CN102183273B - 火工品作用压力-温度测试仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种火工品作用压力-温度测试仪，它包括温度传感器、压力传感器、放大电路、第一、第二采样保持放大器、多路模拟开关、A/D转换器、单片机系统、火工品爆发检测电路和恒流源电路。本发明的有益效果是能满足同时测试输出压力和温度两个参量，并且能够提供两路精确的稳恒电流，以便对电火工品进行安全电流和发火电流测试。

Description

火工品作用压力-温度测试仪

技术领域

本发明涉及一种火工品作用压力-温度测试仪，属于火工品性能测试的测控仪器，特别是能够满足火工品输出压力、温度综合测试的测控要求。

背景技术

火工品是弹药传火、传爆序列的首发部件，它的性能好坏直接关系到弹药作用的可靠性。表征火工品输出性能的参量主要是输出压力、温度与作用时间。现有的测试仪器都是针对测试某一个参量而配备的，得到的测试结果也只是某一个参量值，无法综合测试这两个参量来全面衡量火工品的输出性能。对于电火工品，还需要对其进行安全电流和发火电流测试，现有的测试方法是采用单独的试验仪来提供稳恒电流，使试验仪器和连接线路较多，不能方便快捷的对电火工品进行检测。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种能满足同时测试输出压力和温度两个参量的火工品作用压力-温度测试仪。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：

本发明包括温度传感器、压力传感器、放大电路、第一、第二采样保持放大器、多路模拟开关、A/D转换器、单片机系统、火工品爆发检测电路和恒流源电路；所述温度传感器的输出端依次经放大电路、第一采样保持放大器接所述多路模拟开关的一个输入端；所述压力传感器的输出端接第二采样保持放大器的输入端，所述第二采样保持放大器的输出端分别接多路模拟开关和火工品爆发检测电路的相应输入端；所述多路模拟开关的输出端接A/D转换器的输入端，所述单片机系统与A/D转换器双向连接，所述火工品爆发检测电路的输出端接所述单片机系统的相应输入端；所述单片机系统的输出端接所述恒流源电路的输入端，所述恒流源电路的输出端接被测火工品的发火回路的输入端。

本发明还包括上位机，所述上位机与所述单片机系统双向连接。

本发明的工作原理如下：本发明可以设置火工品输出能量测试试验的试验参数；在试验时，自动检测火工品爆发并启动数据采集；在规定的时间内按规定的采样时间间隔采集火工品爆发所产生的压力和温度信号量值；保存这些采集信号值，并进行必要的数据处理，得到所测的实际量值；显示测试结果值，并能与计算机通信，将这些设置和测试值传送到计算机。满足了火工品输出性能定量化测试的要求，为综合衡量火工品的性能提供了测控条件，达到了工程实用化的要求。

本发明的有益效果是克服现有火工品输出性能测试仪器测试参量单一的缺点，提供一种能满足同时测试输出压力和温度两个参量的要求，具有高速采集数据、自动处理数据、储存数据的功能，能够直接得到输出压力和温度的实测值，并且能够提供两路精确的稳恒电流，以便对电火工品进行安全电流和发火电流测试。

附图说明

图1为本发明的原理框图；

图2为温度传感器和压力传感器的安装位置示意图；

图3为本发明的电路原理图（除恒流源电路外）；

图4为本发明的恒流源电路的电路原理图。

在图2中：1 温度传感器、2 密闭爆发器、3 压力传感器、4 激发器、5 测试台。

具体实施方式

由图1-图4所示的实施例可知，本实施例包括温度传感器、压力传感器、放大电路、第一、第二采样保持放大器、多路模拟开关、A/D转换器、单片机系统、火工品爆发检测电路和恒流源电路；所述温度传感器的输出端依次经放大电路、第一采样保持放大器接所述多路模拟开关的一个输入端；所述压力传感器的输出端接第二采样保持放大器的输入端，所述第二采样保持放大器的输出端分别接多路模拟开关和火工品爆发检测电路的相应输入端；所述多路模拟开关的输出端接A/D转换器的输入端，所述单片机系统与A/D转换器双向连接，所述火工品爆发检测电路的输出端接所述单片机系统的相应输入端；所述单片机系统的输出端接所述恒流源电路的输入端，所述恒流源电路的输出端接被测火工品的发火回路的输入端。

