橋絲式電火工品射頻致瞎評(píng)估

紀(jì)向飛，封青梅，趙 團(tuán)，姚洪志

（陜西應(yīng)用物理化學(xué)研究所 應(yīng)用物理化學(xué)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，陜西 西安, 710061）

電火工品射頻致瞎是指射頻能量致使電火工品永久性地退化到不能完成其設(shè)計(jì)功能狀態(tài)的過(guò)程。大量的試驗(yàn)和事實(shí)證明，電火工品在復(fù)雜的電磁輻射場(chǎng)下使用、運(yùn)輸和儲(chǔ)存的過(guò)程中，電火工品的發(fā)火線路在一定的條件下可從電磁場(chǎng)中拾取射頻能量從而引起電火工品的爆炸或性能降低，有使電火工品產(chǎn)生射頻致瞎的可能性，因此，研究電火工品射頻致瞎的評(píng)估方法具有重要意義。以射頻感度試驗(yàn)為基礎(chǔ)，MILSTD-1576中提出了射頻致瞎的評(píng)估方法[1]：利用射頻感度試驗(yàn)系統(tǒng)，依據(jù)升降法獲得電火工品的50%射頻發(fā)火感度，推算其 10%發(fā)火感度，對(duì)電火工品以腳-腳發(fā)火方式進(jìn)行射頻烤爆試驗(yàn)，對(duì)比未經(jīng)試驗(yàn)的電火工品和經(jīng) 10%射頻發(fā)火能量作用的電火工品的直流發(fā)火感度，以評(píng)估電火工品射頻致瞎的可能性。

本文依據(jù)MIL-STD-1576中射頻感度試驗(yàn)方法和射頻致瞎評(píng)估方法，對(duì)兩種典型橋絲式火工品進(jìn)行了射頻感度試驗(yàn)和射頻暴露前后直流感度試驗(yàn)，并進(jìn)行射頻致瞎評(píng)估。

1 試驗(yàn)系統(tǒng)及方法

美軍標(biāo)MIL-STD-1512《電起爆的電爆分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和試驗(yàn)方法》[2]和 MIL-STD-1576《航天系統(tǒng)用電爆分系統(tǒng)的安全性和試驗(yàn)方法》中均提出對(duì)電火工品進(jìn)行射頻感度試驗(yàn)研究。GJB 5309.13-2004《火工品試驗(yàn)方法 射頻感度試驗(yàn)》[3]中規(guī)定了電火工品射頻感度試驗(yàn)方法，提出在0.5～18GHz的頻率范圍內(nèi)，至少應(yīng)選取6個(gè)頻率點(diǎn)進(jìn)行試驗(yàn)，如無(wú)其他規(guī)定，可選取 0.5GHz、0.9GHz、3.2GHz、5.5GHz、9.2GHz、15.0GHz共6個(gè)頻率點(diǎn)。

電火工品射頻感度試驗(yàn)系統(tǒng)的原理主要是：利用射頻源及匹配網(wǎng)絡(luò)，采用能量注入的方式，直接將射頻能量注入待測(cè)電火工品中，采用功率計(jì)，測(cè)量電火工品在一定的頻率點(diǎn)上的射頻功率。根據(jù)施加射頻功率與電火工品的響應(yīng)，用感度試驗(yàn)用升降法試驗(yàn)程序，確定電火工品50%的射頻感度，以評(píng)定其對(duì)射頻的敏感度。電火工品射頻感度模擬試驗(yàn)系統(tǒng)由射頻源、功率計(jì)及匹配網(wǎng)絡(luò)等組成，系統(tǒng)框圖如圖1所示[4]。

電火工品的直流感度試驗(yàn)是利用恒流源、連接線與電火工品組成串聯(lián)回路，對(duì)電火工品施加直流能量，依據(jù)升降法測(cè)試電火工品的直流發(fā)火感度。

2 試驗(yàn)及結(jié)果討論

2.1 試驗(yàn)樣品

選用兩種典型橋絲式電火工品，用于射頻感度試驗(yàn)和射頻暴露前后直流感度試驗(yàn)，樣品參數(shù)見(jiàn)表1。

2.2 兩種樣品直流感度試驗(yàn)

