CN104820155A - 一种火工品桥丝测试电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种火工品桥丝测试电路及方法，包括恒流源、电磁继电器触点开关Kh1、电磁继电器触点开关Kh2、N个火工品通路、放大模块、比较器、数模转换器DAC和处理器；第i个火工品通路包括时序控制继电器Kti，限流电阻Ri1、Ri2,火工品桥丝ri1、ri2，测试选择继电器开关Kci1、Kci2，电阻Rsi1、Rsi2，其中i＝1,2,3…，N；通过在线标定确定门限电压值，在发射前对火工品通路进行测试，通过火工品通路实际电压与门限电压进行比较，能够快速准确判断火工品桥丝是否存在断路故障。

Description

一种火工品桥丝测试电路及方法

技术领域

本发明涉及一种火工品桥丝测试电路及方法。

背景技术

运载火箭在飞行过程中通过火工品点火实现级间分离、整流罩分离等动作。使用较广泛的是电起爆钝感火工品。火工品只能一次性使用，其典型故障模式为火工品桥丝断路。为保证火箭飞行的可靠性，需要在火箭发射前检测火工品桥丝电阻，判断是否存在断路故障。

通常火工品安装在运载火箭多个部位，通过电缆与箭上计算机相连，火工品桥丝电阻值约1欧姆，与电缆内阻接近。尤其是为提高可靠性，火工品使用时都采用双桥丝或多桥丝并联冗余，造成整个火工品通路的阻值很难精确计算出合格范围，故难以通过电阻值直接判断，给检测带来不便。传统的检测方法一般是在时序继电器后端接入一个小电流恒流源作为激励，在电缆及火工品桥丝上产生电压，通过测量该电压值可判断是否存在故障。用于判断正常和故障情况的参考门限传统上是通过理论计算，然后以电路或软件形式固化在检测板卡中，不易调整，对不同形式的点火电路或不同批次的产品适应性不强。另外，火工品通常多桥丝并联使用，当其中一路桥丝出现断路故障时，通路阻值变化较小，因而电压变化较小，而理论计算的门限电压准确度不高，容易漏判或误判。

发明内容

本发明所要解决的技术问题为：提高一种火工品桥丝测试电路及方法，能够在运载火箭发射前快速准确判断火工品桥丝是否存在断路故障。

本发明的技术方案为：

一种火工品桥丝测试电路，包括恒流源、电磁继电器触点开关Kh1、电磁继电器触点开关Kh2、N个火工品通路、放大模块、比较器、数模转换器DAC和处理器；第i个火工品通路包括时序控制继电器Kti，限流电阻Ri1、Ri2,火工品桥丝ri1、ri2，测试选择继电器开关Kci1、Kci2，电阻Rsi1、Rsi2，其中i＝1,2,3…，N；恒流源的一端通过电磁继电器触点开关Kh1与时序控制继电器Kti的一端相连；时序控制继电器Kti的另一端分别与两个限流电阻Ri1，Ri2的一端相连，限流电阻Ri1的另一端通过长度为Li的电缆与火工品桥丝ri1的一端相连，限流电阻Ri2的另一端通过长度为Li的电缆与火工品桥丝ri2的一端相连；火工品桥丝ri1、ri2的另一端与电磁继电器触点开关Kh2的一端相连，电磁继电器触点开关Kh2的另一端与恒流源的另一端相连；限流电阻Ri1的另一端通过测试选择继电器开关Kci1与电阻Rsi1的一端相连，电阻Rsi1的另一端与放大模块的输入端相连；限流电阻Ri2的另一端通过测试选择继电器开关Kci2与电阻Rsi2的一端相连，测试电阻Rsi2的另一端与放大模块的正输入端相连；放大模块的输出端与比较器的负输入端相连，比较器的正输入端与数模转换器DAC相连，比较器的输出端与处理器相连；处理器同时与数模转换器DAC相连；

