電火工品電安全性測(cè)試系統(tǒng)研制?

陳 玲,徐建國(guó),金昌根,高振洲

(武漢軍械士官學(xué)校,湖北 武漢 430075)

0 引 言

彈藥中常用的電火工品主要包括電底火、電點(diǎn)火具、電雷管和電點(diǎn)火頭等[1],它們電安全性是否合格直接決定著彈藥儲(chǔ)存、運(yùn)輸、使用及技術(shù)處理是否安全[2－3],因此要求部隊(duì)進(jìn)行對(duì)電火工品的電安全性進(jìn)行測(cè)試,并作為判定彈藥質(zhì)量狀況的決策依據(jù)之一[4].目前部隊(duì)所使用的設(shè)備是20世紀(jì)90年代中期定型生產(chǎn)的,所有步驟全部手動(dòng),測(cè)試過程繁瑣,測(cè)試參數(shù)通過指針表頭讀數(shù),參數(shù)設(shè)置精度低,測(cè)試結(jié)果需要人工計(jì)算處理和判定,無(wú)數(shù)據(jù)處理管理能力,自動(dòng)化、數(shù)字化程度低,難以滿足彈藥質(zhì)量管理信息化的要求.而數(shù)字線性電源技術(shù)[5],嵌入式微處理技術(shù)[6]和數(shù)字電子測(cè)量技術(shù)[7]為實(shí)現(xiàn)電火工品電安全性[7]高精度智能化測(cè)試提供了技術(shù)基礎(chǔ)[8－9].

1 測(cè)試系統(tǒng)組成及工作原理

電火工品電安全性測(cè)試設(shè)備主要由綜合測(cè)試儀,計(jì)算機(jī),發(fā)火防護(hù)裝置和配套的電火工品安裝座,機(jī)柜,測(cè)試電纜等組成[10],如圖 1所示.

圖1 電火工品發(fā)火可靠性測(cè)試設(shè)備實(shí)物圖Fig.1 Instrument for testing the firing reliability of electric explosive initiator

根據(jù)綜合測(cè)試儀的工作流程在計(jì)算機(jī)中編寫操作軟件,通過軟件選擇電火工品電安全性測(cè)試項(xiàng)目,并設(shè)置測(cè)試需要的電流或電壓.點(diǎn)擊 “開始”按鈕后,計(jì)算機(jī)指令經(jīng)綜合測(cè)試儀中的通訊模塊轉(zhuǎn)換后送到微型控制系統(tǒng)內(nèi),微型控制系統(tǒng)通過多路電子開關(guān)自動(dòng)切換相應(yīng)的檢測(cè)電路,控制數(shù)字電源輸出指定的電壓、電流,對(duì)安裝在防護(hù)裝置上的電火工品進(jìn)行電安全性測(cè)試.在測(cè)試過程中,綜合測(cè)試儀中的信號(hào)采集系統(tǒng)實(shí)時(shí)采集測(cè)試數(shù)據(jù),經(jīng)微處理器處理后傳輸給計(jì)算機(jī),計(jì)算機(jī)對(duì)檢測(cè)結(jié)果進(jìn)行分析,作出測(cè)試結(jié)果的判斷,實(shí)現(xiàn)檢測(cè)結(jié)果的數(shù)字化處理.測(cè)試系統(tǒng)的工作原理[11]如圖 2所示.

2 測(cè)試系統(tǒng)軟、硬件設(shè)計(jì)

2.1 測(cè)試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)主要硬件包括綜合測(cè)試儀的數(shù)字電源,信號(hào)采集系統(tǒng),微型控制系統(tǒng)和通訊模塊.

2.1.1 數(shù)字電源及信號(hào)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

數(shù)字電源是產(chǎn)生火工品測(cè)試用電參數(shù)的核心部件,所以它的性能必須穩(wěn)定.基于數(shù)字電源電路技術(shù)完成了數(shù)字電源的設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了穩(wěn)定可靠的基本電源.另外,只有實(shí)時(shí)對(duì)數(shù)字電源的各輸出端進(jìn)行信號(hào)采集,才能將輸出信息傳給以微處理器為主的控制系統(tǒng).為了保證信號(hào)采集的連續(xù)性、正確性和穩(wěn)定性,基于數(shù)字化測(cè)量技術(shù)對(duì)信號(hào)采集系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì),保證了測(cè)試過程所有參數(shù)的實(shí)時(shí)采集和傳遞.數(shù)字電源電路和信號(hào)采集系統(tǒng)電路[12]如圖 3所示(虛線以上為數(shù)字電源電路,虛線以下為信號(hào)采集電路).

2.1.2 微型控制系統(tǒng)和通訊模塊設(shè)計(jì)

微型控制系統(tǒng)[13]把信號(hào)采集系統(tǒng)采集的信號(hào)轉(zhuǎn)換成晶體管—晶體管邏輯(T TL)電平信號(hào)傳給通訊模塊,通訊模塊再將 TT L電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成可供給計(jì)算機(jī)識(shí)別和處理的232電平信號(hào),這樣才能在操作軟件界面上顯示電參數(shù).同樣,由計(jì)算機(jī)操作界面輸入的參數(shù)設(shè)置指令和操作指令,經(jīng)通訊模塊后轉(zhuǎn)換成微型控制系統(tǒng)能夠接收和處理的TT L電平信號(hào);然后由微型控制系統(tǒng)控制數(shù)字電源輸出相應(yīng)的電信號(hào),通過電子開關(guān)加到電火工品上進(jìn)行發(fā)火可靠性測(cè)試.通訊模塊主要完成信號(hào)類型轉(zhuǎn)換功能,借鑒 232/485通訊模塊進(jìn)行設(shè)計(jì).

