CN102565620A - 一种火工品低压测试电路及测试方法 - Google Patents

Abstract

一种火工品低压测试电路及测试方法，方法步骤为(1)断开火工品高压控制回路，在低压测试电路中施加测试激励电压；(2)将双桥丝火工品电阻R1、R2上的低压差分信号先通过仪用放大器转换为单端输出信号，并放大输出到滤波器，滤波器将信号滤波后输出比较电压Ub；(3)将检测电阻R5、R6、R7上的低压差分信号放大转换、滤波之后产生三个基准比较电压U0.3、U0.8、U2.0；(4)通过三个比较器将Ub分别与U0.3、U0.8、U2.0进行比较。(5)通过比较结果判断当前火工品的状态。本发明的测试电路简单、可靠，使用的元器件数目少，测试回路不需要注入精确的电流，电路没有需要调整的参数，判决方法简单。

Description

一种火工品低压测试电路及测试方法

技术领域

本发明涉及一种利用精密电阻对火工品通路进行低压测试的设计方法及电路，属于武器系统弹上设备机内测试(BIT)领域。

背景技术

在导弹、运载火箭的测试过程中，火工品的测试是一个关键测试项目。火工品测试分低压测试和高压测试两个部分，在战术武器中一般只进行高压测试，即火工品的控制回路测试，在战略武器或运载火箭中火工品的高、低压测试都要进行。低压测试能够对火工品的通断、电阻变化等性能进行测试，火工品断路会造成火工品不能正常引爆；火工品电阻阻值的增大则会造成控制电流减小，达不到有效工作电流，同样导致火工品不能正常引爆。因此火工品的低压测试对于导弹、运载火箭具有重要的意义。

目前火工品低压测试方法普遍采用电流源的方法，这种测试方法能够测试出火工品的断路故障，不能测试出桥丝阻值的小范围变化，尤其在双桥丝并联使用的情况下，测试单桥丝的故障较为困难。同时每套产品需要现场调整的电路参数较多，测试电路较为繁琐。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种简单、可靠的火工品低压测试电路及测试方法。

本发明的技术解决方案是：一种火工品低压测试电路，包括双桥丝火工品电阻R1、R2、火工品限流电阻R3、R4、检测电阻R5、R6、R7、限流电阻R8、R9；火工品限流电阻R3与双桥丝火工品电阻R1串联，火工品限流电阻R4与双桥丝火工品电阻R2串联，上述两组串联电阻并联后，两端分别分成两路，一路分别通过开关K5、K6接入火工品高压控制回路，另一路分别连接开关K1、K4；开关K2、K3的一端分别接入火工品限流电阻R3与双桥丝火工品电阻R1的公共端、火工品限流电阻R4与双桥丝火工品电阻R2的公共端；开关K2、K3的另一端接仪用放大器A3的一个输入端，仪用放大器A3的另一输入端接入开关K4与检测电阻R7的公共端；开关K4的另一端串联检测电阻R7、限流电阻R8后接测试激励电压；仪用放大器A4接入检测电阻R7的两端；开关K1依次串联检测电阻R5、R6、限流电阻R9后接地，仪用放大器A1、仪用放大器A2的输入端分别并联在检测电阻R6、R5的两端，仪用放大器A1、A2、A3、A4的输出端分别串联一阶滤波器F1、F2、F3、F4，一阶滤波器F3的输出接入比较器D1、D2、D3的一个比较输入端，将一阶滤波器F1、F2、F4的输出接入比较器D1、D2、D3的另一个比较输入端，比较器D1、D2、D3的输出接入CPLD进行信号判决。

