CN110567613A - 稳恒下电爆装置裸露桥丝光纤测温校准系统与预测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种稳恒下电爆装置裸露桥丝光纤测温校准系统与预测方法，包括电爆装置；所述电爆装置包括引线，及设置于引线中的桥丝，及包裹于桥丝周围的药剂；去除药剂后裸露的所述桥丝分别与光纤测温系统和光纤测温校准系统电连接；所述光纤测温系统包括与裸露的桥丝贴近放置的测温传感器，及与测温传感器通讯连接的光纤测温系统主机，及与光纤测温系统主机电连接的控制测试系统；所述光纤测温校准系统包括用于为裸露的桥丝提供稳定电流的可跟踪直流稳定电源；本发明的稳恒下电爆装置裸露桥丝光纤测温校准系统与预测方法，校准电爆装置在不同注入电流条件对桥丝温升测量结果的影响，实现不同注入电流下裸桥发火温升的有效预测。
Description
技术领域
本发明涉及一种稳恒下电爆装置裸露桥丝光纤测温校准系统与预测方法，属于军用设备技术领域。
背景技术
电爆装置常用于引燃火药、引爆炸药，还可以作为小型驱动装置，用以快速打开阀门、解除保险及火箭间分离等，在常规武器弹药、导弹、核武器及航空航天系统等军事工程中得以广泛应用；它是起爆与点火的最敏感的始发能源，其功能首发性和作用敏感性决定了其在武器系统中的地位和作用，其安全性和可靠性直接影响武器系统的安全性和可靠性。武器装备的高安全性、高可靠性要求电爆装置在强场电磁辐射作用下能够确保安全，电爆装置的电磁辐射敏感性与其实装运用状态密切相关，受装备线度、辐射场强制约，采用传统全电平电磁辐射法进行实装电爆装置效应试验在电磁环境模拟方面遇到了技术瓶颈，等效试验方法应运而生；采用测量电爆装置桥丝感应电流、电压或功率的方法试验评估电爆装置的电磁辐射安全性虽然技术成熟，但测试频率上限受电流驻波分布、趋肤效应影响难以有效拓展，在微波频段难以保证准确性；差模电流注入方法虽然适用频率上限可以达到18GHz，但差模注入装置体积大且为同轴接口，难以用于电爆装置电磁辐射安全性实装测试；光纤测温法符合灼热桥丝式电爆装置发火机理，且桥丝发火温升与电磁波的辐射频率几乎没有关系，测量桥丝温升是解决电爆装置全频段电磁辐射安全性试验评估的有效方法；如何确定不同注入电流对电爆装置桥丝温升测量值的影响规律，建立桥丝温升的校准模型，提出电爆装置强场电磁辐射效应试验评估方法，是亟待解决的关键问题。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出了一种稳恒下电爆装置裸露桥丝光纤测温校准系统与预测方法，校准电爆装置在不同注入电流条件对桥丝温升测量结果的影响，实现不同注入电流下裸桥发火温升的有效预测。
本发明的稳恒下电爆装置裸露桥丝光纤测温校准系统，包括电爆装置；所述电爆装置包括引线，及设置于引线中的桥丝，及包裹于桥丝周围的药剂；去除药剂后裸露的所述桥丝分别与光纤测温系统和光纤测温校准系统电连接；
所述光纤测温系统包括与裸露的桥丝贴近放置的测温传感器，及与测温传感器通讯连接的光纤测温系统主机，及与光纤测温系统主机电连接的控制测试系统；所述光纤测温系统主机上设置有光纤数据采集模块；所述测温传感器通过光纤经光纤数据采集模块与光纤测温系统主机连接；
