图1 工程爆破

VOD 是英文 Velocity of Detonation 的缩写，指爆轰波在药柱中稳定传播的速度。它不是简单的化学反应速度，而是一个包含强冲击波与高速化学反应耦合的复杂物理过程。

根据经典的 CJ（Chapman-Jouguet）理论，爆轰波由一个前导冲击波和紧随其后的化学反应区组成。冲击波对进行绝热压缩，使温度骤升并引发剧烈化学反应；反应释放的能量又不断支撑冲击波向前传播，从而形成自持的爆轰波。当反应区末端满足特定声速条件时，波后流动不会干扰波前，此时的爆速称为CJ爆速，即理想爆速。理想爆速由自身的化学组成、密度和爆轰反应热决定，是的固有属性。

然而在实际工程中，受药柱直径、外壳约束、起爆强度、药柱老化等因素影响，爆轰波往往难以达到理想状态，实测的爆速称为实际爆速。实际爆速与理想爆速的偏差，直接反映了爆轰传播的完整性与可靠性。影响实际爆速的主要因素包括：

• 装药直径：直径小于某一临界值时，侧向稀疏波会造成能量损失，爆速下降，甚至熄爆。

• 约束条件：坚固的外壳可以阻碍稀疏波，提升爆速。

• 密度与均匀性：密度越大，爆速一般越高；但孔隙、裂纹会导致爆速不稳定。

• 起爆能量：起爆能量不足会导致爆轰成长段变长，初始爆速低于稳态值。

因此，单纯了解理想爆速远远不够，工程上必须对实际药柱的VOD进行精确测定。

VOD测试绝非单纯的实验室操作，它在生产、爆破设计、安全评估和科学研究中起着不可替代的作用。

• 性能鉴定与质量控制：VOD是出厂检验和现场验收的核心指标之一。通过与标准值对比，可以判断、密度、储存期是否正常，剔除不合格产品。

• 爆破效果优化：在露天矿山、隧道掘进等工程中，岩石的破碎块度、抛掷距离、振动等均与VOD密切相关。通过实测孔内爆速，可以分析与岩石的匹配性，优化

• 孔网参数，提升破碎效率，降低大块率和爆破震动。

• 安全评估与事故分析：爆速异常往往是拒爆、半爆、殉爆的先兆。VOD测试可帮助发现爆轰中断、爆燃转爆轰（DDT）风险，评估在不利条件下的安全性。

• 爆轰机理与数值模拟研究：连续VOD曲线能反映爆轰波成长、稳态传播及衰减全过程，为爆轰反应模型提供验证数据。同时，能量释放的瞬时变化可通过VOD抖动来识别，从而深化对非理想爆轰的理解。

• 器材研发：新型、、装药结构的研发，都需要通过VOD测试来反复迭代和确认性能。

可以说，没有精准的VOD测试，现代爆破技术的科学化、精细化就无从谈起。

图2 露天矿山爆破

经过数十年的发展，VOD测试技术形成了多种方案，按照信息获取方式可分为离散点测量和连续测量两大类。

3.1 离散点测量法——电探针法

这是经典的方法。在药柱内部或表面沿轴向布置若干对电极探针（如离子探针、断通靶），当爆轰波到达时，探针被电离或断开，产生电脉冲信号。通过精确记录相邻探针之间的时间差 Δt 和已知间距 Δx，即可求出平均爆速  vˉ=Δx/Δt。