一种火工品低压测试方法，步骤如下：

(1)断开火工品高压控制回路，在权利要求1所述的低压测试电路中施加测试激励电压；

(2)将双桥丝火工品电阻R1、R2上的低压差分信号先通过仪用放大器转换为单端输出信号，并放大输出到滤波器，滤波器将信号滤波后输出比较电压Ub；

(3)将检测电阻R5、R6、R7上的低压差分信号放大转换、滤波之后产生三个基准比较电压U0.3、U0.8、U2.0；

(4)通过三个比较器将Ub分别与U0.3、U0.8、U2.0进行比较。

(5)通过比较结果判断当前火工品的状态，具体为：

(5.1)当Ub＜U0.3时，表明双桥丝火工品电阻R1或者R2出现短路现象；

(5.2)当U2.0＞Ub＞U0.8时，表明双桥丝火工品电阻R1或者R2电阻增大，但没有断路现象；

(5.3)当Ub＞U2.0时，表明双桥丝火工品电阻R1或者R2出现断路现象或电阻变大到无法正常工作的程度。

所述的测试激励电压的电压值使该电压在测试电路中产生的电流不大于测试电路的安全测试电流。

本发明与现有技术相比有益效果为：

(1)目前普遍采用的火工品低压测试电路是基于电流源的，电路设计的复杂度较高，实际使用中需要在线调整一些电路参数，使用起来不方便。相比而言，本发明的测试电路简单、可靠，使用的元器件数目少，测试回路不需要注入精确的电流，电路没有需要调整的参数，判决方法简单。

(2)就测试安全性来说，本发明的测试电路很容易将测试回路的电流控制在安全范围以内(小于200mA)。即使测试回路中的任何一个电阻出现短路故障，测试回路中电流都不会大于200mA，提高了测试电路的安全性。

(3)本项目采用基于精密电阻的火工品低压测试方法，测试回路由精密电阻组成，测试精度能够达到0.1Ω。在双桥丝使用情况下，能够判断出桥丝断路、短路、阻值增大等故障。

附图说明

图1为本发明电路图；

图2为本明方法示意图。

具体实施方式

如附图1所示，火工品低压测试电路，是一个由双桥丝火工品电阻R1、R2、火工品限流电阻R3、R4、检测电阻R5、R6、R7(采用精度不低于±0.1％的精密电阻)、限流电阻R8、R9组成的纯阻性电路。开关k5、K6用于隔断火工品高压控制回路，开关K1-K4用于连通低压测试电路。通过仪用放大器分别将双桥丝火工品电阻、检测电阻上产生的低压差分信号放大并转换为单端输出电压信号，然后将4路单端输出电压信号分别进行滤波处理，分别产生火工品比较电压Ub以及三个基准比较电压U0.3、U0.8、U2.0，3个比较器的处理结果输入CPLD(复杂可编程逻辑器件)进行逻辑判断。

整个测试电路是一个串联结构，流过双桥丝火工品电阻(并联桥丝)的电流与流过检测电阻的电流相等，因此通过采样精密检测电阻和双桥丝火工品电阻上的电压并进行比较，可间接反映出双桥丝火工品电阻与检测电阻阻值之间的差异，从而获得双桥丝火工品电阻的变化情况。附图1中的高压控制回路为正常火工品的工作回路，在进行低压测试时，应断开k5、K6开关。在火工品工作状态，应通过断开K1-K4开关，切断低压测试电路。低压测试电路的具体连接关系表述如下：

火工品限流电阻R3与双桥丝火工品电阻R1串联，火工品限流电阻R4与双桥丝火工品电阻R2串联，上述两组串联电阻并联后，两端分别分成两路，一路分别通过开关K5、K6接入火工品高压控制回路，另一路分别连接开关K1、K4；开关K2、K3的一端分别接入火工品限流电阻R3与双桥丝火工品电阻R1的公共端、火工品限流电阻R4与双桥丝火工品电阻R2的公共端；开关K2、K3的另一端接仪用放大器A3的一个输入端，仪用放大器A3的另一输入端接入开关K4与检测电阻R7的公共端；开关K4的另一端串联检测电阻R7、限流电阻R8后接测试激励电压；仪用放大器A4接入检测电阻R7的两端；开关K1依次串联检测电阻R5、R6、限流电阻R9后接地，仪用放大器A1、仪用放大器A2的输入端分别并联在检测电阻R6、R5的两端，仪用放大器A1、A2、A3、A4的输出端分别串联一阶滤波器F1、F2、F3、F4，一阶滤波器F3的输出接入比较器D1、D2、D3的一个比较输入端，将一阶滤波器F1、F2、F4的输出接入比较器D1、D2、D3的另一个比较输入端，比较器D1、D2、D3的输出接入CPLD进行信号判决。

