击波损伤等级测量装置，其特征在于所述封装壳体(1)采用的材料要求密度ρ1≥1.0g/cm3，屈服强度σ1≥100mpa；所述固定杆(3)为透明材料制备，固定杆(3)的材料密度ρ2≥1.0g/cm3，屈服强度σ2≥100mpa；所述制备敏感薄膜(21)的薄膜为纸或石膏膜或鸡蛋膜或明胶膜或聚四氟乙烯膜。3.如权利要求1所述的一种动物耳膜爆炸冲击波损伤等级测量装置，其特征在于所述封装壳体(1)外边长l1满足0.08m≤l1<0.3m，各个面的厚度d1满足0.001m<d1<0.012m，开孔(11)的直径d2满足0.01m<d2<0.015m；开孔(11)的个数n满足1≤n≤15。4.如权利要求1所述的一种动物耳膜爆炸冲击波损伤等级测量装置，其特征在于所述固定杆(3)的长度l2满足l1≤l2<0.3m，外直径d3＝d2，内直径d4满足0.006m<d4<0.01m；所述隔板(31)直径等于d4，厚度为2～5mm；所述缺口(32)的宽度d6＝4.5mm，25mm≤l5≤35mm；圆弧形连接部(33)厚度d7为0.5mm，圆弧形连接部(33)对应的圆心角θ1为15
°
，圆弧形连接部
(33)的半径r2＝(d4+1mm)/2。5.如权利要求1所述的一种动物耳膜爆炸冲击波损伤等级测量装置，其特征在于所述环形夹片(22)的外半径r6满足r6＝d3/2，内半径r4满足r4＝d4/2；所述敏感薄膜(21)厚度为0.5mm；所述敏感薄膜(21)的厚度和环形夹片(22)的厚度满足：敏感薄膜(21)的厚度+2倍环形夹片(22)的厚度＝d6。6.如权利要求1所述的一种动物耳膜爆炸冲击波损伤等级测量装置，其特征在于所述底座(4)由中空方形钢杆制成，钢杆外边长l6为40mm，内边长l7为36mm。7.如权利要求1所述的一种动物耳膜爆炸冲击波损伤等级测量装置，其特征在于所述封装壳体(1)为圆筒形，在封装壳体(1)的2个圆端面分别挖n个开孔(11)，封装壳体(1)的外直径、长度等于l1；封装壳体(1)侧壁和2个圆端面的厚度等于d1；开孔(11)的个数n满足1≤n≤15。8.一种采用如权利要求1所述动物耳膜爆炸冲击波损伤等级测量装置进行动物耳膜爆炸冲击波损伤等级测量的方法，其特征在于包括以下步骤：第一步，安装测量装置并进行预调试：1.1采用薄膜加工膜片组件(2)的敏感薄膜(21)，两个环形夹片(22)夹住一片敏感薄膜(21)，在环形夹片环形处用胶粘牢，去除膜片组件(2)的圆弧形缺口(23)处多余的敏感薄膜，制成膜片组件(2)，每种材料加工m个，m>2n+20，按材料种类做好分类存储，充当零部件备用；1.2安装膜片组件(2)前仔细检查敏感薄膜(21)是否已经受损，要求敏感薄膜(21)平整无裂纹；检查无误后将2n个同种材料的膜片组件(2)同轴装配到n根固定杆(3)的缺口(32)内，然后将n根固定杆(3)插入封装壳体(1)的开孔(11)并粘牢；检查测量装置安装是否牢靠，晃动装置，固定杆不移动，且固定杆中无杂质，不堵塞；1.3将组装好的测量装置通过底座(4)固定在外场试验场地立杆上，立杆材料采用合金钢，下端固定在大地或者较重的支座上，通过立杆的位置选择调整装置距爆心不同的距离和不同方向；第二步，有源标定：2.1令变量p＝1；令冲击波强度即第p次爆炸当量x
p
＝akg；a为正数；2.2在爆炸当量为x
p
的环境下，在离爆心同样的距离布置同种材料的敏感薄膜(21)，分别设置不同夹角多种工况，所述夹角为爆心与固定杆中点的连线和固定杆的不大于90
°