所述光纤测温校准系统包括用于为裸露的桥丝提供稳定电流的可跟踪直流稳定电源，及与可跟踪直流稳定电源其恒定电流输出端电连接的数字多用表，及与可跟踪直流稳定电源并联的两个计时器；两个所述计时器其电源端分别与可跟踪直流稳定电源其恒定电压输出端电连接；两个所述计时器其电控端分别与桥丝并联至可跟踪直流稳定电源其恒定电流输出端。
进一步地，所述可跟踪直流稳定电源为双路恒压恒流电源。
进一步地，两个所述计时器为时间继电器，且一所述计时器为计时时间为2S的常闭继电器，另一所述计时器为计时时间为12S的常开继电器。
再进一步地，所述常闭继电器和所述常开继电器其线圈分别与可跟踪直流稳定电源其恒定电压输出端电连接；所述常闭继电器其常闭触点及所述常开继电器其常开触点并联后与可跟踪直流稳定电源其恒定电流输出端电连接，常闭继电器在正常状态下处于闭合状态，通过继电器上的计时设置，将常闭继电器设置工作2S后断开；常开继电器在正常状态下处于断开状态，通过继电器上的计时设置，将常开继电器设置工作12S后闭合；可跟踪直流稳定电源为常开继电器和常闭继电器单独提供24V工作电压；常开继电器闭合开关(常开继电器的常开触点)、常闭继电器断开开关(常闭继电器的常闭触点)、以及裸露桥丝三者用导线并联在一起；可跟踪直流稳定电源一路电压输出为常开继电器和常闭继电器提供24V工作电压，另一路电流输出直接作用在常开继电器闭合开关、常闭继电器断开开关、以及裸露桥丝三者并联在一起的两端，从而实现为露桥丝电流注入控制；通过可跟踪直流稳定电源可以直接实现两路信号同时打开或者闭合；刚开始工作时，常闭继电器处于闭合状态，电流直接从常闭继电器闭合开关处流过，其他并联线路没有电流通过；2S后，常闭继电器闭合开关断开，此时电流从裸露桥丝流过，实现为裸露桥丝的电流注入；12S后，常开继电器断开开关闭合，电流从常开继电器闭合开关流过，其他并联线路没有电流通过；实现通过常闭继电器与常开继电器为裸露桥丝电流注入的控制。
本发明的稳恒下电爆装置裸露桥丝光纤测温校准系统的预测方法，包括以下步骤：
步骤一：将光纤测温系统与两个计时器、可跟踪直流稳定电源、数字多用表构建裸露桥丝光纤测温系统校准系统；
步骤二：搭建好校准系统，将裸露桥丝与室温环境同化4小时，不为桥丝注入电流时，测试环境温度T0下裸露桥丝温度为桥丝基准温度；
步骤三：在相同的环境温度T0下，为桥丝注入不同电流下重复步骤一和步骤二，获得裸露桥丝发火温度Ti与注入电流Ii之间的关系模型；
步骤四：利用步骤三得到的裸露桥丝发火温度Ti与注入电流Ii之间的关系模型，实现裸桥发火温升与注入不同电流下的有效预测。
进一步地，所述步骤一的具体操作步骤如下：采用可跟踪直流稳定电源一路输出为两个计时器提供工作电压，一路输出为裸露的桥丝提供稳定电流；两个计时器一路为计时器为设置延时时间为2S的常闭继电器，另一路计时器为设置延时时间为12S的常开继电器，均并联在为裸露桥丝提供电流的可跟踪直流稳定电源上；用数字多用表测量可跟踪直流稳定电源为裸露桥丝提供稳定电流的大小；试验时，在环境温度T0下，对电爆装置开展稳恒下的电流注入试验，用数字多用表测量可跟踪直流稳定电源为裸露桥丝提供稳定电流，当电流达到20mA时，停止电流输出，将数字多用表用裸露桥丝替换，即将数字多用表拆掉，用裸露桥丝替换，当常闭继电器在2S断开后，开始为裸露桥丝注入大小为20mA的电流，开始记录光纤测温系统测试裸露桥丝的温度，12S后常开继电器关闭，此时，停止为裸露桥丝注入电流；将电流步进设置为10mA，按上述步骤为裸露桥丝注入不同电流时，记录光纤测温系统对应的测试值，当注入电流到达100mA停止试验。
