CN107449934A - 一种引燃纸燃烧速度检测系统的校准装置及校准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种引燃纸燃烧速度检测系统的校准装置及校准方法，NPN型晶体三极管(17)的集电极引出到接线端B，在接线端B与NPN型晶体三极管(17)的集电极之间串联有第一电阻(15)和第一发光二极管(11)；PNP型晶体三极管(18)的发射极引出到接线端B，在接线端B与PNP型晶体三极管(18)的发射极之间串联有第二电阻(16)和第二发光二极管(12)；NPN型晶体三极管(17)的发射极与PNP型晶体三极管(18)的集电极短接后接到接地端GND；解决了现有技术不能精确设定要校准的时间间隔点，从而造成所校准的点不能覆盖整个量程范围的难题。
Description
技术领域
本发明属于测量仪器校准技术，尤其涉及一种引燃纸燃烧速度检测系统的校准装置及校准方法。
背景技术
引燃纸主要由氯化钡、镉酸钾、锆粉和石棉布等化学材料做成象纸张一样薄的易燃物质，用于热电池中。当被点燃时，发生激烈的化学反应，放出大量热量，激活热电池中的加热系统，使热电池中的电解质温度迅速升高，热电池中的正极和负极之间的隔膜熔化，正极和负极之间的电解质混合，从而产生电能，从正极和负极间输出。
引燃纸燃烧速度检测系统用于测量引燃纸的燃烧速度，它主要由电加热丝1、第一光电接收管7、第二光电接收管6、脉冲整形电路、PLC控制器和计算机等组成。安装第一第二光电接收管的夹具如图1所示：第一光电接收管7、第二光电接收管6安装在孔座5中，上面盖上透明的耐高温的云母片4，引燃纸3安放在云母片4上，上面用金属盖板2盖上。电加热丝1安装在引燃纸的左端并与引燃纸接触，由电加热丝支座8支撑。当给电加热丝通电时，点燃引燃纸使其从左向右燃烧，燃烧产生的光透过云母片，第一光电接收管先接收光信号并将其转换成脉冲信号，引燃纸燃烧速度检测系统开始计时，经过一段时间后，第二光电接收管接收光信号并将其转换成脉冲信号，使引燃纸燃烧速度检测系统停止计时，这样引燃纸燃烧速度检测系统可测出两个脉冲信号间的时间间隔。安装第一光电接收管7、第二光电接收管6的孔的中心孔距可精确测出来，将此中心孔距输入到软件中，引燃纸燃烧速度检测系统的软件根据已知的中心孔距除以时间间隔，就可计算出引燃纸的燃烧速度并显示出来。同时，电脑显示器上还显示测得的时间间隔值。因此，引燃纸燃烧速度测量就变成了时间间隔测量。
目前，典型的引燃纸燃烧速度检测系统的主要技术指标为：孔距：70mm，误差：±0.1mm；时间间隔测量范围：1ms～5s，最大允许误差：±5％；燃烧速度测量范围：14mm/s～70m/s，最大允许误差：±5％。
目前，校准引燃纸燃烧速度检测系统还没有专用的校准装置，现行的校准方法是：将二只示波器探头分别接到第一光电接收管7、第二光电接收管6上，点燃引燃纸，引燃纸燃烧速度检测系统测得的第一光电接收管7、第二光电接收管6的脉冲信号的时间间隔为Ti，示波器测得的时间间隔为T0，则测量误差为ΔT＝Ti－T0，如ΔT在误差内，引燃纸燃烧速度检测系统合格，否则不合格。
通过改变引燃纸的宽度和厚度，使得燃烧速度不同，从而改变要校准的时间间隔。这种校准方法的难点在于：由于引燃纸燃烧速度的随机性，因而不能精确设定要校准的时间间隔点，如1ms、10ms、100ms、1s等，从而造成所校准的点不能覆盖整个量程范围。同时，由于二只示波器探头分别接到二只光电接收管上，示波器的输入阻抗、电信号等将产生干扰，从而不能精确的校准。
发明内容：
本发明要解决的技术问题：提供一种引燃纸燃烧速度检测系统的校准装置及校准方法，以解决现有技术针对引燃纸燃烧速度检测系统的校准存在的由于引燃纸燃烧速度的随机性，因而不能精确设定要校准的时间间隔点，如1ms、10ms、100ms、1s等，从而造成所校准的点不能覆盖整个量程范围等技术问题。
本发明技术方案：
