CN106941251B - 一种用于发控设备的点火电流监测电路 - Google Patents

一种用于发控设备的点火电流监测电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于发控设备的点火电流监测电路，用于发控设备的点火电源所输出的点火电流的监测和控制，包括电磁继电器K1～K3，功率放大器U1，电流传感器U2，三极管P1～P3，以及限流电阻R1～R11；点火电源的正输出端顺次经过K3‑1、COM3‑1、R1、K2‑1、COM2‑1、K1‑1K、COM1‑1连接至发控设备对外接口的a点；点火电源的负输出端顺次通过K3‑2、COM3‑2、K2‑2、COM2‑2、K1‑2K、COM1‑2连接至发控设备对外接口的b点；电流传感器U2感应获得点火电流并输出，U2的电流输出端口1点连接至功率放大器U1的负输入端，2点接地。U1的正输入端与U1的输出端连接后，引入主控制器；将三极管发射极接地，基极接控制信号，集电极通过电阻接V1，同时将线包连接在V1与集电极之间以使得控制信号控制线包的通断电。

Description

一种用于发控设备的点火电流监测电路
技术领域
本发明属于点火控制技术领域，具体涉及一种电流监测电路，尤其是一种用于发控设备的点火电流监测电路。
背景技术
发控设备是完成导弹射前检测和发射控制任务的装置，在射前，能够对弹上各个系统及其总体进行全面的功能检查与状态监视，对弹上惯性器件进行自动加温、装订飞行参数，使导弹处于待命状态。在接到发射指令后，发控设备控制弹上电池转入供电工作状态；当弹上各系统均正常工作的情况下，按下“发射主令”按钮，接通发动机点火电路，实施导弹发射。
国防工业出版社出版的《导弹测试与发射控制技术》中，对导弹实施点火发射描述中提及：实施点火发射是导弹发射控制的一项关键任务。进入点火发射程序后，主要工作内容有激活弹上电池、打开发动机点火保险机构、启动伺服机构、完成电源转换、接通点火电路、点火发射等。在“发射主令”按钮按下后，如果燃气发生器仍然不点火，应终止发射，并立即采取相应措施。
以上设计方法虽然经过型号试验证明了一定的可行性，但存在以下问题：
应用该方法，在导弹发射时，如果不点火，重复按下一次“发射主令”按钮，等待一定时间后若仍不点火，应终止发射，并立即关闭发动机点火保险机构，断开点火电源，进行应急处置。即在该种状态下，当出现发动机点火异常时，仅通过导弹及发动机的外观表象，操作人员是不能对发动机点火异常情况的原因进行判断的，只能依照射前应急情况处理预案的规定，再次按下“发射主令”按钮，如正常点火，则导弹发射正常，继续执行相关控制动作；如果仍不点火，则依照电爆管起爆或者未起爆进行相应的应急情况处理。因为“发射主令”动作后，均为自动时序控制动作，如果不能及时对发动机异常点火情况有较为明确的判断，只能依靠技术指挥判断及应急预案决策，有效处置发生的紧急情况，有可能会对试验任务的结果或效果造成一定影响。
因此，需深入研究适应未来发射点火控制技术发展的可靠、有效的点火状态监测电路。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种用于发控设备的点火电流监测电路，在导弹射前流程中，对发动机点火电流进行实时状态监测。当发控设备判断点火电流出现异常时，及时、自动的进行相应的干预措施，终止发射流程，将对弹上产品的影响或损害降至最低程度。
为了达到上述目的，本发明的技术方案为：该电路包括三个电磁继电器K1、K2和K3，功率放大器U1，电流传感器U2，三个三极管P1、P2和P3，十一个限流电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10和R11；同时，该电路采用正电压信号V1和负电压信号GND作为电磁继电器线包的供电电源，并通过发控设备的主控制器输出的控制信号CTR1、CTR2和CTR3来对电磁继电器线包的供电电路实施通路控制，进而完成点火控制。