本实施例还包括上位机，所述上位机与所述单片机系统双向连接。

所述放大电路由运算放大器A1-A2及其外围元件电阻R1-R2，电容C1-C2、插座J1组成，所述插座J1与所述温度传感器的输出端相连接，所述温度传感器的型号为SCIT-ISDF，所述运算放大器A1的输入端3脚接所述插座J1的Siout端，所述运算放大器A1的输出端1脚接其输入端2脚，电阻R1接在所述插座J1的Siout端与SGND端之间；所述运算放大器A2的输入端5脚接所述插座J1的Geout端，所述电阻R2接在插座J1的Geout端与SGND端之间，所述运算放大器A2的输出端7脚接其输入端6脚；所述Siout端和Geout端及SGND端分别为温度传感器的两个输出端及接地端；

所述第一采样保持放大器由采样保持模块U1-U2及其外围元件电位器RP1-RP2、电容C3-C4组成；所述采样保持模块U1的输入端2脚接所述运算放大器A1的输出端1脚，所述电位器RP1接在采样保持模块U1的3脚与5脚之间，电位器RP1的动臂接采样保持模块U1的4脚；所述采样保持模块U2的输入端2脚接所述运算放大器A2的输出端7脚，电位器RP2接在采样保持模块U2的3脚与5脚之间，电位器RP2的动臂接采样保持模块U2的4脚。

所述第二采样保持放大器由采样保持模块U3及其外围元件电位器RP3、电容C5和插座J2组成；所述插座J2与所述压力传感器的输出端相连接，所述压力传感器的型号为CYG1401HFT；

所述采样保持模块U3的输入端2脚接所述插座J2的Pout端，电位器RP3接在所述采样保持模块U3的3脚与5脚之间，电位器RP3的动臂接采样保持模块U3的4脚；所述Pout端为所述压力传感器的输出端。

所述多路模拟开关由多路模拟开关模块U4及其外围元件电容C6-C7组成，所述多路模拟开关模块U4的输入端5-7脚分别接所述采样保持模块U4、U2、U3的输出端8脚；所述A/D转换模块U5的5脚和14脚分别接AGND端和DGND端，并且AGND端和DGND端相连接。

所述A/D转换器由A/D转换模块U5及其外围元件电位器RP4-RP5、电阻R3-R5、电容C8-C11组成；所述A/D转换模块U5的输入端1脚经电阻R3接所述多路模拟开关模块U4的输出端8脚；

电位器RP4与电位器RP5并联后接在A/D转换模块U5的27脚与5脚之间，电位器RP5的动臂经电阻R4接A/D转换模块U5的输入端1脚，电位器RP4的动臂经电阻R5接A/D转换模块U5的3脚。

所述单片机系统由单片机U6及其外围元件晶体Y1、排阻RN、电阻R6、电容C12-C15、与非门U11-1-U11-2、地址驿器U11及其外围元件电容C16、地址锁存器U7及其外围元件电容C17、数据存储器U8及其外围元件电容C18-C19、与门U9-1、液晶显示器U12及其外围元件或非门U10-1-U10-2、与非门U9-2、晶体管Q1、电阻R7、电位器RP6、键盘输入接口模块U13及其外围元件电容C20组成；所述单片机U6的输入端口P00-P07通过总线与所述A/D转换模块U5的输出端口D0-D7相连接。

所述火工品爆发检测电路由电压比较器A3及其外围元件电阻R7-R9、电容C21组成；电阻R7与电阻R8串联后接在+5V与AGND端之间，电阻R7与电阻R8的节点接电压比较器A3的输入端2脚，电压比较器A3的输入端3脚接所述采样保持模块U3的输出端8脚，电压比较器A3的输出端1脚接所述单片机U6的13脚；所述AGND端为所述测试仪的模拟电路的接地端。