在测试第i个火工品通路时，将电磁继电器触点开关Kh1、Kh2闭合，时序控制继电器Kti闭合，测试选择继电器开关Kci1、Kci2闭合，处理器控制数模转换器DAC输出第i个火工品通路对应的门限电压V_iT，比较器将放大模块输出的电压与门限电压V_iT进行比较确定该个火工品通路是否存在断路故障；当比较器输出的电平为高电平时，判断火工品桥丝没有断路故障；当比较器输出的电平为低电平时，判断火工品桥丝存在断路故障。

对于第i个火工品通路，在线标定门限电压V_iT的方法如下：

(1)确定正常情况下的门限电压V_i1，

使用与待测火工品标称阻值相等的标准电阻代替火工品桥丝ri1、ri2，接通时序控制继电器Kti和测试选择继电器Kci1、Kci2；通过处理器将数模转换器DAC的输出值设置为最大值，保证比较器输出的电平为高电平；按照固定的步长降低数模转换器DAC的输出值；通过处理器采样比较器输出的电平，当比较器输出的电平变为高电平时，继续按照固定的步长降低数模转换器DAC的输出值直至当比较器输出的电平变为低电平时，将此时数模转换器DAC的输出值作为正常情况下的门限电压V_i1；

(2)将代替火工品桥丝ri1、ri2的标准电阻中的一个断开，然后按照步骤(1)的方法获得存在一路桥丝断路故障情况下下的门限电压V_i2；

(3)根据公式V_iT＝(V_i1+V_i2)*0.5确定第i个火工品通路对应的门限电压V_iT。

利用上述的火工品桥丝测试电路进行测试的方法，包括如下步骤：

(一)在线标定每个火工品通路对应的门限电压并存入处理器，第i个火工品通路的门限电压V_iT的确定方法如下V_iT，i＝1,2,3…，N；

(1)确定正常情况下的门限电压V_i1，

使用与待测火工品标称阻值相等的标准电阻代替火工品桥丝ri1、ri2，接通时序控制继电器Kti和测试选择继电器Kci1、Kci2；通过处理器将数模转换器DAC的输出值设置为最大值，保证比较器输出的电平为高电平；按照固定的步长降低数模转换器DAC的输出值；通过处理器采样比较器输出的电平，当比较器输出的电平变为高电平时，继续按照固定的步长降低数模转换器DAC的输出值直至当比较器输出的电平变为低电平时，将此时数模转换器DAC的输出值作为正常情况下的门限电压V_i1；

(2)将代替火工品桥丝ri1、ri2的标准电阻中的一个断开，模拟单路火工品桥丝断路的情况，然后按照步骤(1)的方法获得存在一路桥丝断路故障情况下的门限电压V_i2；

(3)根据公式V_iT＝(V_i1+V_i2)*0.5确定第i个火工品通路对应的的门限电压V_iT；

(二)测试每个火工品通路是否存在断路故障；

在测试第i个火工品通路时，将电磁继电器触点开关Kh1、Kh2闭合，时序控制继电器Kti闭合，测试选择继电器开关Kci1、Kci2闭合，处理器控制数模转换器DAC输出第i个火工品通路对应的门限电压V_iT，比较器将放大模块输出的电压与门限电压V_iT进行比较确定该火工品通路是否存在断路故障；当比较器输出的电平为高电平时，判断火工品桥丝没有断路故障；当比较器输出的电平为低电平时，判断火工品桥丝存在断路故障。

本发明与现有技术相比的优点在于：通过标定确定的门限电压值包含了恒流源在火工品桥丝及实际电缆内阻上产生的实测电压，比理论计算的结果更加准确。使用正常测试电压值和单路火工品桥丝断路情况下的电压值的平均值作为判别门限，能保证在识别出单路桥丝断路的故障的前提下保留足够余量，能避免出现漏判和误判的情况，提高测试的有效性。在发射前对火工品通路进行测试，通过火工品通路实际电压与判别门限进行比较，能够快速准确判断火工品桥丝是否存在断路故障。