一种引燃纸燃烧速度检测系统的校准装置，它包括NPN型晶体三极管和PNP型晶体三极管，NPN型晶体三极管的集电极引出到接线端B，在接线端B与NPN型晶体三极管的集电极之间串联有第一电阻和第一发光二极管；PNP型晶体三极管的发射极引出到接线端B，在接线端B与PNP型晶体三极管的发射极之间串联有第二电阻和第二发光二极管；NPN型晶体三极管的基极接到接线端A，PNP型晶体三极管的基极接到接线端C；NPN型晶体三极管的发射极与PNP型晶体三极管的集电极短接后接到接地端GND。
第一发光二极管和第二发光二极管安装在夹具的上孔座中；引燃纸燃烧速度检测系统的第一光电接收管和第二光电接收管安装在下孔座中，上孔座与下孔座之间为云母片；第一发光二极管和第二发光二极管的安装孔与第一光电接收管和第二光电接收管的安装孔对称设置。
接线端A、B和C均为BNC型接头。
所述的一种引燃纸燃烧速度检测系统的校准方法，它包括：
步骤1、将B端和GND端连接到直流稳压电源的直流电压输出端和GND端；
步骤2、在A端加入一正的脉冲宽度为T1的单脉冲电压信号，在低电平时，使NPN型晶体三极管截止，在高电平时，使NPN型晶体三极管饱和导通；
步骤3、在C端加入一正的脉冲宽度为T0的单脉冲电压信号，在低电平时，使PNP型晶体三极管饱和导通,在高电平时，使PNP型晶体三极管截止；
步骤4、起始时，加在A端和C端的电压均为低电平，NPN型晶体三极管载止，PNP型晶体三极管饱和导通，第二发光二极管发光，由于第一光电接收管为时间间隔测量的起始点，第二光电接收管为时间间隔测量的终止点，因此引燃纸燃烧速度检测系统并不计时。当A端电压从低电平跳到高电平时，NPN型晶体三极管饱和导通，第一发光二极管正向导通并发光，第一光电接收管接收光后将光信号转换成电脉冲信号，引燃纸燃烧速度检测系统开始计时。同时，C端电压从低电平跳到高电平时，PNP型晶体三极管截止，第二发光二极管截止不发光。经过一段时间T0后，C端电压从高电平跳到低电平，PNP型晶体三极管饱和导通，第二发光二极管正向导通并发光，第二光电接收管接收光后将光信号转换成电脉冲信号，引燃纸燃烧速度检测系统停止计时，从而测出开始计时到停止计时之间的时间间隔；
步骤5、引燃纸燃烧速度检测系统测得的时间间隔为Ti，则时间间隔测量误差为ΔT＝Ti-T0。如引燃纸燃烧速度检测系统测得燃烧速度为νi，第一第二光电接收管的两孔的中心距离为d，则燃烧速度实测值为ν0＝d/T0，燃烧速度测量误差为Δν＝νi-ν0。
本发明的有益效果：
本发明简单可靠，使用方便，通过一个NPN型晶体三极管、一个PNP型晶体三极管、二个发光二极管、二个电阻和一个夹具即可构成整个校准装置。通过采用脉冲电压信号来控制一个NPN型晶体三极管和一个PNP型晶体三极管的饱和导通和截止，使两个发光二极管先后发光，模拟实现引燃纸燃烧产生的起始信号和终止信号，从而实现对引燃纸燃烧速度检测系统的时间间隔测量的校准，本发明解决了现有技术不能精确设定要校准的时间间隔点，从而造成所校准的点不能覆盖整个量程范围的难题。
附图说明：
图1为现有技术光电接收管夹具示意图；
图2为本发明夹具结构示意图；
图3为本发明电路图；
图4为本发明函数/任意波形发生器产生的单脉冲信号电压波形示意图。
具体实施方式：
一种引燃纸燃烧速度检测系统的校准装置，它包括NPN型晶体三极管17和PNP型晶体三极管18，NPN型晶体三极管17的集电极引出到接线端B，在接线端B与NPN型晶体三极管17的集电极之间串联有第一电阻15和第一发光二极管11；PNP型晶体三极管18的发射极引出到接线端B，在接线端B与PNP型晶体三极管18的发射极之间串联有第二电阻16和第二发光二极管12；NPN型晶体三极管17的基极接到接线端A，PNP型晶体三极管18的基极接到接线端C；NPN型晶体三极管17的发射极与PNP型晶体三极管18的集电极短接后接到接地端GND。