采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法—升降法[5]，對(duì)兩種樣品進(jìn)行直流感度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2～3。計(jì)算得到1#樣品的50%直流發(fā)火感度為284.6mA，標(biāo)準(zhǔn)差為21.64；2#樣品的 50%直流發(fā)火感度為 83.9mA，標(biāo)準(zhǔn)差為11.15。

表2 1#樣品直流發(fā)火感度試驗(yàn)數(shù)據(jù)（升降法）Tab.2 Test data of DC fire sensitivity of sample 1#(up and down method)

表3 2#樣品直流發(fā)火感度試驗(yàn)數(shù)據(jù)（升降法）Tab.3 Test data of DC fire sensitivity of sample 2#(up and down method)

2.3 兩種樣品射頻感度試驗(yàn)

采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法中的升降法，對(duì)兩種樣品在3.02GHz連續(xù)波作用下進(jìn)行感度試驗(yàn)。根據(jù)升降法試驗(yàn)結(jié)果，計(jì)算出兩種樣品在此種射頻環(huán)境下的50%發(fā)火感度和10%發(fā)火感度，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表4。感度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5～6。

表4 兩種產(chǎn)品3.02GHz連續(xù)波射頻感度數(shù)據(jù)Tab.4 RF sensitivity of two samples under 3.02GHz

2.4 兩種樣品射頻烤爆后直流感度試驗(yàn)

利用電火工品射頻感度試驗(yàn)系統(tǒng)，分別以兩種電火工品的10%發(fā)火感度為激勵(lì)水平，對(duì)樣品進(jìn)行射頻烤爆試驗(yàn)，烤爆作用時(shí)間 5min，對(duì)烤爆后樣品再進(jìn)行直流感度試驗(yàn)，并計(jì)算其直流電發(fā)火感度與標(biāo)準(zhǔn)差。

選取1#、2#樣品各40發(fā)，分別進(jìn)行射頻烤爆試驗(yàn)，射頻烤爆試驗(yàn)中1#樣品有4發(fā)發(fā)火，2#樣品有3發(fā)發(fā)火。對(duì)射頻烤爆后剩余產(chǎn)品進(jìn)行直流發(fā)火感度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7～8。

表5 1#樣品3.02GHz連續(xù)波射頻感度試驗(yàn)數(shù)據(jù)（升降法）Tab.5 RF sensitivity results of sample 1# under 3.02GHz (up and down method)

表6 2#樣品3.02GHz連續(xù)波射頻感度試驗(yàn)數(shù)據(jù)（升降法）Tab.6 RF sensitivity results of sample 2# under 3.02GHz (up and down method)

表7 1#樣品烤爆試驗(yàn)后直流發(fā)火感度試驗(yàn)數(shù)據(jù)（升降法）Tab.7 Test data of DC fire sensitivity of sample 1# after RF test( up and down method)

表8 2#樣品烤爆試驗(yàn)后直流發(fā)火感度試驗(yàn)數(shù)據(jù)（升降法）Tab.8 Test data of DC fire sensitivity of sample 2# after RF test( up and down method)

2.5 兩種樣品射頻致瞎評(píng)估

按照MIL-STD-1576中射頻致瞎評(píng)估方法，對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行顯著性分析：

式（1）中：n1為作用前產(chǎn)品數(shù)的 1/2，四舍五入到最小整數(shù)；n2為射頻烤爆試驗(yàn)后產(chǎn)品數(shù)的1/2，四舍五入到最小整數(shù)；x1為原產(chǎn)品直流感度均值（A）；x2為射頻烤爆試驗(yàn)后產(chǎn)品的直流感度均值（A），σ1為原產(chǎn)品直流感度試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)差；σ2為射頻烤爆試驗(yàn)后產(chǎn)品直流感度的標(biāo)準(zhǔn)差。

兩種產(chǎn)品射頻烤爆試驗(yàn)前后的直流發(fā)火感度數(shù)據(jù)見(jiàn)表9。利用射頻致瞎評(píng)估方法，對(duì)上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，計(jì)算結(jié)果如表10所示。

表9 兩種產(chǎn)品射頻烤爆前后直流發(fā)火感度數(shù)據(jù)Tab.9 DC fire sensitivity data of two samples before and after RF test