附图说明

图1为本发明火工品桥丝测试电路示意图；

图2为正常状态下标定门限电压的等效测试电路；

图3为单路火工品桥丝断路情况下标定门限电压的等效测试电路；

图4为火工品通路门限电压的在线标定流程图。

具体实施方式

如图1所示，本发明的一种火工品桥丝测试电路，包括恒流源、电磁继电器触点开关Kh1、电磁继电器触点开关Kh2、N个火工品通路、放大模块、比较器、数模转换器DAC和处理器；第i个火工品通路包括时序控制继电器Kti，限流电阻Ri1、Ri2,火工品桥丝ri1、ri2，测试选择继电器开关Kci1、Kci2，电阻Rsi1、Rsi2，其中i＝1,2,3…，N；恒流源的一端通过电磁继电器触点开关Kh1与时序控制继电器Kti的一端相连；时序控制继电器Kti的另一端分别与两个限流电阻Ri1，Ri2的一端相连，限流电阻Ri1的另一端通过长度为Li的电缆与火工品桥丝ri1的一端相连，限流电阻Ri2的另一端通过长度为Li的电缆与火工品桥丝ri2的一端相连；火工品桥丝ri1、ri2的另一端与电磁继电器触点开关Kh2的一端相连，电磁继电器触点开关Kh2的另一端与恒流源的另一端相连；限流电阻Ri1的另一端通过测试选择继电器开关Kci1与电阻Rsi1的一端相连，电阻Rsi1的另一端与放大模块的输入端相连；限流电阻Ri2的另一端通过测试选择继电器开关Kci2与电阻Rsi2的一端相连，测试电阻Rsi2的另一端与放大模块的正输入端相连；放大模块的输出端与比较器的负输入端相连，比较器的正输入端与数模转换器DAC相连，比较器的输出端与处理器相连；处理器同时与数模转换器DAC相连。

在测试第i个火工品通路时，火工品供电母线不加电，将电磁继电器触点开关Kh1、Kh2闭合，时序控制继电器Kti闭合，恒流源输出的电流流经火工品通路；测试选择继电器开关Kci1、Kci2闭合，处理器控制数模转换器DAC输出第i个火工品通路对应的门限电压V_iT，比较器将放大模块输出的电压与门限电压V_iT进行比较确定该个火工品通路是否存在断路故障；当比较器输出的电平为高电平时，判断火工品桥丝没有断路故障；当比较器输出的电平为低电平时，判断火工品桥丝存在断路故障。

同时，火工品供电母线的正极与时序控制继电器Kti的一端相连，火工品供电母线负极与火工品桥丝相连，在完成火工品桥丝测试后，将电磁继电器触点开关Kh1、Kh2断开，测试选择继电器开关Kci1、Kci2断开，火工品供电母线加电后即可给火工品通路供电，通过处理器控制时序控制继电器Kti实现相应路火工品的起爆，完成相应的火箭飞行时序动作。

放大模块包括运算放大器、电阻RF1和RF2，运算放大器的正输入端作为放大模块的输入端，运算放大器的负输入端分别与电阻RF1、RF2的一端相连，电阻RF1的另一端接地，电阻RF2的另一端作为放大模块的输出端。

通过检测点设置在各路火工品限流电阻后端，每组火工品时序均设置一个检测点，通过测试选择继电器(如Kc1等)接入后续放大器及比较器电路。恒流源输出电流小于1A,最佳为90mA。火工品测试时，通过时序控制继电器选择发送哪一路时序，通过测试选择继电器选择对哪一组火工品进行测试，仅当对应的时序控制继电器与测试选择继电器指令正确发送，才能确定对特定某路时序及通路进行测试。

