CN112816095B - 电磁脉冲作用下电爆装置发火时桥丝温度测试系统及测试方法 - Google Patents

电磁脉冲作用下电爆装置发火时桥丝温度测试系统及测试方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电磁脉冲作用下电爆装置发火时桥丝温度测试系统及测试方法,所述测试系统包括电磁脉冲源,所述电磁脉冲源用于发出电磁脉冲信号,所述电磁脉冲源的信号输出端与被测试电爆装置或电爆装置去除药剂包裹的被测试桥丝连接;光纤测温系统的测温探头固定在所述电爆装置或所述桥丝上,所述光纤测温系统用于通过温度传感器测试所述电爆装置或所述桥丝的温度。所述测试系统和方法实现了电磁脉冲作用下电爆装置发火时桥丝温度的准确测量。

Description

电磁脉冲作用下电爆装置发火时桥丝温度测试系统及测试 方法
技术领域
本发明涉及电性能的测试装置技术领域,尤其涉及一种电磁脉冲作用下电爆装置发火时桥丝温度测试系统及测试方法。
背景技术
电爆装置是指电起爆器或利用电能起爆、点燃内部所装炸药、推进剂或烟火材料的组件,包括热桥丝电起爆装置、导电药合成雷管、半导体桥式电起爆装置、激光起爆器、爆炸箔起爆器、燃烧丝或熔断保险丝等。电爆装置以电能作为初始激发能,最常见的形式是灼热桥丝式。灼热桥丝式电爆装置,在两电极之间用涂有发火药的镍铬合金丝形成一个桥,电流在桥丝中流动,使桥丝发热,从而引燃点火药,再顺次引燃发射药、引爆主炸药等;为使桥丝发热集中,桥丝焊接后形状一般为V形。
灼热桥丝式电爆装置一般利用桥丝上产生的焦耳热起爆,给定的激励源能否引爆电爆装置取决于激励电流、电压的大小和初级点火药的起爆特性,其实质是桥丝上的温度是否达到发火温度。准确获得电爆装置的发火温度,能够为武器装备电爆装置电磁安全性试验评估提供有效的技术手段。
电爆装置的性能具有较大的分散性且属于一次性作用产品,无法通过试验准确测量其发火温度;电磁脉冲作用下电爆装置发火时桥丝温度测试系统及方法,是亟待解决的关键问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提供一种能够实现电磁脉冲作用下电爆装置发火时桥丝温度的准确测量的测试系统。
为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案是:一种电磁脉冲作用下电爆装置发火时桥丝温度测试系统,其特征在于:包括电磁脉冲源,所述电磁脉冲源用于发出电磁脉冲信号,所述电磁脉冲源的信号输出端与被测试电爆装置或电爆装置去除药剂包裹的被测试桥丝连接;光纤测温系统的测温探头固定在所述电爆装置或所述桥丝上,所述光纤测温系统用于通过温度传感器测试所述电爆装置或所述桥丝的温度。
本发明还公开了一种电磁脉冲作用下电爆装置发火时桥丝温度测试方法,其特征在于包括如下步骤:
第一步,搭建电磁脉冲作用下电爆装置50%发火的试验系统,将受试电爆装置固定在试验保护箱内,连接电磁脉冲源;
第二步,打开电磁脉冲源,固定电磁脉冲源的脉冲频率和脉冲宽度,逐步增加脉冲幅值,观察受试电爆装置是否发火爆炸,记录受试电爆装置发火爆炸时脉冲信号的参数;
第三步,以第二步记录的脉冲信号参数注入到受试电爆装置上,观察电爆装置是否发火;若发火,以等步长D的原则逐步减小受试电爆装置的电磁脉冲注入信号,直到电爆装置不发火;若不发火,则以等步长D的原则逐步增加受试电爆装置的电磁脉冲注入信号,直到电爆装置发火;从第一次出现试验结果发生变化的前一发开始作为有效试验试验并计数,每次试验需要更换一个全新的电爆装置;记录电磁脉冲源的输出参数和电爆装置是否发火,以及试验环境的温度T0
第四步,重复第三步操作,并进行至少25组的有效测试试验;
第五步,对记录的数据进行分析,确定电磁脉冲作用下电爆装置50%发火时电磁脉冲注入的信号参数;
第六步,搭建电磁脉冲作用下电爆装置去除药剂包裹桥丝温度和电磁脉冲信号关系的试验系统,将电磁脉冲源信号输出和电爆装置去除药剂包裹的桥丝连接,光纤测温系统的测温探头固定在去除药剂包裹的电爆装置桥丝上;