所述电磁继电器K1具有线包B1、常开触点K1-1K及其对应公共端COM1-1、常闭触点K1-1B及其对应公共端COM1-1，以及常开触点K1-2K及其对应公共端COM1-2、常闭触点K1-2B及其对应公共端COM1-2；所述电磁继电器K2具有线包B2、常开触点K2-1及其对应公共端COM2-1，以及常开触点K2-2及其对应公共端COM2-2；所述电磁继电器K3具有线包B3、常开触点K3-1及其对应公共端COM3-1，以及常开触点K3-2及其对应公共端COM3-2。
所述功率放大器U1包括正、负输入端以及一个输出端。
该电路的连接关系为：点火电源的正输出端与电磁继电器K3的常开触点K3-1连接，其公共端COM3-1与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与电磁继电器K2的常开触点K2-1连接，其公共端COM2-1与电磁继电器K1的常开触点K1-1K连接，其公共端COM1-1与发控设备对外接口的a点连接；点火电源的正输出端与a点之间形成点火电路的正向控制线路。
点火电源的负输出端与电磁继电器K3的常开触点K3-2连接，其公共端COM3-2与电磁继电器K2的常开触点K2-2连接，其公共端COM2-2与电磁继电器K1的常开触点K1-2K连接，其公共端COM1-2与发控设备对外接口的b点连接；点火电源的负输出端与b点之间形成点火电路的负向控制线路。
所述电流传感器U2感应获得点火电路的正向控制线路的电流并通过电流输出端口进行输出，U2的电流输出端口包括1点和2点；电流传感器U2的1点与电阻R2、电阻R3的一端连接，2点与电阻R2的另一端及GND连接；电阻R3的另一端与功率放大器U1的负输入端连接；电阻R4的一端与功率放大器的正输入端连接，另一端与功率放大器U1的输出端连接后，引入发控设备的主控制器。
正电压信号V1与电阻R5的一端、电磁继电器K1的线包B1的正供电端口连接，电阻R5的另一端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与三极管P1的集电极、电磁继电器K1的线包B1的负供电端口连接，控制信号CTR1与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与三极管P1的基极连接，GND信号与三极管P1的发射极连接。
正电压信号V1与电阻R8的一端、电磁继电器K2的线包B2的正供电端口连接，电阻R8的另一端与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与三极管P2的集电极、电磁继电器K2的线包B2的负供电端口连接，控制信号CTR2与电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端与三极管P2的基极连接，GND信号与三极管P2的发射极连接。
正电压信号V1与电阻R11的一端、电磁继电器K3的线包B3的正供电端口连接，电阻R11的另一端与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与三极管P3的集电极、电磁继电器K3的线包B3的负供电端口连接，控制信号CTR3与电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端与三极管P3的基极连接，GND信号与三极管P3的发射极连接。
进一步地，电流传感器U2为霍尔电流传感器，点火电路的正向控制线路从U2的感应孔中穿过。
进一步地，还包括三个续流二极管L1、L2和L3，其中所述续流二极管L1的阴极与线包B1的正供电端口连接，阳极与线包B1的负供电端口连接；所述续流二极管L2的阴极与线包B2的正供电端口连接，阳极与线包B2的负供电端口连接；所述续流二极管L3的阴极与线包B3的正供电端口连接，阳极与线包B3的负供电端口连接。
进一步地，采用该电路对于发控设备的点火电源所输出的点火电流进行监测和控制的工作过程为：