再进一步地，电流注入试验中发火激励参数包括电流的幅度、常闭继电器的打开和常开继电器的关闭。
进一步地，所述步骤二的具体操作步骤如下：去除电爆装置内包裹桥丝的药剂，将测温传感器贴近桥丝放置，并将测温传感器与光纤测温试验配置连接，将桥丝测温信号通过光纤传输到光纤测温系统主机上，光纤测温系统主机上安装有光纤数据采集模块，光纤测温系统主机电连接至控制测试系统，保持其他实验条件不变，测试注入不同电流时对应的裸露桥丝温升；选取起步为10mA，最大值为100mA，步进为10mA的裸露桥丝注入电流开展光纤测温系统的校准，确定注入电流对测温结果的影响规律，同时控制步骤二其测试环境温度与步骤一其测试环境温度相同。
进一步地，所述步骤三的具体操作步骤如下：根据电爆装置裸露桥丝温升原理，建立裸露桥丝温度Ti与环境温度T0、注入电流Ii之间的关系模型，依据桥丝温升和输入电流平方值的正比例关系，可得：
Ti-T0∝Ii 2， (1)
进一步得到：
式中，k1为常量；
为确定裸露桥丝温升与注入电流的关系，需要在至少3种不同电流注入下开展试验研究，才能建立三者之间的关系模型；利用不同注入电流Ii+1下测得的裸桥发火温度Ti+1，得到一组环境温度T0、裸桥温度Ti+1的对应电流Ii+1关系数据；根据这组数据，结合公式(2)，定量求解确定常量k1的值，从而建立起裸露桥丝发火温度Ti与环境温度T0、对应电流Ii之间的关系，如下：
进一步地，所述步骤四的具体操作步骤如下：根据公式(3)，给定受试电爆装置所处的其它任意注入电流Ii+1，计算得出其对应的裸露桥丝温度Ti+1，发火温升为Ti+1-T0，从而实现不同注入电流下裸桥发火温升的有效预测，提高了试验方法的工程实用性。
本发明与现有技术相比较，本发明的稳恒下电爆装置裸露桥丝光纤测温校准系统与预测方法，实现裸桥发火温升与注入不同电流下的有效预测，提高以裸桥温升为依据判断稳恒下电爆装置裸露桥丝注入电流的有效预测，为开展武器装备强场电磁辐射安全裕度评估提供可靠依据。
附图说明
图1是本发明的整体结构示意图。
附图中各部件标注为：1-常闭继电器，2-常开继电器，3-可跟踪直流稳定电源，4-数字多用表，5-测温传感器，6-桥丝，7-光纤数据采集模块，8-光纤测温系统主机，9-控制测试系统。
具体实施方式
如图1所示的稳恒下电爆装置裸露桥丝光纤测温校准系统，包括电爆装置；所述电爆装置包括引线，及设置于引线中的桥丝6，及包裹于桥丝6周围的药剂；去除药剂后裸露的所述桥丝6分别与光纤测温系统和光纤测温校准系统电连接；
所述光纤测温系统包括与裸露的桥丝6贴近放置的测温传感器5，及与测温传感器5通讯连接的光纤测温系统主机8，及与光纤测温系统主机8电连接的控制测试系统9；所述光纤测温系统主机8上设置有光纤数据采集模块7；所述测温传感器5通过光纤经光纤数据采集模块7与光纤测温系统主机8连接；
所述光纤测温校准系统包括用于为裸露的桥丝提供稳定电流的可跟踪直流稳定电源3，及与可跟踪直流稳定电源3其恒定电流输出端电连接的数字多用表4，及与可跟踪直流稳定电源3并联的两个计时器；两个所述计时器其电源端分别与可跟踪直流稳定电源3其恒定电压输出端电连接；两个所述计时器其电控端分别与桥丝6并联至可跟踪直流稳定电源3其恒定电流输出端。
所述可跟踪直流稳定电源3为双路恒压恒流电源。
