CN103728487B - 一种电火工品真实射频发火能量测量方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于武器装备技术领域，涉及一种包括下列步骤：接好电火工品真实射频发火能量测量系统；调节同轴阻抗调配器；测量并获得同轴阻抗调配器的射频阻抗值；在输入恒定射频功率的情况和输入变化射频功率的两种情况下，分别采集信号；根据两种采样信号，分别计算得到电火工品的真实射频发火能量。本发明能够为电火工品射频发火能量的准确测定及安全性评估提供技术支撑。
Description
技术领域
本发明属于武器装备技术领域，涉及一种电火工品真实射频发火能量测量方法。该方法可以实时测量输入电火工品的射频功率，计算电火工品的真实射频发火能量，满足电火工品电磁安全性评估的要求。
背景技术
各种大功率无线电发送设备的大量应用，其电磁环境对武器系统产生危害。现在研制的高功率微波武器、电磁炸弹、电磁导弹和核电磁脉冲武器使得空间电磁环境更加恶劣。电火工品是武器及工程系统中实施点火、起爆及各种特定动力能源的必不可少的子系统，又是最危险、最敏感的元件之一，它具有应用的广泛性、功能的首发性、作用的敏感性和不可替代性。电火工品在射频作用下受到两种作用而失效或降低性能：电火工品元器件内部（脚线间的桥丝）受大功率射频作用时产生热积累，出现过热，通常是低电压大电流的作用所致；电火工品元器件内部受高电位作用，产生击穿，元器件局部出现极热，通常是高电压弱电流的作用。
目前国内主要是测量电火工品的射频感度（50%发火的射频功率），为了更加全面地检验电火工品的电磁安全性，还需要测量电火工品的真实射频发火能量，从而分析电火工品的异常发火情况，准确评估电火工品在所处电磁环境中的电磁安全性。
针对电火工品射频发火功率的测量方法有多种，现今应用较多的是测温法和闭路传导法。测温法中，典型的是应用光纤温度传感器测量电火工品桥丝的感应电流。应用光纤温度传感器的测温法有以下优点：（1）响应时间非常快，据有关报道测温系统的响应时间可达20μs；（2）光纤被动、非接触测温，可以不影响被测物体的热特性和电磁特性。其缺点是对芯片的精度要求很高，传感器易受损，同时该方法受光纤在电火工品周围的位置、安装方式等因素的影响，稳定性不太好。基于闭路传导法的电火工品射频发火功率测量方法，依据《GJB5309.13-2004火工品试验方法第13部分：射频感度试验》，利用频率、功率可调的射频源，通过传导的方式，经过阻抗匹配装置，将射频源输出的功率注入电火工品脚线，测定电火工品的射频发火功率，但是由于它没有去除阻抗匹配装置的射频功率损耗，得到的并非注入电火工品的真实射频功率。上述方法还不能实时测量电火工品的真实射频发火能量。
发明内容
本发明要解决的技术问题是克服现有技术的上述不足，提供一种能够安全可靠地测量电火工品真实射频发火能量的方法。本发明可以实时测定输入电火工品的功率值，计算得到电火工品的真实射频发火能量，为电火工品在复杂电磁环境中的安全性评估提供技术支撑。
一种电火工品真实射频发火能量测量方法，采用的电火工品真实射频发火能量测量系统包括射频信号发生器、功率放大器和隔离器等，所述射频信号发生器输出端口与功率放大器和隔离器依次相接，再连接到双定向耦合器的输入端口；双定向耦合器还包括输出端口、入射功率监测端口和反射功率监测端口，入射功率监测端口与第一功率测试通道相连，反射功率监测端口与第二功率测试通道相连，双定向耦合器的输出端口连接到功分器的输入端口；功分器的两个输出端口，第一输出端口连接到同轴阻抗调配器的输入端口，第二输出端口通过第一衰减器（20dB）与第三功率测试通道相连；同轴阻抗调配器的输出端口与同轴转接器（N－50KK）相连，同轴转接器设置有用于与电火工品的脚线连接的电火工品插接端口；电火工品插接端口通过第二衰减器（40dB）与第四功率测试通道的输入端口相连；第三功率测试通道和第四功率测试通道测得的功率信号被送入计算机，该方法包括下列步骤：