当不需要对发动机进行点火时，发控设备的主控制器没有输出任何控制信号，即CTR1～CTR3均无信号，三极管P1、P2和P3均截止，则电磁继电器K1、K2和K3的线包B1、B2和B3的工作用电通路全部断开，电磁继电器K1的常开触点K1-1K断开，常闭触点K1-1B闭合，常开触点K1-2K断开，常闭触点K1-2B闭合；电磁继电器K2的常开触点K2-1断开，常开触点K2-2断开；电磁继电器K3的常开触点K3-1断开，常开触点K3-2断开；通过已闭合且连接在一起的常闭触点K1-1B和K1-2B，及发控设备对外接口的a、b点，可为发动机提供常态时的短路保护。
当需要对发动机进行点火时，发控设备的主控制器顺序给出CTR1、CTR2和CTR3信号，三极管P1、P2和P3顺次导通，则电磁继电器K1、K2和K3的线包B1、B2和B3的工作用电通路逐一接通，电磁继电器K1的常开触点K1-1K闭合，常闭触点K1-1B断开，常开触点K1-2K闭合，常闭触点K1-2B断开；电磁继电器K2的常开触点K2-1闭合，常开触点K2-2闭合；电磁继电器K3的常开触点K3-1闭合，常开触点K3-2闭合；点火电源的输出经由已闭合的常开触点K1-1K、K1-2K、K2-1、K2-2、K3-1和K3-2，及发控设备对外接口的a、b点，为发动机提供点火激励。
在点火过程中，电流传感器U2输出电流，在采样电阻R2上形成输出电压U，经功率放大器U1前级的稳压电阻，引入功率放大器U1；功率放大器U1将该输出电压值U输入至主控制器中，主控制器判断该输出电压值，如果该输出电压值U处于预设数值范围之间，则为正常；如果该值与预设数值范围有较大偏差，则主控制器终止控制信号CTR1、CTR2和CTR3的输出，结束点火控制。
有益效果：
(1)本发明能够准确、可靠的完成发动机点火电流状态监测，并在点火电流异常时，运行相关逻辑，执行紧急干预，切断点火控制信号，停止对发动机的点火输出。
(2)本发明在点火控制电路中加入了点火电流监测电路，对点火电流进行实时状态监测。当点火电流出现异常时，及时关断控制信号输出，终止发射流程，将对弹上产品的影响或损害降至最低程度。同时，把异常点火电流数值在发控设备的人机交互界面上进行告警，使操作人员对系统状态有及时、清楚的了解，提高了操作人员对系统状态的掌控能力。
(3)在电路设计上，选用高精度霍尔电流传感器串绕在电路中，进行点火电流取样和准确测量。霍尔传感器为一种磁场感应传感器，其本身测量电路与点火控制电路没有任何交联，不会对点火控制电路带来任何影响，避免了采用其余测量器件后，由于与被控电路交联而带来各种测量误差，进而导致点火电流状态误判现象的发生。
(4)以高可靠的功率放大器为基础，构建点火电流采集电路，仅经过一级射随电路，即可完成点火电流的采样、隔离，大大节省了研制资源。
附图说明
图1是本发明“一种应用于发控设备的点火电流监测电路”的原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
如图1所示，本实施例中的点火电流监测电路，包括三个电磁继电器K1、K2和K3，三个续流二极管L1、L2和L3，功率放大器U1，电流传感器U2，三个三极管P1、P2和P3，十一个限流电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10和R11。
对于电磁继电器来说，其包括多组常开触点和常闭触点，每一个公共端对应一组常开触点和一组常闭触点，此处只需按需求在常规电磁继电器的触点及其公共端上选取即可。
电磁继电器K1具有线包B1、常开触点K1-1K、常闭触点K1-1B及其对应公共端COM1-1、以及常开触点K1-2K、常闭触点K1-2B及其对应公共端COM1-2；电磁继电器K2具有线包B2、常开触点K2-1及其对应公共端COM2-1、以及常开触点K2-2及其对应公共端COM2-2；电磁继电器K3具有线包B3、常开触点K3-1及其对应公共端COM3-1、以及常开触点K3-2及其对应公共端COM3-2。