两个所述计时器为时间继电器，且一所述计时器为计时时间为2S的常闭继电器1，另一所述计时器为计时时间为12S的常开继电器2。
所述常闭继电器1和所述常开继电器2其线圈分别与可跟踪直流稳定电源3其恒定电压输出端电连接；所述常闭继电器1其常闭触点及所述常开继电器2其常开触点并联后与可跟踪直流稳定电源3其恒定电流输出端电连接。
本发明的稳恒下电爆装置裸露桥丝光纤测温校准系统的预测方法，包括以下步骤：
步骤一：将光纤测温系统与两个计时器、可跟踪直流稳定电源、数字多用表构建裸露桥丝光纤测温系统校准系统；具体地，采用可跟踪直流稳定电源一路输出为两个计时器提供工作电压，一路输出为裸露的桥丝提供稳定电流；两个计时器一路为计时器为设置延时时间为2S的常闭继电器，另一路计时器为设置延时时间为12S的常开继电器，均并联在为裸露桥丝提供电流的可跟踪直流稳定电源上；用数字多用表测量可跟踪直流稳定电源为裸露桥丝提供稳定电流的大小；试验时，在环境温度T0下，对电爆装置开展稳恒下的电流注入试验，用数字多用表测量可跟踪直流稳定电源为裸露桥丝提供稳定电流，当电流达到20mA时，停止电流输出，将数字多用表用裸露桥丝替换，当常闭继电器在2S断开后，开始为裸露桥丝注入大小为20mA的电流，开始记录光纤测温系统测试裸露桥丝的温度，12S后常开继电器关闭，此时，停止为裸露桥丝注入电流；将电流步进设置为10mA，按上述步骤为裸露桥丝注入不同电流时，记录光纤测温系统对应的测试值，当注入电流到达100mA停止试验；其中，电流注入试验中发火激励参数包括电流的幅度、常闭继电器的打开和常开继电器的关闭；
步骤二：搭建好校准系统，将裸露桥丝与室温环境同化4小时，不为桥丝注入电流时，测试环境温度T0下裸露桥丝温度为桥丝基准温度；具体地，去除电爆装置内包裹桥丝的药剂，将测温传感器贴近桥丝放置，并将测温传感器与光纤测温试验配置连接，将桥丝测温信号通过光纤传输到光纤测温系统主机上，光纤测温系统主机上安装有光纤数据采集模块，光纤测温系统主机电连接至控制测试系统，保持其他实验条件不变，测试注入不同电流时对应的裸露桥丝温升；选取起步为10mA，最大值为100mA，步进为10mA的裸露桥丝注入电流开展光纤测温系统的校准，确定注入电流对测温结果的影响规律，控制步骤二其测试环境温度与步骤一其测试环境温度相同；
步骤三：在相同的环境温度T0下，为桥丝注入不同电流下重复步骤一和步骤二，获得裸露桥丝发火温度Ti与注入电流Ii之间的关系模型；具体地，根据电爆装置裸露桥丝温升原理，建立裸露桥丝温度Ti与环境温度T0、注入电流Ii之间的关系模型，依据桥丝温升和输入电流平方值的正比例关系，可得：
Ti-T0∝Ii 2， (1)
进一步得到：
式中，k1为常量；
为确定裸露桥丝温升与注入电流的关系，需要在至少3种不同电流注入下开展试验研究，才能建立三者之间的关系模型；利用不同注入电流Ii+1下测得的裸桥发火温度Ti+1，得到一组环境温度T0、裸桥温度Ti+1的对应电流Ii+1关系数据；根据这组数据，结合公式(2)，定量求解确定常量k1的值，从而建立起裸露桥丝发火温度Ti与环境温度T0、对应电流Ii之间的关系，如下：
步骤四：利用步骤三得到的裸露桥丝发火温度Ti与注入电流Ii之间的关系模型，实现裸桥发火温升与注入不同电流下的有效预测；具体地，根据公式(3)，给定受试电爆装置所处的其它任意注入电流Ii+1，计算得出其对应的裸露桥丝温度Ti+1，发火温升为Ti+1-T0，从而实现不同注入电流下裸桥发火温升的有效预测，提高了试验方法的工程实用性。