所述恒流源电路由50mA恒流源、4A恒流源、电源指示电路和插座J3组成；50mA恒流源由恒流器件HL1及其外围元件光耦GO1、与门U14-1、电阻R10和电位器RP7组成，光耦GO1的2脚依次经电阻R10、与门U14-1接所述单片机U6的P1.1口，光耦GO1的5脚经插座J3接恒流器件HL1的C极，光耦GO1的4脚接DGND端，所述DGND端为所述测试仪的数字电路的接地端，恒流器件HL1的输出端A极经插座J3接所述发火回路DHL的输入端2脚，电位器RP7接在恒流器件HL1的G极与C极之间；

4A恒流电源由恒流器件HL2及其外围元件三端稳压器U15、场效应管Q2、电位器RP8、电阻R11-R13、与门U14-2、光耦GO2组成，光耦GO2的2脚依次经电阻R11、与门U14-2接所述单片机U6的P1.2口，光耦GO2的5脚接+24V，光耦GO2的4脚经插座J3接电阻R12与电阻R13的节点，电阻R12与电阻R13串联后接在场效应管Q2的G极与DGND端之间，恒流器件HL2的3脚接三端稳压器U15的1脚，恒流器件HL2的输出端4脚接场效应管Q2的S极，场效应管Q2的D极经插座J3接所述发火回路GHL的输入端2脚，所述发火回路DHL的1脚接+24V，三端稳压器U15的3脚接+24V，其2脚接DGND端，电位器RP8接在恒流器件HL2的1脚与2脚之间；

所述电源指示电路由发光二极管LED1和电阻R14组成，发光二极管LED1与电阻R14串联后接在+24V与DGND端之间。

本实施例的工作原理如下：

由于火工品爆发后产物的发射率不确定，另外产生大量的烟雾和凝固相粒子，所以采用比色式（双波段）红外测温传感器，其温度是由两个独立的波长带内辐射能量的比值来确定的，因此当被测目标很小，不充满物镜视场，测量通路上存在烟雾、尘埃等阻挡，对辐射能量有衰减时，都不对测量结果产生重大影响。用比色式红外测温技术，其优点是响应速度快，测量范围宽，测量温度接近实际值；不需要知道物质的发射率，抗烟雾、水蒸气和灰尘能力强，测温不受红外窗口玻璃影响，能瞄准、测量小目标，测量不受距离系数限制。比色测温是根据同一被测物体在两个波长下的单色辐射亮度之比随温度变化的特性作为测温原理的。根据对火工品输出温度的理论估算，采用Si和Ge双色光电传感器进行温度测试，具体型号是SCIT-1SDF型比色高速非线性红外温度传感器。

所述压力传感器的型号为CYG1401HFT。该耐高温高频动态压力传感器是利用硅压阻效应原理设计，其敏感元件直径仅2mm，力敏硅应变片的宽度仅为0.01mm，它有高达数百千赫兹量的固有频率和快速低至亚微秒的上升时间。

在图2中，所述温度传感器1安装在密闭爆发器2的左侧，所述压力传感器3安装在密闭爆发器2的上侧臂上。

所述火工品爆发检测电路，电压比较器A3是一种高速精密电压比较器，电压基准设置为0.125V，当密闭爆发器2内压力小于0.5MPa时，压力传感器3输出小于0.125V， A3的7脚输出为高电平。当密闭爆发器2内压力大于0.5MPa时，压力传感器3的输出大于0.125V， A3的7脚输出为低电平。检测单片机U6的P3.3的电平，就可以判断火工品是否爆发，作为启动数据采集开始信号。

图4为所述恒流源电路的电路原理图，采用高精密恒流源器件，两个恒流源分别用单片机U6的P1.1和P1.2控制。当P1.1=0时，50mA恒流源的恒流器件HL1导通，P1.1=1时，HL1截止。当P1.2=0时，4A恒流源的恒流器件HL2导通，P1.2=1时，HL2截止。为了避免大电流的开关对单片机电路影响，用光电耦合器GO1把功率电路与其他电路隔离开来，兼作HL1的开关。HL1的最大向前电流IF=100mA，集电极-发射极最大漏电流100nA，最大开通延迟时间0.35μs，最大关断延迟时间55μs。用场效应晶体管Q2实现对HL2的开关，场效应晶体管Q2的特点是“低压、大电流”，“内接源-漏二极管”，“适于做高能脉冲电路”。通态漏极电流最小允许27A，静态漏-源导通电阻最大0.085Ω，漏-源漏电流最大100nA。开通延迟时间最大30ns，关断延迟时间最大80ns，源-漏击穿电压100V。

