Introduction to ionization pin probes to measure detonation velocity

Abstract

Detonation velocity can be measured by different methods. Earlier two probes of isolated twisted copper wires have been used to measure the time the detonation front uses for a predefined distance. The drawback with this method is that if one of the probes fails registration, no result is obtained. To increase the probability to get a velocity determination, we have investigated the possibility to use a more robust method with probes of ionization pins. In addition, ionization pin probes make it easy to increase the number of measuring points. The ionization pin probes we have tested have been prepared from a semi-rigid coax cable with an outer conductor of copper. In addition to the probes, a switch box with ten channels and one trigger channel has been built. An oscilloscope has been used to register the arrival time of the detonation front at the different probes. Tests of the method have been performed on a detonating cord and pressed charges of HWC (RDX/Wax/Graphite). Twelve probes have been tested out. We obtained registration on the oscilloscope for eleven probes at the expected times. The twelve probes were placed in three test items with four probes in each. The experimentally obtained detonation velocities both for the detonating cord and the HWC charges were all as expected. The values were 7291 m/s for the detonating cord, 8387 m/s (φ = 18.6 mm) and 8422 m/s (φ = 31.8 mm) for the HWC charges. The time signals we obtain have some oscillations. However, there is no problem to separate the arrival time of the detonation front for each probe, and the start time is unambiguous defined.

Detonasjonshastighet kan måles med forskjellige metoder. Vi har i lang tid benyttet to sensorer bestående av tvinnede kobbertråder med diameter 0,15 mm med et om lag 0,01 mm tykt lakklag. Med to sonder kan man måle hvor lang tid detonasjonsfronten bruker over en gitt avstand. Svakheten med metoden er at dersom registrering uteblir for en av sondene, gir det ingen hastighet. For å øke sannsynligheten for å oppnå et resultat har vi undersøkt om vi kan benytte sonder av ionisasjonspinner. De er mer robuste målesonder enn tvinnede kobbertråder. Ionisasjonspinner gjør det dessuten mulig å øke antall målepunkter. Vi har laget ionisasjonspinner fra en semi-rigid koaksialkabel med ytre ledende kappe av kobber. I tillegg har vi konstruert en koplingsboks med ti kanaler og en triggekanal. Tester av utstyret og målemetoden har vi gjennomført på detonerende lunte samt pressede ladninger av HWC (RDX/voks/grafitt) med to ulike diametere. Testene har vist at av tolv sonder ble det oppnådd registrering på elleve ved forventet tid. Sondene var plassert i tre testlegemer med fire sonder i hver, derfor ble det oppnådd resultat også for testlegemet hvor en registrering uteble. Oppnådde detonasjonshastigheter er alle som forventet: 7291 m/s for detonerende lunte, og 8387 m/s (φ= 18.6 mm) og 8422 m/s (φ= 31.8 mm) for HWC-legemene. Ved lang kabel mellom skop og koplingsboks har tidssignalet ringing. Tidsbestemmelsen for hver sonde er imidlertid upåvirket av denne forstyrrelsen. I tillegg er definisjonen av start entydig og krever derfor ingen tolkning.