如图2所示，一种基于精密电阻的火工品低压测试方法，步骤如下：

(1)断开火工品高压控制回路，在上述低压测试电路中施加测试激励电压，该测试激励电压的值使该电压在测试电路中产生的电流不大于安全测试电流；例如在测试回路中施加1V的电压激励，在测试回路中产生100mA左右的电流。

(2)将双桥丝火工品电阻R1、R2上的低压差分信号先通过仪用放大器转换为单端输出信号，并放大输出到滤波器，滤波器将信号滤波后输出比较电压Ub；

(3)将检测电阻R5、R6、R7上的低压差分信号放大转换、滤波之后产生三个基准比较电压U0.3、U0.8、U2.0；

(4)通过三个比较器将Ub分别与U0.3、U0.8、U2.0进行比较。

(5)通过比较结果判断当前火工品的状态。

具体如何利用上述低压测试电路及测试方法进行测试可以采用下列步骤：

第一步：确定火工品低压测试的检测项目：

(1)检测出任意一个火工品的断路故障；

(2)检测出任意一个火工品的短路故障；

(3)检测出任意一个火工品的阻值增大一倍以上的故障。

第二步：针对以上测试项目选取相应的精密电阻和相应的限流电阻：

(1)已知条件：目前使用的钝感火工品的阻值为1Ω(附图1中R1、R2)，正常工作时限流电阻为2Ω(附图1中R3、R4)；

(2)当火工品的阻值减小为0.5Ω以下时，即可认为发生短路故障，用于短路检测的精密电阻R5的阻值计算如下：

■先假定并联桥丝的一个火工品R1正常，另一个火工品R2的阻值小于等于0.5Ω，且流过精密电阻R5的电流为I，流过R2的电流为I1，则R2上的电压U2为：

I1×(R2+R4)＝(I-I1)×(R1+R3)＝＞I1＝(3/5.5)×I

U2＝R2×I1＝0.27I

因此可以选取精密电阻R5的阻值为0.3Ω，则R5的电压U5为0.3I。在实际应用中，通过比较U2、U5的大小，如果U5＞U2，则认为火工品R2发生短路故障；

■再假定两个火工品的阻值都小于等于0.5Ω，且流过精密电阻R5的电流为I，流过R2的电流为I1，则R1、R2上的电压U1、U2为：

I1×(R2+R4)＝(I-I1)×(R1+R3)＝＞I1＝(1/2)×I

U1＝U2＝R2×I1＝0.25I＜U5＝0.3I

因此如果检测到U5＞U2和U5＞U1，则认为火工品R1、R2发生短路故障；

(3)当火工品的阻值增大到2Ω以上时，即可认为出现火工品的阻值增大一倍以上的故障，用于检测该故障的精密电阻R6的阻值计算如下：

■先假定并联桥丝的一个火工品R1正常，另一个火工品R2的阻值增大为2Ω，且流过精密电阻R6的电流为I，流过R2的电流为I1，则R2上的电压U2为：

I1×(R2+R4)＝(I-I1)×(R1+R3)＝＞I1＝(3/7)×I

U2＝R2×I1＝0.85I

因此可以选取精密电阻R6的阻值为0.8Ω，则R6的电压U6为0.8I。在实际应用中，通过比较U2、U6的大小，如果U2＞U6，则可以认为火工品R2上发生了阻值增大一倍以上的故障；