• 优点：原理简单，耐恶劣环境，成本低。

• 缺点：只能获得分段平均爆速，无法反映爆速的连续变化，很可能错过短暂的速度波动或反应区细节。

3.2 连续测量法

连续测量法能给出爆轰波位置随时间的连续变化曲线，进而微分得到瞬时VOD，是目前发展的主流。

(1) 连续电阻传感法（连续电阻测爆法）

此方法采用一种特殊的连续电阻探头，能够输出与爆轰波位置线性相关的电信号，实现连续、实时测量。它克服了离散法的局限性，能完整描画VOD曲线。

图3 连续电阻测爆法

(2) 光纤探针法

将光纤沿药柱敷设，利用爆轰波阵面高压破坏光纤结构，或通过探测冲击波作用下光纤中的瑞利散射、端面反射光强变化，来确定波前位置。部分系统甚至能测出连续速度剖面。

• 优点：抗电磁干扰，精度高，可以实现分布式连续测量。

• 缺点：光纤脆弱，布设工艺要求高，系统较昂贵，某些方案只能获得离散数据。

(3) 高速摄影法

通过透明窗口或直接拍摄裸露药柱端面，利用高速相机捕捉爆轰波的发光阵面移动。空间-时间图像经过处理可得到连续爆速。

• 优点：非接触，直观。

• 缺点：只能测量透明的或表面爆炸，无法用于真实的矿用现场孔内测试，且设备贵重。

(4) 压电传感器阵列法

沿药柱排布压电式或压阻式压力传感器，爆轰波到达时各传感器记录压力跃升时间，再计算各段爆速。若传感器密度足够高，也可近似获得连续剖面，但本质上仍为多点测量。

综上，在工程现场与实验室中，连续电阻传感法因其探头坚固、信号直观、可获取完整VOD曲线且成本适中，成为了使用广的连续测量手段。

VOD测试已经渗透到民用爆破、事和科学研究的方方面面。以下为典型应用场景：

•  生产与入库检验：每批次出厂前抽样测定VOD，确保符合国家标准与产品规范。长期储存的也需定期检测，判断老化衰减程度。

• 露天矿山与采石场爆破：在炮孔内埋入VOD探头，监测铵油、乳化等的爆轰传播，分析爆破能量利用效率，优化台阶高度、抵抗线和装药结构。

• 隧道与地下空间开挖：在掏槽眼、周边眼中进行VOD测试，验证光面爆破和预裂爆破的性能是否满足要求，从而控制超欠挖和围岩损伤。

• 拆除爆破：复杂结构物拆除要求精确做功，VOD测试可确认特殊装药（如聚能切割器、爆裂管）的实际爆速，保证倒塌方向和破碎程度。

• 油气井射孔与压裂：射孔弹的爆速直接影响射流侵彻深度，必须通过VOD抽检确保一致性和可靠性。

• 军事战斗部与推进剂研究：战斗部装药的爆速直接决定毁伤效能，而低爆速zhayao、爆燃推进剂的分解速度也需类似手段评估。

• 科学研究实验室：在研究非理想爆轰、钝感zhayao响应、冲击起爆及爆轰临界直径等问题时，需要极精细的连续VOD曲线作为核心诊断数据。

可以说，凡涉及zhayao可靠做功的地方，几乎都离不开VOD测试。

图4 地下空间爆破

连续电阻传感连续测爆法的核心思想是：利用爆轰波前的高压将一根特殊探头的绝缘层破坏，形成一个随爆轰波同步移动的滑动短路点，通过测量由此引起的电路电阻变化，反推出短路点的瞬时位置，进而得出连续爆速。

图5 连续电阻测爆法仪器

5.1 探头结构

探头通常由两种形式：

• 同轴电缆型：常见使用RG-58等细同轴电缆，中心铜芯为内导体，外层为金属编织网，中间由聚乙烯等绝缘介质隔开。电缆外径细小，可直接埋入药包。

• 双绞漆包线型：将两根高强度漆包铜线绞合在一起，每根导线表面有耐热绝缘漆，相互绝缘。

布设时，探头被拉直并贯穿于药柱内部或紧贴药柱表面，一端从起爆端引出，另一端连接测量电路。为消除末端反射与信号畸变，探头末端常保持开路或匹配处理。

5.2 测量电路与信号逻辑

电路结构极其简明：恒流源 + 探头 + 电压记录仪。
一个精密恒流源向探头两根导体提供一个恒定的直流电流 I0（通常为数十毫安）。zhayao未起爆时，探头全程绝缘，两导体不导通，电路等效为开路，电压输出保持在某一高限值。
起爆瞬间，爆轰波自探头始端传入，波前压力高达数吉帕至数十吉帕，这种压力瞬间将波阵面处的绝缘层压缩、击穿或破坏，使该点的内导体与外导体（或两漆包线）直接短路导通。随着爆轰波向前传播，这个短路点也随之平滑移动。