第一发光二极管11和第二发光二极管12安装在夹具的上孔座13中；引燃纸燃烧速度检测系统的第一光电接收管7和第二光电接收管6安装在下孔座14中，上孔座13与下孔座14之间为云母片4；第一发光二极管11和第二发光二极管12的安装孔与第一光电接收管7和第二光电接收管6的安装孔对称设置。
接线端A、B和C均为BNC型接头。
所述的一种引燃纸燃烧速度检测系统的校准方法，它包括：
步骤1、将B端和GND端连接到直流稳压电源的直流电压输出端和GND端；
步骤2、在A端加入一正的脉冲宽度为T1的单脉冲电压信号，在低电平时，使NPN型晶体三极管截止，在高电平时，使NPN型晶体三极管饱和导通；
步骤3、在C端加入一正的脉冲宽度为T0的单脉冲电压信号，在低电平时，使PNP型晶体三极管饱和导通,在高电平时，使PNP型晶体三极管截止；
步骤4、起始时，加在A端和C端的电压均为低电平，NPN型晶体三极管载止，PNP型晶体三极管饱和导通，第二发光二极管发光，由于第一光电接收管为时间间隔测量的起始点，第二光电接收管为时间间隔测量的终止点，因此引燃纸燃烧速度检测系统并不计时。当A端电压从低电平跳到高电平时，NPN型晶体三极管饱和导通，第一发光二极管正向导通并发光，第一光电接收管接收光后将光信号转换成电脉冲信号，引燃纸燃烧速度检测系统开始计时。同时，C端电压从低电平跳到高电平，PNP型晶体三极管截止，第二发光二极管截止不发光。经过一段时间T0后，C端电压从高电平跳到低电平，PNP型晶体三极管饱和导通，第二发光二极管正向导通并发光，第二光电接收管接收光后将光信号转换成电脉冲信号，引燃纸燃烧速度检测系统停止计时，从而测出开始计时到停止计时之间的时间间隔；
步骤5、引燃纸燃烧速度检测系统测得的时间间隔为Ti，则时间间隔测量误差为ΔT＝Ti-T0；如引燃纸燃烧速度检测系统测得燃烧速度为νi，第一第二光电接收管的两孔的中心距离为d，则燃烧速度实测值为ν0＝d/T0，燃烧速度测量误差为Δν＝νi-ν0。
本实施例所述低电平为0V，高电平为3.0V～3.3V。
本实施例所述直流稳压电源为INTERLOCK公司生产的IPD-3303SLU型直流稳压电源，其输出电压的正负极分别连到图3的B端和GND端，设置其输出直流电压为12V。
第一电阻和第二电阻取值在500Ω～2kΩ之间，当NPN型晶体三极管和PNP型晶体三极管饱和导通时，起限流作用，保护流过第一发光二极管和第二发光二极管的电流不超过额定值。单脉冲电压信号为函数/任意波形发生器产生，本实施例以美国安捷伦公司生产的33522A型函数/任意波形发生器为例进行说明。33522A型函数/任意波形发生器的CH1和Sync输出端分别用BNC电缆连到图3的A端和C端。以校准时间间隔为1ms点为例，其设置方法为：按前面板上的波形Waveforms键，再按脉冲pulse键，即选择输出波形为脉冲波。按前面板上的波形参数Parameters键，即设置波形参数，分别设置频率Frequency为1kHz，则对应的周期T0＝1ms，幅度Amplitude为3.0Vpp，脉冲宽度Pulse Width为T1＝0.5ms，偏置Offset为1.5V。
按前面板上的脉冲串Burst键，再按#of Cycles键，设置为1Cyc,即设置输出波形为1个脉冲波。则每按一次前面板上的触发Trigger键，则从前面板上的CH1端和Sync端各输出1个脉冲波，如图4所示。其中T0值就是所设置的频率对应的周期1ms。
起始时，CH1端和Sync端输出波形均为0V，NPN型晶体三极管载止，PNP型晶体三极管饱和导通，第二发光二极管发光，由于第一光电接收管为时间间隔测量的起始点，第二光电接收管为时间间隔测量的终止点，所以引燃纸燃烧速度检测系统并不计时。