本实施例中电磁继电器选择贵州航天电器股份有限公司的JZC-078M，续流二极管选择IN4007。功率放大器选择美信公司的OP07，电流传感器选择四川绵阳维博电子有限责任公司的WBI024S97，三极管选择仙童公司的TIP122。电阻R1选四川永兴电子有限公司的0.0012K/2W火工品限流电阻，电阻R2选北京718厂的0.47K/0.5W金属膜电阻，电阻R3选北京718厂的20K/0.25W金属膜电阻，电阻R4选北京718厂的20K/0.25W金属膜电阻，电阻R5、R8、R11选北京718厂的0.47K/0.5W金属膜电阻，电阻R6、R9、R12选北京718厂的0.47K/0.5W金属膜电阻，电阻R7、R10、R13选北京718厂的0.1K/0.25W金属膜电阻。
点火电源的正输出端与电磁继电器K3的常开触点K3-1连接，其公共端COM3-1与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与电磁继电器K2的常开触点K2-1连接，其公共端COM2-1与电磁继电器K1的常开触点K1-1K连接，其公共端COM1-1与发控设备对外接口的a点连接。
点火电源的负输出端与电磁继电器K3的常开触点K3-2连接，其公共端COM3-2与电磁继电器K2的常开触点K2-2连接，其公共端COM2-2与电磁继电器K1的常开触点K1-2K连接，其公共端COM1-2与发控设备对外接口的b点连接。
电流传感器U2的输出1点与电阻R2、电阻R3的一端连接，输出2点与电阻R2的另一端及GND连接，电阻R3的另一端与功率放大器U1的负输入端连接，电阻R4的一端与功率放大器U1的正输入端连接，另一端与功率放大器U1的输出端连接后，引入发控设备的主控制器。
正电压信号V1与电阻R5的一端、电磁继电器K1的线包B1的正供电端口连接，电阻R5的另一端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与三极管P1的C极、电磁继电器K1的线包B1的负供电端口连接，控制信号CTR1与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与三极管P1的B极连接，GND信号与三极管P1的E极连接。
正电压信号V1与电阻R8的一端、电磁继电器K2的线包B2的正供电端口连接，电阻R8的另一端与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与三极管P2的C极、电磁继电器K2的线包B2的负供电端口连接，控制信号CTR2与电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端与三极管P2的B极连接，GND信号与三极管P2的E极连接。
正电压信号V1与电阻R11的一端、电磁继电器K3的线包B3的正供电端口连接，电阻R11的另一端与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与三极管P3的C极、电磁继电器K3的线包B3的负供电端口连接，控制信号CTR3与电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端与三极管P3的B极连接，GND信号与三极管P3的E极连接。
续流二极管L1的阴极与线包B1的正供电端口连接，阳极与线包B1的负供电端口连接；续流二极管L2的阴极与线包B2的正供电端口连接，阳极与线包B2的负供电端口连接；续流二极管L3的阴极与线包B3的正供电端口连接，阳极与线包B3的负供电端口连接。
工作过程：当不需要对发动机进行点火时，发控设备的主控制器不输出任何控制信号，三极管P1、P2和P3均截止，则电磁继电器K1、K2和K3的线包B1、B2和B3的工作用电通路全部断开，电磁继电器K1的常开触点K1-1K断开，常闭触点K1-1B闭合，常开触点K1-2K断开，常闭触点K1-2B闭合；电磁继电器K2的常开触点K2-1断开，常开触点K2-2断开；电磁继电器K3的常开触点K3-1断开，常开触点K3-2断开。由此，通过已闭合且连接在一起的常闭触点K1-1B和K1-2B，及发控设备对外接口的a、b点，可为发动机提供常态时的短路保护。