表10 兩種電火工品射頻致瞎評(píng)估計(jì)算結(jié)果Tab.10 RF duding assessment results of two EED samples

從表10中結(jié)果可知，在3.02GHz正弦波作用下，兩種電火工品以其10%射頻發(fā)火感度進(jìn)行烤爆試驗(yàn)，恒有t≤tc，那么就認(rèn)為10%射頻烤爆試驗(yàn)沒(méi)有改變這兩種電火工品的直流發(fā)火特性（它們的置信度為95%）。

3 結(jié)論

通過(guò)上述試驗(yàn)研究，獲得以下結(jié)論：

（1）通過(guò)射頻感度試驗(yàn)，得到兩種樣品在3.02GHz連續(xù)波作用下的射頻感度：1#樣品50%射頻發(fā)火感度為 1.618W，2#樣品 50%射頻發(fā)火感度為0.248W，根據(jù)射頻感度試驗(yàn)結(jié)果，可推算兩種樣品的最大不發(fā)火和最小全發(fā)火射頻功率，為進(jìn)行電火工品在復(fù)雜電磁環(huán)境中的安全性研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

（2）在射頻烤爆試驗(yàn)中，以10%射頻發(fā)火感度作為烤爆水平，兩種樣品均有發(fā)火，1#樣品 40發(fā)中有4發(fā)發(fā)火，2#樣品40發(fā)中有3發(fā)發(fā)火，說(shuō)明射頻感度試驗(yàn)中得到的10%射頻發(fā)火感度比較準(zhǔn)確，也間接證明了50%發(fā)火感度的準(zhǔn)確性。

（3）依據(jù)MIL-STD-1576，對(duì)兩種樣品進(jìn)行射頻致瞎的評(píng)估。對(duì)比分析在10%射頻發(fā)火能量作用前后兩種樣品的直流發(fā)火特性，并進(jìn)行顯著性分析，試驗(yàn)結(jié)果表明：10%射頻發(fā)火能量烤爆試驗(yàn)沒(méi)有改變這兩種電火工品的直流發(fā)火特性（其置信度為95%）。

（4）在射頻烤爆試驗(yàn)中，選取10%發(fā)火感度對(duì)電火工品進(jìn)行烤爆試驗(yàn)，烤爆試驗(yàn)結(jié)果中有樣品發(fā)火，說(shuō)明10%射頻發(fā)火能量對(duì)電火工品有影響，但射頻致瞎評(píng)估結(jié)果表明 10%射頻發(fā)火能量烤爆試驗(yàn)沒(méi)有改變這兩種電火工品的直流發(fā)火特性（其置信度為95%）。因此分析烤爆試驗(yàn)有可能導(dǎo)致藥劑分解或火工品其它方面性能發(fā)生變化，應(yīng)從微觀方面對(duì)火工品藥劑及結(jié)構(gòu)參數(shù)和火工品其他參數(shù)（如作用時(shí)間、熱時(shí)間常數(shù)等）進(jìn)行分析。

對(duì)射頻致瞎評(píng)估方法進(jìn)行了初步探索和實(shí)踐，積累了一定的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。利用該方法，可研究不同參數(shù)電火工品的射頻致瞎敏感度，為電火工品的設(shè)計(jì)、研制、生產(chǎn)、使用、儲(chǔ)存提供射頻致瞎評(píng)估數(shù)據(jù)，提高我國(guó)武器裝備抗電磁干擾的能力和在復(fù)雜電磁環(huán)境中的生存能力。

[1]MIL-STD-1576 航天系統(tǒng)用電爆分系統(tǒng)的安全性和試驗(yàn)方法[S],1984.

[2]MIL-STD-1512 電起爆的電爆分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求和試驗(yàn)方法[S],1976.

[3]GJB 5309.13-2004 火工品試驗(yàn)方法 射頻感度試驗(yàn)[S].國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì),2004.

[4]封青梅, 趙團(tuán).電雷管射頻感度試驗(yàn)的應(yīng)用研究[J].國(guó)防技術(shù)基礎(chǔ),2007(9):22-24.

[5]GJB/Z 377A-1994 感度試驗(yàn)用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法[S].國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì),1994.