本发明的稳恒下电爆装置裸露桥丝光纤测温校准系统与预测方法，从灼热桥丝式电爆装置发火机理出发，采用光纤测温系统与两个计时器、双路恒压恒流电源、数字多用表构建裸露桥丝光纤测温系统校准系统；搭建好校准系统，将裸露桥丝与室温环境同化4小时，不为桥丝注入电流时，测试环境温度T0下裸露桥丝温度为桥丝基准温度；在相同的环境温度T0下，为桥丝注入不同电流下重复步骤一和步骤二，获得裸露桥丝发火温度Ti与注入电流Ii之间的关系模型；利用步骤三得到的裸露桥丝发火温度Ti与注入电流Ii之间的关系模型，实现裸桥发火温升与注入不同电流下的有效预测，提高以裸桥温升为依据判断稳恒下电爆装置裸露桥丝注入电流的有效预测，为开展武器装备强场电磁辐射安全裕度评估提供可靠依据。
上述实施例，仅是本发明的较佳实施方式，故凡依本发明专利申请范围所述的构造、特征及原理所做的等效变化或修饰，均包括于本发明专利申请范围内。
Claims (10)
1.一种稳恒下电爆装置裸露桥丝光纤测温校准系统，包括电爆装置；所述电爆装置包括引线，及设置于引线中的桥丝，及包裹于桥丝周围的药剂；其特征在于：去除药剂后裸露的所述桥丝分别与光纤测温系统和光纤测温校准系统电连接；
所述光纤测温系统包括与裸露的桥丝贴近放置的测温传感器，及与测温传感器通讯连接的光纤测温系统主机，及与光纤测温系统主机电连接的控制测试系统；所述光纤测温系统主机上设置有光纤数据采集模块；所述测温传感器通过光纤经光纤数据采集模块与光纤测温系统主机连接；
所述光纤测温校准系统包括用于为裸露的桥丝提供稳定电流的可跟踪直流稳定电源，及与可跟踪直流稳定电源其恒定电流输出端电连接的数字多用表，及与可跟踪直流稳定电源并联的两个计时器；两个所述计时器其电源端分别与可跟踪直流稳定电源其恒定电压输出端电连接；两个所述计时器其电控端分别与桥丝并联至可跟踪直流稳定电源其恒定电流输出端。
2.根据权利要求1所述的稳恒下电爆装置裸露桥丝光纤测温校准系统，其特征在于：所述可跟踪直流稳定电源为双路恒压恒流电源。
3.根据权利要求1所述的稳恒下电爆装置裸露桥丝光纤测温校准系统，其特征在于：两个所述计时器为时间继电器，且一所述计时器为延时时间为2S的常闭继电器，另一所述计时器为延时时间为12S的常开继电器。
4.根据权利要求3所述的稳恒下电爆装置裸露桥丝光纤测温校准系统，其特征在于：所述常闭继电器和所述常开继电器其线圈分别与可跟踪直流稳定电源其恒定电压输出端电连接；所述常闭继电器其常闭触点及所述常开继电器其常开触点并联后与可跟踪直流稳定电源其恒定电流输出端电连接。
5.一种稳恒下电爆装置裸露桥丝光纤测温校准系统的预测方法，包括以下步骤：
步骤一：将光纤测温系统与两个计时器、可跟踪直流稳定电源、数字多用表构建裸露桥丝光纤测温系统校准系统；
步骤二：搭建好校准系统，将裸露桥丝与室温环境同化4小时，不为桥丝注入电流时，测试环境温度T0下裸露桥丝温度为桥丝基准温度；
步骤三：在相同的环境温度T0下，为桥丝注入不同电流下重复步骤一和步骤二，获得裸露桥丝发火温度Ti与注入电流Ii之间的关系模型；
步骤四：利用步骤三得到的裸露桥丝发火温度Ti与注入电流Ii之间的关系模型，实现裸桥发火温升与注入不同电流下的有效预测。