当发射流程执行至发动机点火时，发控设备的主控制器运行点火控制逻辑，顺序输出CTR1、CTR2和CTR3信号，三极管P1、P2和P3顺次导通，则电磁继电器K1、K2和K3的线包B1、B2和B3的工作用电通路逐一接通，电磁继电器K1的常开触点K1-1K闭合，常闭触点K1-1B断开，常开触点K1-2K闭合，常闭触点K1-2B断开；电磁继电器K2的常开触点K2-1闭合，常开触点K2-2闭合；电磁继电器K3的常开触点K3-1闭合，常开触点K3-2闭合。由此，点火电源的输出经由已闭合的常开触点K1-1K、K1-2K、K2-1、K2-2、K3-1和K3-2，及发控设备对外接口的a、b点，可为发动机提供点火激励。电流传感器为霍尔型传感器，点火电路的正向控制线路从其感应孔中穿过，与点火电路没有任何交联关系。
在发动机的点火过程中，串绕在点火电路中的电流传感器采集点火电流并进行比例变换，以电流形式进行输出，则在采样电阻R2上形成输出电压U，经功率放大器U1前级的稳压电阻，引入功率放大器。由于功率放大器U1的内阻较大，故该电压被射级跟随后，送入发控设备内部的主控CPU进行AD模拟量采集。主控CPU采集判断该电压值，如果与预设数值范围相符，则为正常；如果该值与预设数值有较大偏差，则立即运行相应逻辑程序，不等满足点火时序要求持续的时间，立刻终止CTR1、CTR2和CTR3信号输出，结束点火控制，将对弹上产品的影响或损害降至最低程度，并且将该点火电流数值在发控设备的人机交互界面上进行告警。
综上，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种用于发控设备的点火电流监测电路，用于对发控设备的点火电源所输出的点火电流进行监测，并实施控制，其特征在于，包括三个电磁继电器K1、K2和K3，功率放大器U1，电流传感器U2，三个三极管P1、P2和P3，十三个电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、R12和R13；其中电阻R1为限流电阻，电阻R2～R13均为金属膜电阻；
同时，该电路采用正电压信号V1和负电压信号GND作为电磁继电器线包的供电电源，并通过发控设备的主控制器输出的控制信号CTR1、CTR2和CTR3来对电磁继电器线包的供电电路实施通路控制，进而完成点火控制；
所述电磁继电器K1具有线包B1、常开触点K1-1K及其对应公共端COM1-1、常闭触点K1-1B及其对应公共端COM1-1，以及常开触点K1-2K及其对应公共端COM1-2、常闭触点K1-2B及其对应公共端COM1-2；所述电磁继电器K2具有线包B2、常开触点K2-1及其对应公共端COM2-1、以及常开触点K2-2及其对应公共端COM2-2；所述电磁继电器K3具有线包B3、常开触点K3-1及其对应公共端COM3-1、以及常开触点K3-2及其对应公共端COM3-2；
所述功率放大器U1包括正、负输入端以及一个输出端；
该电路的连接关系为：点火电源的正输出端与电磁继电器K3的常开触点K3-1连接，其公共端COM3-1与电阻R1的一端连接，电阻R1的另一端与电磁继电器K2的常开触点K2-1连接，其公共端COM2-1与电磁继电器K1的常开触点K1-1K连接，其公共端COM1-1与发控设备对外接口的a点连接；点火电源的正输出端与a点之间形成点火电路的正向控制线路；
点火电源的负输出端与电磁继电器K3的常开触点K3-2连接，其公共端COM3-2与电磁继电器K2的常开触点K2-2连接，其公共端COM2-2与电磁继电器K1的常开触点K1-2K连接，其公共端COM1-2与发控设备对外接口的b点连接；点火电源的负输出端与b点之间形成点火电路的负向控制线路；
所述电流传感器U2感应获得点火电路的正向控制线路的电流并通过电流输出端口进行输出，U2的电流输出端口包括1点和2点；电流传感器U2的1点与电阻R2、电阻R3的一端连接，2点与电阻R2的另一端及GND连接；电阻R3的另一端与功率放大器U1的负输入端连接；电阻R4的一端与功率放大器U1的正输入端连接，另一端与功率放大器U1的输出端连接后，引入发控设备的主控制器；