微型控制系統(tǒng)主要以 MEGA16芯片為主,在外圍設(shè)計(jì)濾波電路保證電路的抗干擾性,晶振電路控制芯片的工作頻率,調(diào)試維護(hù)接口主要用于對(duì)芯片的內(nèi)部程序進(jìn)行維護(hù),擴(kuò)展接口可用于控制系統(tǒng)功能的進(jìn)一步擴(kuò)展,復(fù)位電路可將測(cè)試時(shí)設(shè)置的參數(shù)清零復(fù)位.

圖3 數(shù)字電源電路與信號(hào)采集系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)Fig.3 Circuits of digital power supply and sig nal acquisition system

2.2 測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)[14]

測(cè)試系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)包括兩部分:一部分是微型控制系統(tǒng)中的控制程序,另一部分是計(jì)算機(jī)中的參數(shù)設(shè)置和結(jié)果判定程序.

2.2.1 微型控制系統(tǒng)中的控制程序設(shè)計(jì)

控制程序主要是接受由通訊模塊轉(zhuǎn)化的計(jì)算機(jī)指令,然后控制數(shù)字電源產(chǎn)生在計(jì)算機(jī)中所設(shè)置的電安全性測(cè)試參數(shù),并自動(dòng)選擇測(cè)試電路.當(dāng)收到由計(jì)算機(jī)傳來(lái)的“開始”指令后,激活“電子開關(guān)”,向電火工品加電,進(jìn)行電安全性測(cè)試;當(dāng)測(cè)試完畢后,測(cè)試結(jié)果信息經(jīng)信號(hào)采集系統(tǒng)采集后傳給微型控制系統(tǒng),控制程序再經(jīng)通訊模塊將其傳給計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理.該程序采用 C語(yǔ)言編寫.控制程序流程圖如圖 4所示.

圖5 電安全性測(cè)試參數(shù)設(shè)置界面Fig.5 Interface of electric saflety parameters setting

2.2.2 計(jì)算機(jī)中參數(shù)設(shè)置和結(jié)果判定程序設(shè)計(jì)

計(jì)算機(jī)中參數(shù)設(shè)置和結(jié)果判定程序主要完成電參數(shù)設(shè)置,向微型控制系統(tǒng)程序發(fā)出操作指令和進(jìn)行發(fā)火可靠性判定的功能,實(shí)現(xiàn)整個(gè)測(cè)試流程的數(shù)字化控制和測(cè)試結(jié)果的數(shù)字化判定.采用VB語(yǔ)言來(lái)編寫參數(shù)設(shè)置和結(jié)果判定程序,參數(shù)設(shè)置界面如圖5所示.可進(jìn)行安全電壓參數(shù)設(shè)置,安全電流參數(shù)設(shè)置,高壓發(fā)火參數(shù)設(shè)置和通電時(shí)間設(shè)置,如圖 6所示.

圖6 電安全性結(jié)果判定界面Fig.6 Interface for judging electric safety results

除此之外,該程序還可自動(dòng)生成測(cè)試結(jié)果報(bào)表,并自動(dòng)存儲(chǔ),可隨時(shí)查詢,滿足彈藥質(zhì)量信息管理信息化的要求.結(jié)果報(bào)表如圖 7所示.

圖7 測(cè)試結(jié)果報(bào)表Fig.7 Report fo rms of test result

3 結(jié)果判定方法

根據(jù)電火工品的阻值大小和在規(guī)定電參數(shù)下是否發(fā)火來(lái)判定電火工品的電安全性是否合格[15－16].判定方法如表 1所示.

表1 電火工品電安全性判據(jù)表Tab.1 Firing safety criterion of electric initiating explosive device

在進(jìn)入測(cè)試界面后,第一項(xiàng)要用小電流測(cè)量電火工品的電阻值,如圖8所示.如果電阻值不在規(guī)定值的范圍內(nèi),則可直接判定為電安全性不合格;如果電阻值合格,則根據(jù)試驗(yàn)法要求,進(jìn)行安全電壓測(cè)試或安全電流測(cè)試;如果電火工品在規(guī)定的電流或電壓作用下不發(fā)火,則證明其電安全性是合格的.表中 R代表實(shí)測(cè)電火工品電阻值,R1為試驗(yàn)法規(guī)定組織下限,R2為試驗(yàn)法規(guī)定阻值上限,I1為發(fā)火電流,U1為發(fā)火電壓.

圖8 電阻值測(cè)試界面Fig.8 Interface of resistance testing

4 結(jié)束語(yǔ)

采用嵌入式微處理器技術(shù),數(shù)字電源技術(shù)與數(shù)字電子測(cè)量技術(shù)相結(jié)合,可實(shí)現(xiàn)電火工品電安全性的數(shù)字化判別,并且能夠?qū)崿F(xiàn)檢測(cè)過程的智能化控制,保證了測(cè)試精度.該項(xiàng)技術(shù)成果能夠解決部隊(duì)電火工品電安全性測(cè)試精度低,自動(dòng)化和數(shù)字化程度低的難題,滿足了彈藥質(zhì)量管理信息化的要求.

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