Page 38 - 《爆炸与冲击》2026年第11期

第 46 卷 刘万通，等： 爆破振动作用下人体动态响应与感知心电变化的原位试验 第 11 期

Vibration velocity
sensor

ER2-S
electrocardiograph

Operation interface
ZD/AB-ATP Left Right
electrode electrode

TC-4850-3
(a) (b)
图 8 室内振动及心电采集系统
Fig. 8 Laboratory vibration and electrocardiogram acquisition system

3.2 可行性论证分析
如图 9 所示，爆破振动波形与振动台加载过程中输出的恒定正弦波存在较大差异，且振动台仅能进
行单方向振动，因此其模拟效果可能对人体感知和心电变化产生较大影响，需对振动台模拟爆破振动的
可靠性进行验证。
2.5 2.5

2.0 x y z 2.0 x y z
1.5
1.5
Vibration velocity/(cm·s⁻¹) −0.5 0 Vibration velocity/(cm·s⁻¹) −0.5 0
1.0
1.0
0.5
0.5
−1.0
−1.0
−1.5
−2.0
−2.0 −1.5
−2.5 −2.5
0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
Time/s Time/s
(a) Blast-induced vibration (b) Shaker-generated vibration
图 9 爆破振动与振动台振动时程曲线的对比
Fig. 9 Comparison between blast-induced and shaker-generated vibration velocity-time curves

前期进行现场原位爆破试验测试心率，选取同一志愿者，将实测爆破振动数据作为振动台输入参
数，并依据人体对爆破振动响应以垂向为主的特征，将激振方向设定为垂直向，同步采集心电信号并提
取心率变异性（HRV）指标进行对比。HRV 指标反映自主神经系统（autonomic nervous system, ANS）对心
脏的调节作用，HRV 指标与个体健康、心理状态及生理适应能力密切相关，是评估身体舒适度及应激反
应的重要指标 [26-27] 。本文采用 HRV 频域指标的低频成分（LF）与高频成分（HF）之比作为人体心电响应
的评价指标。
心电信号采集后需进行预处理以保证 HRV 分析的可靠性。原始 ECG 信号首先经 0.5～40 Hz 带通
滤波去除基线漂移和高频肌电噪声，随后采用 Pan-Tompkins 算法进行 R 波自动检测，提取逐次心跳的 R-

R 间期序列；对检测结果进行人工复核，剔除异位搏动及伪差造成的异常间期。为满足频域分析的等间
隔采样要求，采用三次样条插值将非等间隔 R-R 间期序列重采样为 4 Hz 的等间隔时间序列。在此基础
上，采用 Welch 周期图法进行功率谱估计（窗宽 256 点，50% 重叠），按标准定义在 0.04～0.15 Hz 频带积
分得到低频功率（P ），在 0.15～0.4 Hz 频带积分得到高频功率（P ），以 P /P H F 作为人体心电响应的评
LF
LF
HF
111502-9