本发明的火工品桥丝检测方法，其步骤如下：

(一)在线标定每个火工品通路对应的门限电压并存入处理器，第i个火工品通路的门限电压V_iT的确定方法如下V_iT，i＝1,2,3…，N：

(1)确定正常情况下的门限电压V_i1。

使用与火工品标称阻值相等的标准电阻Rt代替火工品桥丝接入火工品通路，接通时序控制继电器Kti和测试选择继电器Kci1、Kci2；如图4所示，通过处理器将DAC输出值设置为最大值(例如V_T＝9V，需事先根据放大器放大倍数计算放大器最大输出电压，保证V_T的最大值大于放大器最大输出电压)，接通对应的时序控制继电器Kti和测试选择继电器Kci，此时比较器输出为高电平。

将DAC输出降低0.1V(可根据精度需要调整步长)，延时稳定后读比较器输出，如果比较器输出为高电平，则将DAC输出降低0.1V，读比较器输出；循环执行上述过程，直至读到比较器输出为低电平，记录当前DAC输出值，作为正常情况下的门限电压V_i1。

火工品测试等效器电路如图2所示，恒流源输出电流在电缆内阻、火工品桥丝电阻产生压降，检测点A、B处电压经放大模块后进入比较器反向端，当比较器同相端电压V_T逐渐降低过程中，总会出现比较器反转输出低电平的情况，此时的V_T即为V_T1。显然，正常状态下放大器输出电压接近V_T1。不同火工品通路的电缆长度不同，产生的电缆内阻不同，因此需要对每个通路分别进行门限电压标定。

(2)将代替火工品桥丝ri1、ri2的标准电阻中的一个断开，模拟单路火工品桥丝断路的情况，然后按照步骤(1)的方法获得存在一路桥丝断路故障情况下的门限电压V_i2。

从图2和图3可见，当系统中火工品桥丝产生断路故障时，恒流源电流仅通过正常的火工品桥丝和限流电阻、电缆组成的通路，因通路总电阻增大，电压必然增大，检测点A和检测点B处的电压值都会上升，导致放大器输出电压上升，必然出现V_T1>V_T2；。

(3)根据公式V_iT＝(V_i1+V_i2)*0.5确定第i个火工品通路对应的的门限电压V_iT；将测试门限电压V_iT存入处理器。

(二)测试每个火工品桥丝是否存在断路故障。

在测试第i个火工品通路时，将电磁继电器触点开关Kh1、Kh2闭合，时序控制继电器Kti闭合，测试选择继电器开关Kci1、Kci2闭合，处理器控制数模转换器DAC输出第i个火工品通路对应的门限电压V_iT，比较器将放大模块输出的电压与门限电压V_iT进行比较确定该火工品通路是否存在断路故障；当比较器输出的电平为高电平时，判断火工品桥丝没有断路故障；当比较器输出的电平为低电平时，判断火工品桥丝存在断路故障。

本发明未详细阐述部分属于本领域公知技术。

Claims (3)

1.一种火工品桥丝测试电路，其特征在于，包括恒流源、电磁继电器触点开关Kh1、电磁继电器触点开关Kh2、N个火工品通路、放大模块、比较器、数模转换器DAC和处理器；第i个火工品通路包括时序控制继电器Kti，限流电阻Ri1、Ri2,火工品桥丝ri1、ri2，测试选择继电器开关Kci1、Kci2，电阻Rsi1、Rsi2，其中i＝1,2,3…，N；恒流源的一端通过电磁继电器触点开关Kh1与时序控制继电器Kti的一端相连；时序控制继电器Kti的另一端分别与两个限流电阻Ri1，Ri2的一端相连，限流电阻Ri1的另一端通过长度为Li的电缆与火工品桥丝ri1的一端相连，限流电阻Ri2的另一端通过长度为Li的电缆与火工品桥丝ri2的一端相连；火工品桥丝ri1、ri2的另一端与电磁继电器触点开关Kh2的一端相连，电磁继电器触点开关Kh2的另一端与恒流源的另一端相连；限流电阻Ri1的另一端通过测试选择继电器开关Kci1与电阻Rsi1的一端相连，电阻Rsi1的另一端与放大模块的输入端相连；限流电阻Ri2的另一端通过测试选择继电器开关Kci2与电阻Rsi2的一端相连，测试电阻Rsi2的另一端与放大模块的正输入端相连；放大模块的输出端与比较器的负输入端相连，比较器的正输入端与数模转换器DAC相连，比较器的输出端与处理器相连；处理器同时与数模转换器DAC相连；