对于电火工品，本测试仪采用两路恒流源，一个是电火工品安全电流检测，给电火工品施加50mA电流1分钟不应发火。一个是电火工品发火电流检测，施加4A发火电流2ms内应发火。本测试仪采用的精密恒流源器件，在低温漂、低噪声问题上取得重大进展，电流温度系数低。

对于撞击式火工品，击发采用人工击发方式，单片机与火工品击发没有电信号联系，因而需设计火工品爆发检测电路，作为启动定时A/D转换的信号。

在本测试仪与上位计算机之间设计数据通讯线路，可以把试验数据传送到上位计算机，既能保存大量数据，又能显示试验数据与时间关系曲线。

在本实施例中，单片机U6选用美国ATMEL公司生产的单片机AT89C55WD/24PI。运算放大器A1、A2的型号为MAX478EPA。采样保持模块的型号为AD585AQ。A/D转换模块的型号为ADS7805D。多路模拟开关的型号为MAX308CPE。

Claims (9)

1.一种火工品作用压力-温度测试仪，其特征在于包括温度传感器、压力传感器、放大电路、第一、第二采样保持放大器、多路模拟开关、A/D转换器、单片机系统、火工品爆发检测电路和恒流源电路；所述温度传感器的输出端依次经放大电路、第一采样保持放大器接所述多路模拟开关的一个输入端；所述压力传感器的输出端接第二采样保持放大器的输入端，所述第二采样保持放大器的输出端分别接多路模拟开关和火工品爆发检测电路的相应输入端；所述多路模拟开关的输出端接A/D转换器的输入端，所述单片机系统与A/D转换器双向连接，所述火工品爆发检测电路的输出端接所述单片机系统的相应输入端；所述单片机系统的输出端接所述恒流源电路的输入端，所述恒流源电路的输出端接被测火工品的发火回路的输入端。

2.根据权利要求1所述的火工品作用压力-温度测试仪，其特征在于还包括上位机，所述上位机与所述单片机系统双向连接。

3.根据权利要求1或2所述的火工品作用压力-温度测试仪，其特征在于所述放大电路由运算放大器A1-A2及其外围元件电阻R1-R2，电容C1-C2、插座J1组成，所述插座J1与所述温度传感器的输出端相连接，所述温度传感器的型号为SCIT-ISDF，所述运算放大器A1的输入端3脚接所述插座J1的Siout端，所述运算放大器A1的输出端1脚接其输入端2脚，电阻R1接在所述插座J1的Siout端与SGND端之间；所述运算放大器A2的输入端5脚接所述插座J1的Geout端，所述电阻R2接在插座J1的Geout端与SGND端之间，所述运算放大器A2的输出端7脚接其输入端6脚；所述Siout端和Geout端及SGND端分别为温度传感器的两个输出端及接地端；

所述第一采样保持放大器由采样保持模块U1-U2及其外围元件电位器RP1-RP2、电容C3-C4组成；所述采样保持模块U1的输入端2脚接所述运算放大器A1的输出端1脚，所述电位器RP1接在采样保持模块U1的3脚与5脚之间，电位器RP1的动臂接采样保持模块U1的4脚；所述采样保持模块U2的输入端2脚接所述运算放大器A2的输出端7脚，电位器RP2接在采样保持模块U2的3脚与5脚之间，电位器RP2的动臂接采样保持模块U2的4脚。

4.根据权利要求3所述的火工品作用压力-温度测试仪，其特征在于第二采样保持放大器由采样保持模块U3及其外围元件电位器RP3、电容C5和插座J2组成；所述插座J2与所述压力传感器的输出端相连接，所述压力传感器的型号为CYG1401HFT；

所述采样保持模块U3的输入端2脚接所述插座J2的Pout端，电位器RP3接在所述采样保持模块U3的3脚与5脚之间，电位器RP3的动臂接采样保持模块U3的4脚；所述Pout端为所述压力传感器的输出端。