■再假定两个火工品的阻值都增大为2Ω，且流过精密电阻R6的电流为I，流过R2的电流为I1，则R1、R2上的电压U1、U2为：

I1×(R2+R4)＝(I-I1)×(R1+R3)＝＞I1＝(1/2)×I

U1＝U2＝R2×I1＝1×I＞U6＝0.8I

因此如果检测到U1＞U6和U2＞U6，则认为火工品R1、R2发生阻值增大一倍以上的故障；

(4)当火工品出现断路故障时，用于检测该故障的精密电阻R7的阻值计算如下：

■先假定并联桥丝的一个火工品R1正常，另一个火工品R2断路，且流过精密电阻R7的电流为I，由于R2断路，则流过R1的电流也为I，则R1、R2上的电压U1、U2为：

U1＝I×R1＝I

U2＝I×(R1+R3)＝3I

因此可以选取精密电阻R7的阻值为2Ω，则R7的电压U7为2I。在实际应用中，比较U1、U2、U7的大小，如果U2＞U7＞U1，则可以认为火工品R2出现了断路故障；

■再假定两个火工品都出现了断路故障，则整个测试回路出现断路，U1、U2的电压等于测试回路的激励电压1V，U7为0V，同时出现U2＞U7和U1＞U7，则可以认为火工品R1、R2出现了断路故障；

第三步：计算测试回路的限流电阻R8、R9的阻值：

(1)已知条件：测试回路的激励电压为1V，测试回路的电流100mA；

(2)在火工品正常的情况下：

$I=\frac{1V}{\{(R1+R3)//(R2+R4)\}+R5+R6+R7+R8+R9}=100\mathrm{mA}$

则有：R8+R9＝5.4Ω

(3)为简化计算，取R8等于R9，即2.7Ω；

(4)当测试回路出现一度故障时，即测试回路中有任意一个电阻出现短路故障时，整个测试回路的电流不大于火工品的安全电流200mA。

第四步：精密电阻和火工品上电压的采样利用高输入阻抗的仪用放大器进行，并通过该放大器将差分小电压信号U1/U2(公用一个仪用放大器)、U5、U6、U7放大10倍分别转换成4个单端输出电压(分别对应Ub、U0.3、U0.8、U2.0)，将单端输出电压滤波之后输出到比较器进行比较，比较结果输入CPLD进行逻辑判决；

第五步：判决方法：

(5.1)当Ub＜U0.3时，表明双桥丝火工品电阻R1或者R2出现短路现象；

(5.2)当U2.0＞Ub＞U0.8时，表明双桥丝火工品电阻R1或者R2电阻增大，但没有断路现象；

(5.3)当Ub＞U2.0时，表明双桥丝火工品电阻R1或者R2出现断路现象或电阻变大到无法正常工作的程度。

具体上述判决过程中具体是R1、R2哪个电阻出现故障，具体可以采用下列方法进一步确认：

a)连通开关K1、K2、K4，先进行火工品R1的状态测试；

b)比较Ub与U0.3、U0.8、U2.0的大小关系：

如果Ub＜U0.3时，火工品R1的阻值减小，可能出现短路现象；

如果U2.0＞Ub＞U0.8时，需要进一步根据火工品R2上的阻值变化情况来确定火工品R1的阻值变化情况：

如果火工品R2的检测结果为Ub不大于U2.0，则可以确定火工品R1的阻值增大一倍以上；

如果火工品R2的检测结果为Ub＞U2.0，此时可以肯定火工品R2出现断路现象或电阻变大一倍以上，火工品R2无法正常工作。此时必须先将火工品R2更换后，再确认火工品R1的测试结果，如果维持U2.0＞Ub＞U0.8，则可以确定火工品R1的阻值增大一倍以上。

c)如果Ub＞U2.0时，火工品R1出现断路现象或电阻变大一倍以上。

d)再进行火工品R2的状态测试，断开K2开关，连通开关K1、K3、K4；

e)比较Ub与U0.3、U0.8、U2.0的大小关系：

如果Ub＜U0.3时，火工品R2的阻值减小，可能出现短路现象；

如果U2.0＞Ub＞U0.8时，需要进一步根据火工品R1上的阻值变化情况来确定火工品R2的阻值变化情况：

如果火工品R1的检测结果为Ub不大于U2.0，则可以确定火工品R2的阻值增大一倍以上；

如果火工品R1的检测结果为Ub＞U2.0，此时可以肯定火工品R1出现断路现象或电阻变大一倍以上，火工品R1无法正常工作。此时必须先将火工品R1更换后，再确认火工品R2的测试结果，如果维持U2.0＞Ub＞U0.8，则可以确定火工品R2的阻值增大一倍以上。