在测试第i个火工品通路时，将电磁继电器触点开关Kh1、Kh2闭合，时序控制继电器Kti闭合，测试选择继电器开关Kci1、Kci2闭合，处理器控制数模转换器DAC输出第i个火工品通路对应的门限电压V_iT，比较器将放大模块输出的电压与门限电压V_iT进行比较确定该个火工品通路是否存在断路故障；当比较器输出的电平为高电平时，判断火工品桥丝没有断路故障；当比较器输出的电平为低电平时，判断火工品桥丝存在断路故障。

2.根据权利要求1所述的火工品桥丝测试电路，其特征在于，对于第i个火工品通路，在线标定门限电压V_iT的方法如下：

(1)确定正常情况下的门限电压V_i1，

使用与待测火工品标称阻值相等的标准电阻代替火工品桥丝ri1、ri2，接通时序控制继电器Kti和测试选择继电器Kci1、Kci2；通过处理器将数模转换器DAC的输出值设置为最大值，保证比较器输出的电平为高电平；按照固定的步长降低数模转换器DAC的输出值；通过处理器采样比较器输出的电平，当比较器输出的电平变为高电平时，继续按照固定的步长降低数模转换器DAC的输出值直至当比较器输出的电平变为低电平时，将此时数模转换器DAC的输出值作为正常情况下的门限电压V_i1；

(2)将代替火工品桥丝ri1、ri2的标准电阻中的一个断开，然后按照步骤(1)的方法获得存在一路桥丝断路故障情况下下的门限电压V_i2；

(3)根据公式V_iT＝(V_i1+V_i2)*0.5确定第i个火工品通路对应的门限电压V_iT。

3.利用权利要求1所述的火工品桥丝测试电路进行测试的方法，其特征在于，包括如下步骤：

(一)在线标定每个火工品通路对应的门限电压并存入处理器，第i个火工品通路的门限电压V_iT的确定方法如下V_iT，i＝1,2,3…，N；

(1)确定正常情况下的门限电压V_i1，

使用与待测火工品标称阻值相等的标准电阻代替火工品桥丝ri1、ri2，接通时序控制继电器Kti和测试选择继电器Kci1、Kci2；通过处理器将数模转换器DAC的输出值设置为最大值，保证比较器输出的电平为高电平；按照固定的步长降低数模转换器DAC的输出值；通过处理器采样比较器输出的电平，当比较器输出的电平变为高电平时，继续按照固定的步长降低数模转换器DAC的输出值直至当比较器输出的电平变为低电平时，将此时数模转换器DAC的输出值作为正常情况下的门限电压V_i1；

(2)将代替火工品桥丝ri1、ri2的标准电阻中的一个断开模拟单路火工品桥丝断路的情况，然后按照步骤(1)的方法获得存在一路桥丝断路故障情况下的门限电压V_i2；

(3)根据公式V_iT＝(V_i1+V_i2)*0.5确定第i个火工品通路对应的的门限电压V_iT；

(二)测试每个火工品通路是否存在断路故障；

在测试第i个火工品通路时，将电磁继电器触点开关Kh1、Kh2闭合，时序控制继电器Kti闭合，测试选择继电器开关Kci1、Kci2闭合，处理器控制数模转换器DAC输出第i个火工品通路对应的门限电压V_iT，比较器将放大模块输出的电压与门限电压V_iT进行比较确定该火工品通路是否存在断路故障；当比较器输出的电平为高电平时，判断火工品桥丝没有断路故障；当比较器输出的电平为低电平时，判断火工品桥丝存在断路故障。