当CH1端输出波形从0V跳到3.0V时，NPN型晶体三极管饱和导通，第一发光二极管15正向导通并发光，第一光电接收管接收光后将光信号转换成电脉冲信号，引燃纸燃烧速度检测系统开始计时。同时，Sync端输出波形从0V跳到3.3V，PNP型晶体三极管截止，第二发光二极管不发光。经过一个周期时间T0后，Sync端输出波形从3.3V跳到0V时，PNP型晶体三极管饱和导通，第二发光二极管正向导通并发光，第二光电接收管接收光后将光信号转换成电脉冲信号，引燃纸燃烧速度检测系统停止计时，引燃纸燃烧速度检测系统测得的时间间隔为Ti，则时间间隔测量误差为ΔT＝Ti－T0。如引燃纸燃烧速度检测系统测得燃烧速度为νi，安装二只光电接收管的两孔的中心距离为d，则燃烧速度实测值为ν0＝d/T0，燃烧速度测量误差为Δν＝νi-ν0。
主要技术指标：
校准装置用函数/任意波形发生器产生的二路单脉冲电压信号作为标准时间间隔信号，因此，校准装置的主要指标取决于所用函数/任意波形发生器。同时，用外接高精度的参考频标代替函数/任意波形发生器的内部晶振，可大幅提高输出单脉冲信号电压的时间精度。如用33522A型函数/任意波形发生器，输出时间范围在34ns～1ks，间可任意设置，因此能覆盖整个量程范围。
Claims (4)
1.一种引燃纸燃烧速度检测系统的校准装置，它包括NPN型晶体三极管(17)和PNP型晶体三极管(18)，其特征在于：NPN型晶体三极管(17)的集电极引出到接线端B，在接线端B与NPN型晶体三极管(17)的集电极之间串联有第一电阻(15)和第一发光二极管(11)；PNP型晶体三极管(18)的发射极引出到接线端B，在接线端B与PNP型晶体三极管(18)的发射极之间串联有第二电阻(16)和第二发光二极管(12)；NPN型晶体三极管(17)的基极接到接线端A，PNP型晶体三极管(18)的基极接到接线端C；NPN型晶体三极管(17)的发射极与PNP型晶体三极管(18)的集电极短接后接到接地端GND。
2.根据权利要求1所述的一种引燃纸燃烧速度检测系统的校准装置，其特征在于：第一发光二极管(11)和第二发光二极管(12)安装在夹具的上孔座(13)中；引燃纸燃烧速度检测系统的第一光电接收管(7)和第二光电接收管(6)安装在下孔座(14)中，上孔座(13)与下孔座(14)之间为云母片(4)；第一发光二极管(11)和第二发光二极管(12)的安装孔与第一光电接收管(7)和第二光电接收管(6)的安装孔对称设置。
3.根据权利要求1所述的一种引燃纸燃烧速度检测系统的校准装置，其特征在于：接线端A、B和C均为BNC型接头。
4.如权利要求2所述的一种引燃纸燃烧速度检测系统的校准装置的校准方法，它包括：
步骤1、将B端和GND端连接到直流稳压电源的直流电压输出端和GND端；
步骤2、在A端加入一正的脉冲宽度为T1的单脉冲电压信号，在低电平时，使NPN型晶体三极管截止，在高电平时，使NPN型晶体三极管饱和导通；
步骤3、在C端加入一正的脉冲宽度为T0的单脉冲电压信号，在低电平时，使PNP型晶体三极管饱和导通,在高电平时，使PNP型晶体三极管截止；
步骤4、起始时，加在A端和C端的电压均为低电平，NPN型晶体三极管载止，PNP型晶体三极管饱和导通，第二发光二极管发光，由于第一光电接收管为时间间隔测量的起始点，第二光电接收管为时间间隔测量的终止点，因此引燃纸燃烧速度检测系统并不计时；当A端电压从低电平跳到高电平时，NPN型晶体三极管饱和导通，第一发光二极管正向导通并发光，第一光电接收管接收光后将光信号转换成电脉冲信号，引燃纸燃烧速度检测系统开始计时；同时，C端电压从低电平跳到高电平时，PNP型晶体三极管截止，第二发光二极管截止不发光；经过一段时间T0后，C端电压从高电平跳到低电平，PNP型晶体三极管饱和导通，第二发光二极管正向导通并发光，第二光电接收管接收光后将光信号转换成电脉冲信号，引燃纸燃烧速度检测系统停止计时，从而测出开始计时到停止计时之间的时间间隔；
步骤5、引燃纸燃烧速度检测系统测得的时间间隔为Ti，则时间间隔测量误差为ΔT＝Ti-T0；如引燃纸燃烧速度检测系统测得燃烧速度为νi，第一第二光电接收管的两孔的中心距离为d，则燃烧速度实测值为ν0＝d/T0，燃烧速度测量误差为Δν＝νi-ν0。
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