对于恒流源而言，探头的有效参与部分是短路点之后的未爆段（从短路点到末端）。若设探头单位长度的电阻为 r0，未短路段长度为 L−x(t)（其中 L 为探头总长，x(t) 为从起爆端到当前爆轰波前距离），则电路中的瞬时电阻为：

R(t)=r0⋅[L−x(t)]

恒流源作用下，电压记录仪测得的电压为：

V(t)=I0⋅R(t)=I0r0⋅[L−x(t)]=k[L−x(t)]

其中 k=I0r0 为常数。可见，输出电压与未爆轰段长度严格成线性关系。随着爆轰波前进，x(t) 增大，电压 V(t) 线性下降，形成一条下降斜坡信号。

5.3 波阵面与探头相互作用的物理机制

能够形成可靠滑动短路的关键，在于爆轰波高压的瞬时性。波阵面后的爆炸产物虽然压力也很高，但通常伴有大量导电离子，可能导致多点短路或不确定导通。不过，实践证明，前导冲击波对绝缘层的压缩破坏才是形成清晰短路前沿的主导机制。爆炸气态产物扩散速度远低于波速，在纳秒级上升沿内，真正的电气短路点被“锁定"在波阵面上。探头绝缘层的机械破坏高度局部化，加上正确的末端处理，使得信号基本只反映波前位置。

对于同轴电缆，冲击波将外导体编织网压向内导体，绝缘层被瞬间挤穿；对于双绞线，两股线在高压下压紧，漆膜破裂，实现铜-铜接触。这个动态短路非常稳定，接触电阻虽在几欧姆级变化，但不影响长距离上由剩余电缆电阻主导的宏观线性度。

5.4 数据采集与爆速曲线处理

电压信号通过高速数据采集器（采样率通常为1~50 MHz）记录，形成一条清晰的时间-电压下降曲线。数据处理步骤为：

• 1）信号标定：在起爆前，记录整个探头的静态电压 V0=I0r0L；起爆结束后，探头全部短路，电压接近0（或末端残压）。由此可标定k值及探头初始电阻。

• 2）距离换算：根据 x(t)=L−V(t)/k 直接得到波前位置-时间曲线 x(t)。

• 3）微分求速：对 x(t) 进行时间微分，必要时通过低通滤波或多项式平滑去除微分噪声，得到瞬时爆速曲线 v(t)=dx/dt。

• 4）.距离域显示：工程上更习惯将瞬时爆速表达为沿药柱距离的函数 v(x)，可直接观察爆轰从起爆成长、稳定传播到末端衰减的全过程。

绘制出的VOD曲线可清晰显示：起爆后的爆轰成长段（爆速逐渐上升并接近理想值）、稳态传播段（爆速平稳）和末端衰减段（接近界面或底端时稀疏波影响导致下降）。若曲线出现大幅波动、平台中断或骤降，则可能意味着密度不均、裂隙存在，甚至爆轰中断。

图6 爆速实测曲线

5.5 方法的优缺点

主要优点：

• 真正连续记录，不遗漏任何瞬态变化，能完整揭示爆轰传播历程；

• 一条探头即可替代数十对电探针，安装简便，数据连贯；

• 探头可弯曲，便于布设在炮孔或复杂装药结构中；

• 技术成熟，配套仪器（如MicroTrap等）已商业化，便于工程推广。

局限性及注意事项：

• 探头本身必须平直拉紧，避免在爆轰到达前因挤压、曲折导致绝缘破损，否则会产生提前短路干扰。

• 双绞线或同轴电缆存在一定的机械响应时间，超高爆速（>8000 m/s）下要求更高的采样率与高频响电路。

• 信号末端可能出现反射或残余离子导通引发的“拖尾"，需通过算法修正。

• 对于超高温或超高压的特殊环境，探头耐温、抗压强度需特制。

尽管存在这些挑战，连续电阻传感连续测爆法凭借其优异的信息丰度与鲁棒性，依然是目前工业测试和爆轰研究中受信赖的连续测速手段。

图7 现场爆速测试

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