6.根据权利要求1所述的稳恒下电爆装置裸露桥丝光纤测温校准系统的预测方法，其特征在于：所述步骤一的具体操作步骤如下：采用可跟踪直流稳定电源一路输出为两个计时器提供工作电压，一路输出为裸露的桥丝提供稳定电流；两个计时器一路为计时器为设置延时时间为2S的常闭继电器，另一路计时器为设置延时时间为12S的常开继电器，均并联在为裸露桥丝提供电流的可跟踪直流稳定电源上；用数字多用表测量可跟踪直流稳定电源为裸露桥丝提供稳定电流的大小；试验时，在环境温度T0下，对电爆装置开展稳恒下的电流注入试验，用数字多用表测量可跟踪直流稳定电源为裸露桥丝提供稳定电流，当电流达到20mA时，停止电流输出，将数字多用表用裸露桥丝替换，当常闭继电器在2S断开后，开始为裸露桥丝注入大小为20mA的电流，开始记录光纤测温系统测试裸露桥丝的温度，12S后常开继电器闭合，此时，停止为裸露桥丝注入电流；将电流步进设置为10mA，按上述步骤为裸露桥丝注入不同电流时，记录光纤测温系统对应的测试值，当注入电流到达100mA停止试验。
7.根据权利要求6所述的稳恒下电爆装置裸露桥丝光纤测温校准系统的预测方法，其特征在于：所述步骤一中的电流注入试验中发火激励参数包括电流的幅度、常闭继电器的打开和常开继电器的关闭。
8.根据权利要求1所述的稳恒下电爆装置裸露桥丝光纤测温校准系统的预测方法，其特征在于：所述步骤二的具体操作步骤如下：去除电爆装置内包裹桥丝的药剂，将测温传感器贴近桥丝放置，并将测温传感器与光纤测温试验配置连接，将桥丝测温信号通过光纤传输到光纤测温系统主机上，光纤测温系统主机上安装有光纤数据采集模块，光纤测温系统主机电连接至控制测试系统，保持其他实验条件不变，测试注入不同电流时对应的裸露桥丝温升；选取起步为10mA，最大值为100mA，步进为10mA的裸露桥丝注入电流开展光纤测温系统的校准，确定注入电流对测温结果的影响规律，同时控制步骤二其测试环境温度与步骤一其测试环境温度相同。
9.根据权利要求1所述的稳恒下电爆装置裸露桥丝光纤测温校准系统的预测方法，其特征在于：所述步骤三的具体操作步骤如下：根据电爆装置裸露桥丝温升原理，建立裸露桥丝温度Ti与环境温度T0、注入电流Ii之间的关系模型，依据桥丝温升和输入电流平方值的正比例关系，可得：
Ti-T0∝Ii 2， (1)
进一步得到：
式中，k1为常量；
为确定裸露桥丝温升与注入电流的关系，需要在至少3种不同电流注入下开展试验研究，才能建立三者之间的关系模型；利用不同注入电流Ii+1下测得的裸桥发火温度Ti+1，得到一组环境温度T0、裸桥温度Ti+1的对应电流Ii+1关系数据；根据这组数据，结合公式(2)，定量求解确定常量k1的值，从而建立起裸露桥丝发火温度Ti与环境温度T0、对应电流Ii之间的关系，如下：
10.根据权利要求1所述的稳恒下电爆装置裸露桥丝光纤测温校准系统的预测方法，其特征在于：所述步骤四的具体操作步骤如下：根据公式(3)，给定受试电爆装置所处的其它任意注入电流Ii+1，计算得出其对应的裸露桥丝温度Ti+1，发火温升为Ti+1-T0，从而实现不同注入电流下裸桥发火温升的有效预测，提高了试验方法的工程实用性。
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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