的角，建立不同角度靠近爆心和远离爆心一侧敏感薄膜(21)破裂损伤程度与夹角的关系，区分敏感薄膜(21)受冲击波作用后的破裂情况，根据不同的破裂情况建立爆炸当量为x
p
时等距离不同方向的破裂情况表，内容包括角度、当量、膜片组件(2)靠近爆心，膜片组件(2)远离爆心的破裂情况；2.3在等间隔距离的不同位置上布置同一种敏感薄膜(21)，确保固定杆(3)法线与爆心方向一致，建立敏感薄膜(21)损伤程度与爆心距离的在爆炸当量为x
p
时同方向不同距离的破裂情况表，内容包括距离、当量、膜片组件(2)靠近爆心，膜片组件(2)远离爆心的破裂情况；2.4将爆炸当量为x
p
时等距离不同方向的破裂情况表和爆炸当量为x
p
时同方向不同距离的破裂情况表合并，得到爆炸当量为x
p
时的合并表格，即在爆炸当量x
p
时等距离不同方向
的、同方向不同距离的破裂情况表；2.5令p＝p+1；若p≤p，p为实验总次数，为正整数，转2.6；若p>p，说明得到了p种不同爆炸当量的合并表格，转第三步；2.6改变冲击波强度，令第p次爆炸当量x
p
＝x
p-1
+bkg，转2.2重复实验；b为正数；第三步，测量装置对冲击波耳膜损伤等级进行测量：在爆炸当量未知的环境下，将测量装置设置在距离爆心已知距离和角度的位置，敏感薄膜21受冲击波作用后的破裂情况与p张合并表格对比，即根据合并表格的同方向不同距离的破裂情况相应距离里找到与现在实验最接近的距离参数，并从合并表格等距离不同方向的破裂情况表找到最接近的角度，对比破裂情况，距离、角度、破裂情况均吻合的表，令为第p张表，即当量为x
p
的表，则x
p
即为tnt当量，也即冲击波损伤等级。9.如权利要求8所述的一种采用动物耳膜爆炸冲击波损伤等级测量装置进行动物耳膜爆炸冲击波损伤等级测量的方法，其特征在于1.1步所述制备敏感薄膜(21)的薄膜为纸或石膏膜或鸡蛋膜或明胶膜或聚四氟乙烯膜。10.如权利要求8所述的一种采用动物耳膜爆炸冲击波损伤等级测量装置进行动物耳膜爆炸冲击波损伤等级测量的方法，其特征在于2.1步所述夹角为0
°
、15
°
、30
°
、45
°
、60
°
、75
°
、90
°
几种工况。11.如权利要求8所述的一种采用动物耳膜爆炸冲击波损伤等级测量装置进行动物耳膜爆炸冲击波损伤等级测量的方法，其特征在于所述破裂情况包括全部破裂、破裂一半以上或一半、破裂不过半和不破裂。12.如权利要求8所述的一种采用动物耳膜爆炸冲击波损伤等级测量装置进行动物耳膜爆炸冲击波损伤等级测量的方法，其特征在于所述a为1～50；所述b为0.5；所述10≤p≤100。

技术总结
本发明公开了一种动物耳膜爆炸冲击波损伤等级测量装置及方法，解决动物实验中个体差异大、结果不稳定、操作难度大、检测成本高、干扰因素多的问题。本发明装置由封装壳体、2N个膜片组件、N根固定杆和底座组成。一个膜片组件由两个环形夹片和一块敏感薄膜组成，敏感薄膜模拟鼓膜，固定杆为透明圆管，模拟耳道，中间有隔板隔开，防止相互干扰，在不同距离和方向的爆炸冲击波作用下，根据膜破裂的程度来评定冲击波对耳膜损伤的等级。本发明装置不需电源，无需布设电缆，成本低、体型小、装配简单，封装壳体可以多次使用，摒弃了动物实验的复杂和不确定性，大大提高布设规模，使得对爆炸场冲击波可能的损伤等级测量可靠、准确、稳定。稳定。稳定。


技术研发人员：林玉亮 莫晓磊 陈荣 张玉武 李翔宇 梁民族 李志斌 彭永 卢芳云
受保护的技术使用者：中国人民解放军国防科技大学
技术研发日：2021.12.06
技术公布日：2022/3/8