（1）接好电火工品真实射频发火能量测量系统，并将电火工品试样的脚线插入同轴转接器的电火工品插接端口，将同轴转接器和电火工品置入防爆装置；
（2）接通射频信号发生器和功率放大器，选定测试频率，调节射频信号发生器和功率放大器使第三功率测试通道的功率值在0.1mW～0.2mW之间，关闭射频信号发生器的输出；
（3）断开功分器的第二输出端口与第三功率测试通道的测试探头之间的连接；
（4）在功分器的第二输出端口与第三功率测试通道的测试探头之间相连和断开的两种情况下，分别接通射频信号发生器和功率放大器，调节同轴阻抗调配器，使第一功率测试通道的功率值与第二功率测试通道的功率值之比均不小于100：1，表明阻抗匹配已调好，关闭射频信号发生器的输出，并从双定向耦合器上卸下第一功率测试通道和第二功率测试通道的测试探头；
（5）断开分别与同轴阻抗调配器的输入端口和输出端口连接的连接线缆，并将其输入端口和输出端口分别连接到矢量网络分析仪的两个测试端口，测量并获得同轴阻抗调配器的射频阻抗值Z1=R+jX；
（6）恢复同轴阻抗调配器与功分器和同轴转接器的连接，恢复功分器的第二输出端口与第三功率测试通道的测试探头之间的连接；
（7）针对输入恒定射频功率的情况：接通射频信号发生器和功率放大器，在某一恒定的射频功率作用下接通一段时间，记录电火工品试样是否发火，如果电火工品发火，则下一发电火工品试验降低一个功率步长进行试验；如果电火工品不发火，则下一发电火工品试验增加一个功率步长进行试验；
（8）针对输入变化射频功率的情况：接通射频信号发生器和功率放大器，在某一恒定的射频功率作用下接通一段时间，记录电火工品试样是否发火，若电火工品未发火，增加射频信号源的输出功率，直到电火工品发火；
（9）设i=1，2…，n为上述的两种情况下的采样序号，Δt为采样时间间隔，第三功率测试通道的测试探头测出功率值序列记为P1,i，第三功率测试通道的测试探头测出的进入电火工品的输入功率监测值记为P2,i，根据公式推算同轴阻抗调配器的射频功率损耗序列Pi（ｉ=1，2…，n），由公式
计算得到电火工品的真实射频发火能量J。
本发明利用频率、功率可调的射频源和功率放大器，采用功率分配技术，通过传导的方式，经过阻抗匹配装置，将射频源输出的功率注入电火工品脚线，同时针对电火工品脚线进行功率监测，实时测量注入电火工品的射频功率，计算电火工品的真实射频发火能量，能够为电火工品射频发火能量的准确测定及安全性评估提供技术支撑。
附图说明
图1是电火工品真实射频发火能量测试系统的组成框图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行说明。参见图1.本发明的电火工品真实射频发火能量测量系统，包括射频信号发生器、功率放大器和隔离器等，射频信号发生器输出端口与功率放大器和隔离器依次相接，再连接到双定向耦合器的输入端口；双定向耦合器还包括输出端口、入射功率监测端口和反射功率监测端口，入射功率监测端口与第一功率测试通道（图中为双通道功率计1的A通道）相连，反射功率监测端口与第二功率测试通道（图中为双通道功率计1的B通道）相连，双定向耦合器的输出端口连接到功分器的输入端口；功分器的两个输出端口，第一输出端口连接到同轴阻抗调配器的输入端口，第二输出端口通过第一衰减器（20dB）与第三功率测试通道（图中为双通道功率计2的A通道）相连；同轴阻抗调配器的输出端口与同轴转接器（N－50KK）相连，同轴转接器设置有用于与电火工品的脚线连接的电火工品插接端口；电火工品插接端口通过第二衰减器（40dB）与第四功率测试通道的输入端口相连（图中为双通道功率计2的B通道）；第三功率测试通道和第四功率测试通道测得的功率信号被送入计算机；本发明的电火工品真实射频发火能量测量系统还包括用于测量同轴阻抗调配器的射频阻抗值的矢量网络分析仪；