f)如果Ub＞U2.0时，火工品R2出现断路现象或电阻变大一倍以上。

第六步：实际应用中应考虑电缆网的阻值，实际采样电压U1/U2为电缆网和火工品电阻上的电压，因此需要重新计算精密检测电阻值，以及合理的设置判决电平，以便对火工品通路进行准确的判断。方法如下：

(1)假设实际电缆阻值为R，正常火工品电阻为1Ω，正常电阻值为R+1Ω，则判断短路故障的阻值为R+0.5Ω，判断火工品的阻值增大一倍以上的故障的阻值为R+2Ω，依据这些值按照第二步计算出R5、R6、R7；

(2)精密检测电阻选择好之后，同样参照第2步到第5步进行故障判断。

本发明未详细说明部分属于本领域技术人员公知常识。

Claims (3)

1.一种火工品低压测试电路，其特征在于：包括双桥丝火工品电阻R1、R2、火工品限流电阻R3、R4、检测电阻R5、R6、R7、限流电阻R8、R9；火工品限流电阻R3与双桥丝火工品电阻R1串联，火工品限流电阻R4与双桥丝火工品电阻R2串联，上述两组串联电阻并联后，两端分别分成两路，一路分别通过开关K5、K6接入火工品高压控制回路，另一路分别连接开关K1、K4；开关K2、K3的一端分别接入火工品限流电阻R3与双桥丝火工品电阻R1的公共端、火工品限流电阻R4与双桥丝火工品电阻R2的公共端；开关K2、K3的另一端接仪用放大器A3的一个输入端，仪用放大器A3的另一输入端接入开关K4与检测电阻R7的公共端；开关K4的另一端串联检测电阻R7、限流电阻R8后接测试激励电压；仪用放大器A4接入检测电阻R7的两端；开关K1依次串联检测电阻R5、R6、限流电阻R9后接地，仪用放大器A1、仪用放大器A2的输入端分别并联在检测电阻R6、R5的两端，仪用放大器A1、A2、A3、A4的输出端分别串联一阶滤波器F1、F2、F3、F4，一阶滤波器F3的输出接入比较器D1、D2、D3的一个比较输入端，将一阶滤波器F1、F2、F4的输出接入比较器D1、D2、D3的另一个比较输入端，比较器D1、D2、D3的输出接入CPLD进行信号判决。

2.一种火工品低压测试方法，其特征在于步骤如下：

(1)断开火工品高压控制回路，在权利要求1所述的低压测试电路中施加测试激励电压；

(2)将双桥丝火工品电阻R1、R2上的低压差分信号先通过仪用放大器转换为单端输出信号，并放大输出到滤波器，滤波器将信号滤波后输出比较电压Ub；

(3)将检测电阻R5、R6、R7上的低压差分信号放大转换、滤波之后产生三个基准比较电压U0.3、U0.8、U2.0；

(4)通过三个比较器将Ub分别与U0.3、U0.8、U2.0进行比较；

(5)通过比较结果判断当前火工品的状态，具体为：

(5.1)当Ub＜U0.3时，表明双桥丝火工品电阻R1或者R2出现短路现象；

(5.2)当U2.0＞Ub＞U0.8时，表明双桥丝火工品电阻R1或者R2电阻增大，但没有断路现象；

(5.3)当Ub＞U2.0时，表明双桥丝火工品电阻R1或者R2出现断路现象或电阻变大到无法正常工作的程度。

3.根据权利要求2所述的一种火工品低压测试方法，其特征在于：所述的测试激励电压的电压值使该电压在测试电路中产生的电流不大于测试电路的安全测试电流。

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