5.根据权利要求4所述的火工品作用压力-温度测试仪，其特征在于所述多路模拟开关由多路模拟开关模块U4及其外围元件电容C6-C7组成，所述多路模拟开关模块U4的输入端5-7脚分别接所述采样保持模块U4、U2、U3的输出端8脚。

6.根据权利要求5所述的火工品作用压力-温度测试仪，其特征在于所述A/D转换器由A/D转换模块U5及其外围元件电位器RP4-RP5、电阻R3-R5、电容C8-C11组成；所述A/D转换模块U5的输入端1脚经电阻R3接所述多路模拟开关模块U4的输出端8脚；所述A/D转换模块U5的5脚和14脚分别接AGND端和DGND端，并且AGND端和DGND端相连接；

电位器RP4与电位器RP5并联后接在A/D转换模块U5的27脚与5脚之间，电位器RP5的动臂经电阻R4接A/D转换模块U5的输入端1脚，电位器RP4的动臂经电阻R5接A/D转换模块U5的3脚。

7.根据权利要求6所述的火工品作用压力-温度测试仪，其特征在于所述单片机系统由单片机U6及其外围元件晶体Y1、排阻RN、电阻R6、电容C12-C15、与非门U11-1-U11-2、地址驿器U11及其外围元件电容C16、地址锁存器U7及其外围元件电容C17、数据存储器U8及其外围元件电容C18-C19、与门U9-1、液晶显示器U12及其外围元件或非门U10-1-U10-2、与非门U9-2、晶体管Q1、电阻R7、电位器RP6、键盘输入接口模块U13及其外围元件电容C20组成；所述单片机U6的输入端口P00-P07通过总线与所述A/D转换模块U5的输出端口D0-D7相连接。

8.根据权利要求7所述的火工品作用压力-温度测试仪，其特征在于火工品爆发检测电路由电压比较器A3及其外围元件电阻R7-R9、电容C21组成；电阻R7与电阻R8串联后接在+5V与AGND端之间，电阻R7与电阻R8的节点接电压比较器A3的输入端2脚，电压比较器A3的输入端3脚接所述采样保持模块U3的输出端8脚，电压比较器A3的输出端1脚接所述单片机U6的13脚；所述AGND端为所述测试仪的模拟电路的接地端。

9.根据权利要求8所述的火工品作用压力-温度测试仪，其特征在于所述恒流源电路由50mA恒流源、4A恒流源、电源指示电路和插座J3组成；50mA恒流源由恒流器件HL1及其外围元件光耦GO1、与门U14-1、电阻R10和电位器RP7组成，光耦GO1的2脚依次经电阻R10、与门U14-1接所述单片机U6的P1.1口，光耦GO1的5脚经插座J3接恒流器件HL1的C极，光耦GO1的4脚接DGND端，所述DGND端为所述测试仪的数字电路的接地端，恒流器件HL1的输出端A极经插座J3接所述发火回路DHL的输入端2脚，电位器RP7接在恒流器件HL1的G极与C极之间；

4A恒流电源由恒流器件HL2及其外围元件三端稳压器U15、场效应管Q2、电位器RP8、电阻R11-R13、与门U14-2、光耦GO2组成，光耦GO2的2脚依次经电阻R11、与门U14-2接所述单片机U6的P1.2口，光耦GO2的5脚接+24V，光耦GO2的4脚经插座J3接电阻R12与电阻R13的节点，电阻R12与电阻R13串联后接在场效应管Q2的G极与DGND端之间，恒流器件HL2的3脚接三端稳压器U15的1脚，恒流器件HL2的输出端4脚接场效应管Q2的S极，场效应管Q2的D极经插座J3接所述发火回路GHL的输入端2脚，所述发火回路DHL的1脚接+24V，三端稳压器U15的3脚接+24V，其2脚接DGND端，电位器RP8接在恒流器件HL2的1脚与2脚之间；

所述电源指示电路由发光二极管LED1和电阻R14组成，发光二极管LED1与电阻R14串联后接在+24V与DGND端之间。