利用上述系统进行电火工品真实射频发火能量的测试步骤如下：
（1）按图1连接电火工品射频发火能量测试系统：射频信号发生器输出端口通过同轴线缆与功率放大器的输入端口连接，功率放大器的输出端口通过同轴线缆与隔离器的输入端口连接，隔离器的输出端口通过同轴线缆与双定向耦合器的输入端口连接，双定向耦合器的输出端口通过同轴线缆与功分器的输入端口连接，双定向耦合器的入射功率、反射功率监测端口分别与双通道功率计1的A通道、B通道测试探头连接，功分器的输出端口B通过同轴线缆与同轴调配器输入端口连接，输出端口A通过同轴线缆、20dB衰减器与双通道功率计2的A通道测试探头连接；同轴调配器输出端口通过同轴线缆与N－50KK同轴转接器的同轴端口连接，将电火工品试样的脚线插入N－50KK同轴转接器的电火工品插接端口，使同轴转接器和电火工品进入防爆装置，电火工品的脚线与40dB的衰减器通过带夹具的同轴线缆连接，同轴线缆一端的夹具夹持电火工品的脚线，另一端通过40dB的衰减器、同轴线缆与双通道功率计2的B通道测试探头连接,双通道功率计2通过GPIB线与计算机数据采集与分析系统连接，；
（2）接通所有仪器电源，进行预热和调试；
（3）接通射频信号发生器功率放大器，选定测试频率，调节射频信号发生器和功率放大器使双通道功率计2的A通道的功率值在0.1mW～0.2mW之间，关闭射频信号发生器的输出；
（4）断开功分器输出端口B与双通道功率计2的A通道测试探头之间的连接；
（5）在受试电火工品脚线上夹具与双通道功率计2的B通道测试探头断开与接通两种情况下，接通射频信号发生器功率放大器，调节同轴调配器，使双通道功率计1的A通道的功率值与B通道的功率值之比不小于100：1，表明阻抗匹配已调好，关闭射频信号发生器的输出，并从双定向耦合器上卸下双通道功率计1的测试探头；
（6）对矢量网络分析仪进行校准，断开同轴调配器输入端口的连接线缆，与矢量网络分析仪的测试端口A连接，断开同轴调配器输出端口的连接线缆，与矢量网络分析仪的测试端口B连接，通过测量同轴调配器的S11得到其射频阻抗值Z1=R+jX；
（7）恢复同轴调配器与功分器、同轴转接器的连接，恢复功分器的输出端口B与双通道功率计2的A通道测试探头之间的连接；
（8）针对输入恒定射频功率的情况：接通射频信号发生器和功率放大器，在某一恒定的射频功率作用下接通5s(也可根据需求更改接通时间)，记录电火工品试样是否发火，如果电火工品发火，则下一发电火工品试验降低一个功率步长进行试验；如果电火工品不发火，则下一发电火工品试验增加一个功率步长进行试验。取出N－50KK同轴转接器并用无水酒精和脱脂棉进行擦洗，第二发和以后的每发电火工品的试验按步骤（1）-（8）、（10）进行；
（9）针对输入变化射频功率的情况：接通射频信号发生器和功率放大器，在某一恒定的射频功率作用下接通2s(也可根据需求变化接通时间)，记录电火工品试样是否发火，若电火工品未发火，增加射频信号源的输出功率，直到电火工品发火，取出N－50KK同轴转接器并用无水酒精和脱脂棉进行擦洗，第二发和以后的每发电火工品的试验按步骤（1）-（7）、（9）-（10）进行；