正电压信号V1与电阻R5的一端、电磁继电器K1的线包B1的正供电端口连接，电阻R5的另一端与电阻R6的一端连接，电阻R6的另一端与三极管P1的集电极、电磁继电器K1的线包B1的负供电端口连接，控制信号CTR1与电阻R7的一端连接，电阻R7的另一端与三极管P1的基极连接，GND信号与三极管P1的发射极连接；
正电压信号V1与电阻R8的一端、电磁继电器K2的线包B2的正供电端口连接，电阻R8的另一端与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与三极管P2的集电极、电磁继电器K2的线包B2的负供电端口连接，控制信号CTR2与电阻R10的一端连接，电阻R10的另一端与三极管P2的基极连接，GND信号与三极管P2的发射极连接；
正电压信号V1与电阻R11的一端、电磁继电器K3的线包B3的正供电端口连接，电阻R11的另一端与电阻R12的一端连接，电阻R12的另一端与三极管P3的集电极、电磁继电器K3的线包B3的负供电端口连接，控制信号CTR3与电阻R13的一端连接，电阻R13的另一端与三极管P3的基极连接，GND信号与三极管P3的发射极连接。
2.如权利要求1所述的一种用于发控设备的点火电流监测电路，其特征在于，所述电流传感器U2为霍尔电流传感器，点火电路的正向控制线路从U2的感应孔中穿过。
3.如权利要求1所述的一种用于发控设备的点火电流监测电路，其特征在于，还包括三个续流二极管L1、L2和L3，其中所述续流二极管L1的阴极与线包B1的正供电端口连接，阳极与线包B1的负供电端口连接；所述续流二极管L2的阴极与线包B2的正供电端口连接，阳极与线包B2的负供电端口连接；所述续流二极管L3的阴极与线包B3的正供电端口连接，阳极与线包B3的负供电端口连接。
4.如权利要求1所述的一种用于发控设备的点火电流监测电路，其特征在于，采用该电路对发控设备的点火电源所输出的点火电流进行监测，并实施控制的工作过程为：
当不需要对发动机进行点火时，发控设备的主控制器没有输出任何控制信号，即CTR1～CTR3均无信号，三极管P1、P2和P3均截止，则电磁继电器K1、K2和K3的线包B1、B2和B3的工作用电通路全部断开，电磁继电器K1的常开触点K1-1K断开，常闭触点K1-1B闭合，常开触点K1-2K断开，常闭触点K1-2B闭合；电磁继电器K2的常开触点K2-1断开，常开触点K2-2断开；电磁继电器K3的常开触点K3-1断开，常开触点K3-2断开；通过已闭合且连接在一起的常闭触点K1-1B和K1-2B，及发控设备对外接口的a、b点，可为发动机提供常态时的短路保护；
当需要对发动机进行点火时，发控设备的主控制器顺序给出CTR1、CTR2和CTR3信号，三极管P1、P2和P3顺次导通，则电磁继电器K1、K2和K3的线包B1、B2和B3的工作用电通路逐一接通，电磁继电器K1的常开触点K1-1K闭合，常闭触点K1-1B断开，常开触点K1-2K闭合，常闭触点K1-2B断开；电磁继电器K2的常开触点K2-1闭合，常开触点K2-2闭合；电磁继电器K3的常开触点K3-1闭合，常开触点K3-2闭合；点火电源的输出经由已闭合的常开触点K1-1K、K1-2K、K2-1、K2-2、K3-1和K3-2，及发控设备对外接口的a、b点，为发动机提供点火激励；
在点火过程中，电流传感器U2输出电流，则在采样电阻R2上形成输出电压U，经功率放大器U1前级的稳压电阻，引入功率放大器；功率放大器将该输出电压值U输入至主控制器中，主控制器判断该输出电压值，如果该输出电压值U处于预设数值范围之间，则为正常；如果该值与预设数值范围有较大偏差，则主控制器终止控制信号CTR1、CTR2和CTR3的输出，结束点火控制。
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