火藥水分在線檢測技術研究

郭金寶 邢澤民

河北省石家莊市井陘縣天長鎮(zhèn)南關村92207部隊

前言：火藥類物品在生產應用過程中，水分含量作為重要的技術衡量指標，被納入火藥產品的必備檢測項目環(huán)節(jié)，并對火藥類產品水分含量進行嚴格控制?；鹚幃a品的水含量一旦超標，其整體質量也會下降，爆炸性能受到很大的影響，如果質量不達標，會造成半爆或者不爆的不良現(xiàn)象，所以水分含量會對火藥的性能產生直接的影響，甚至導致火藥產品功能失效。

一、在線監(jiān)測基礎原理與方法

當前對于火藥產品進行在線檢測過程中通常采用的是電測法，主要包含電容法、激光法、紅外法以及電阻法等方法，基礎原理為針對火藥產品當中不同的含水量情況，對物品的電磁性能產生不同程度的影響，如磁導率、介電常數(shù)等參數(shù)，不同的方法主要是對其實際具體敏感量進行具體測量，并進一步計算物料當中的實際含水量。

電磁波在導電媒介當中進行傳播時，振幅會根據(jù)實際的距離逐漸增加，而指數(shù)規(guī)律會慢慢衰減，也影響著波在實際傳播中相位逐漸發(fā)生改變的快慢情況。因為火藥當中的電導率相對比較小，相差也不大，兩者之間的磁導率大致相同，且同屬于小量，在高頻狀況下，衰減因子的實際數(shù)值也會逐漸變小，電磁波衰減程度不明顯，激光法、電阻法以及紅外法等主要是測量衰減幅度，以上方法不適用于火藥含水量測量。

電容法與微波諧振法主要是測量相位敏感量，并查看振幅變化情況，因為微波頻率比較高，并且需要進行掃頻，所以，從實際測量的復雜程度與靈敏度等方面進行綜合分析與對比，都遠不如電容法。通過實驗可得知，電容法和其他電測方法相比較，具有明顯的優(yōu)勢，所以，此次進行在線監(jiān)測技術研究過程中主要采用的是電容法。

二、系統(tǒng)的主要組成與工作原理

具有一定檢測功能的軟硬件系統(tǒng)核心主要包含檢測電路、數(shù)據(jù)采集、計算機以及傳感器，在檢測電路當中也包括自動平衡裝置、單片機、前置放大功能、可調節(jié)放大、濾波以及相敏檢波等模塊。數(shù)據(jù)采集卡主要采用的是四通道數(shù)據(jù)采集卡，通過VC開發(fā)檢測軟件，能夠滿足檢測參數(shù)的具體設定，實現(xiàn)對檢測信號的記錄、處理以及實際含水量的顯示與報警等功能[1]。

三、電橋與前置放大電路

電容傳感器作為電橋的橋臂，調節(jié)電容會使得橋路逐漸平衡，且輸出電壓幾乎為零，傳感器電容逐漸發(fā)生變化的情況下，電橋慢慢失去平衡，輸出與電容呈正比的電壓信號，并經過放大電路慢慢放大，通常情況下，交流電源頻率是被測信號的5-10倍左右，該集團當中交流電源頻率實際范圍在0-5MHz。

四、可調增益放大電路設計

可調增益放大電路主要是由AD603級聯(lián)而成，主要采用90MHz寬帶進行連接，每片實際增益范圍在-10dB～30dB。

五、對水分檢測產生影響的物理因素簡析

主要針對實際溫度、水分、緊實度等參數(shù)進行了綜合全面分析，并選擇火藥物料為樣品，電容檢測電路主要選擇線性變換電路，樣品電容值和電壓成正比，將樣品陸續(xù)倒進容積裝置當中，并取出樣品，稱得具體質量，之后通過相同的方法再倒入傳感器裝置當中，選擇在10、15、20℃溫度環(huán)境下，并對數(shù)據(jù)結果進行分析，得出以下結論。

1.水分和電壓之間的關系，火藥電容值變化主要是表現(xiàn)水分實際變化方面，電容值的實際變化不僅僅只是依靠火藥水分決定的，火藥水分是重要的決定因素，通過采樣數(shù)據(jù)可得出，樣品中的水分逐漸升高的情況下，檢測輸出電壓也會慢慢升高，電壓和水分之間的函數(shù)主要為單調增值函數(shù)，并非線性函數(shù)，從擬合曲線能夠看出，其有兩個拐點，且拐點間，電壓上升相對平穩(wěn)，拐點之外，電壓變化相對較大，當水分增加，樣品電容值也會逐漸增大[2]。

2.電壓和溫度的關系，在進行實際檢測過程中，樣品的溫度也會對實際的檢測結果產生極大的影響，從結果能夠看出，在相同含水量樣品當中，溫度在不斷升高的同時，電容值也會不斷增大，檢測電路輸出電壓不斷升高。溫度逐漸下降到零下時，樣品當中自由水會逐漸被凍結，樣品電容值也會不斷發(fā)生改變，因此，在進行火藥水分檢測過程中，溫度如果小于或等于0℃時，應當保障其溫度符合正常檢測范圍之內，這樣才能夠保障檢測結果精準性。

3.水分和定容積質量的關系：在通過電容法進行檢測過程中，樣品的緊實度也是極為重要的影響因素，會對結果產生很大的影響，因此，在進行取樣過程中，一定要保障樣品緊實度具有代表性[3]。

六、實驗環(huán)節(jié)

在15攝氏度狀態(tài)下，輸出電壓和水分擬合曲線以及數(shù)據(jù)結果可得出，樣品的水分逐漸升高的情況下，其輸出電壓也會逐漸升高，水分和電壓的實際函數(shù)值為單調增值函數(shù)，并不是非線性函數(shù)。從擬合曲線狀況能夠看出，其有兩個拐點，并且在兩個拐點間，電壓呈平穩(wěn)上升的趨勢，在兩個拐點之后，電壓變化比較顯著，當水分增加時，樣品的實際電容值也會不斷增加。

七、結束語

通過對實驗結果進行綜合對比分析，此次進行試驗研究的電容法在進行含水量測量過程中，分辨率相對較高，能夠高效進行水分在線檢測任務。