（10）对于（8）、（9）两种情况中发火的电火工品，双通道功率计2的A通道测试探头测出的进入同轴调配器的输入功率值序列记为P1,i（i=1，2…，n），i为采样序列号，双通道功率计2的B通道测试探头测出进入电火工品的输入功率监测值记为P2,i，时间间隔Δt为0.1s，利用计算机数据采集与分析系统实时采集上述功率值，根据公式推算同轴阻抗调配器的射频功率损耗序列Pi，由公式计算得到电火工品的真实射频发火能量J。
Claims (2)
1.一种电火工品真实射频发火能量测量方法，采用的电火工品真实射频发火能量测量系统包括射频信号发生器、功率放大器、隔离器、双定向耦合器、四个功率测试通道、功分器、两个衰减器、同轴转接器和同轴调配器，所述射频信号发生器输出端口与功率放大器和隔离器依次相接，再连接到双定向耦合器的输入端口；双定向耦合器还包括输出端口、入射功率监测端口和反射功率监测端口，入射功率监测端口与第一功率测试通道相连，反射功率监测端口与第二功率测试通道相连，双定向耦合器的输出端口连接到功分器的输入端口；功分器的两个输出端口，第一输出端口连接到同轴阻抗调配器的输入端口，第二输出端口通过第一衰减器与第三功率测试通道相连；同轴阻抗调配器的输出端口与同轴转接器相连，同轴转接器设置有用于与电火工品的脚线连接的电火工品插接端口；电火工品插接端口通过第二衰减器与第四功率测试通道的输入端口相连；第三功率测试通道和第四功率测试通道测得的功率信号被送入计算机，该方法包括下列步骤：
(1)接好电火工品真实射频发火能量测量系统，并将电火工品试样的脚线插入同轴转接器的电火工品插接端口，将同轴转接器和电火工品置入防爆装置；
(2)接通射频信号发生器和功率放大器，选定测试频率，调节射频信号发生器和功率放大器使第三功率测试通道的功率值在0.1mW～0.2mW之间，关闭射频信号发生器的输出；
(3)断开功分器的第二输出端口与第三功率测试通道的测试探头之间的连接；
(4)在功分器的第二输出端口与第三功率测试通道的测试探头之间相连和断开的两种情况下，分别接通射频信号发生器和功率放大器，调节同轴阻抗调配器，使第一功率测试通道的功率值与第二功率测试通道的功率值之比不小于100：1，表明阻抗匹配已调好，关闭射频信号发生器的输出，并从双定向耦合器上卸下第一功率测试通道和第二功率测试通道的测试探头；
(5)断开分别与同轴阻抗调配器的输入端口和输出端口连接的连接线缆，并将其输入端口和输出端口分别连接到矢量网络分析仪的两个测试端口，测量并获得同轴阻抗调配器的射频阻抗值Z1＝R+jX；
(6)恢复同轴阻抗调配器与功分器和同轴转接器的连接，恢复功分器的第二输出端口与第三功率测试通道的测试探头之间的连接；
(7)针对输入恒定射频功率的情况：接通射频信号发生器和功率放大器，在某一恒定的射频功率作用下接通一段时间，记录电火工品试样是否发火，如果电火工品发火，则下一发电火工品试验降低一个功率步长进行试验；如果电火工品不发火，则下一发电火工品试验增加一个功率步长进行试验；
(8)针对输入变化射频功率的情况：接通射频信号发生器和功率放大器，在某一恒定的射频功率作用下接通一段时间，记录电火工品试样是否发火，若电火工品未发火，增加射频信号源的输出功率，直到电火工品发火；
(9)设i＝1，2…，n为上述的两种情况下的采样序号，Δt为采样时间间隔，第三功率测试通道的测试探头测出功率值序列记为P1,i，第三功率测试通道的测试探头测出的进入电火工品的输入功率监测值记为P2,i，根据公式推算同轴阻抗调配器的射频功率损耗序列Pi(i＝1，2…，n)，由公式计算得到电火工品的真实射频发火能量J。
2.根据权利要求1所述的电火工品真实射频发火能量测量方法，其特征在于，所述的第一衰减器为20dB衰减器，所述的第二衰减器为40dB衰减器，所述的同轴转接器为N－50KK同轴转接器。
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