第七步,打开电磁脉冲源,电磁脉冲源的脉冲频率和脉冲宽度和第二步设置相同;缓慢增加脉冲幅值,用光纤温升测试系统观察桥丝温升变化,当温升变化达到10℃左右,记录此时的电磁脉冲注入信号的参数和对应的桥丝温升值,停止电磁脉冲信号注入;
第八步,将测试系统在环境温度下同化5分钟后,增加注入信号,观察桥丝温升,记录电磁脉冲注入信号的参数和对应桥丝温升值;
第九步,重复第八步过程,当桥丝温升达到100℃左右,停止试验,对记录的数据进行分析,确定电磁脉冲作用下电爆装置发火时桥丝温度。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:所述系统中电磁脉冲信号直接作用在电爆装置上,通过改变电磁脉冲信号的脉冲幅值,实现电磁脉冲作用下电爆装置的50%发火激励的测试试验;电磁脉冲信号直接作用在去除药剂包裹的电爆装置桥丝上,通过缓慢改变电磁脉冲信号的脉冲幅值,得到电磁脉冲作用下电爆装置桥丝温升和注入电磁脉冲信号幅值的关系模型;结合电磁脉冲作用下电爆装置的50%发火时电磁脉冲信号幅值、电爆装置桥丝温升与电磁脉冲信号幅值关系模型以及测试环境温度,实现了电磁脉冲作用下电爆装置发火时桥丝温度的准确测量。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例所述系统在对电爆装置进行测试时的原理框图;
图2是本发明实施例所述系统在对电爆装置桥丝温度进行测试时的原理框图。
具体实施方式
下面结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
如图1-图2所示,本发明实施例公开了一种电磁脉冲作用下电爆装置发火时桥丝温度测试系统,包括电磁脉冲源,所述电磁脉冲源用于发出电磁脉冲信号,所述电磁脉冲源的信号输出端与被测试电爆装置或电爆装置去除药剂包裹的被测试桥丝连接;光纤测温系统的测温探头固定在所述电爆装置或所述桥丝上,所述光纤测温系统用于通过温度传感器测试所述电爆装置或所述桥丝的温度;所述测试系统还包括温度表,所述温度表用于测试环境温度信息。进一步的,所述系统还包括电爆装置发火试验保护箱,所述电爆装置位于所述保护箱内,通过所述保护箱对所述电爆装置进行保护。
由于外界激励信号特征的不同,桥丝可能在绝热或者热平衡两种条件下升温,在绝热条件下,桥丝产生的热量为:
Figure GDA0003261637880000041
其中,U为脉冲信号电压峰值,D为占空比,R为电爆装置等效阻抗,t0为作用时间;
根据能量守恒定律,这部分热量全部用于桥丝温升,因而有:
Figure GDA0003261637880000042
其中,c、m和ΔT分别为电爆装置桥丝的比热、质量和温升;
由式(2)可以知道,桥丝温升和脉冲信号电压峰值的平方成正比例关系;
在热平衡条件下,桥丝产生的热量除用于桥丝温升外还有一部分传导至外部介质,根据傅里叶定律,桥丝散失的热量Q’正比于垂直于该截面方向上的温度梯度dT/dr和截面面积S,即
Figure GDA0003261637880000043
其中,k为介质的传热系数;
在理想条件下,桥丝温升ΔT与dT/dr间为积分关系,ΔT为桥丝温度与环境间温差,因此可得Q’与ΔT同样成正比关系,即
Q′=k′·ΔT (4)
其中,k’为比例系数;
由式(2)和(4)可知,在热平衡条件下,同样可以得到U2正比于ΔT,即所述桥丝温升和电磁脉冲幅值成正比。
相应的,本发明实施例还公开了一种电磁脉冲作用下电爆装置发火时桥丝温度测试方法,所述方法包括如下步骤:
第一步,搭建电磁脉冲作用下电爆装置50%发火的试验系统,将受试电爆装置固定在试验保护箱内,连接电磁脉冲源;
第二步,打开电磁脉冲源,固定电磁脉冲源的脉冲频率和脉冲宽度,逐步增加脉冲幅值,观察受试电爆装置是否发火爆炸,记录受试电爆装置发火爆炸时脉冲信号的参数;
第三步,以第二步记录的脉冲信号参数注入到受试电爆装置上,观察电爆装置是否发火。若发火,以等步长D的原则逐步减小受试电爆装置的电磁脉冲注入信号,直到电爆装置不发火;若不发火,以等步长D的原则逐步增加受试电爆装置的电磁脉冲注入信号,直到电爆装置发火;从第一次出现试验结果发生变化的前一发开始作为有效试验试验并计数,每次试验需要更换一个全新的电爆装置;记录电磁脉冲源的输出参数和电爆装置是否发火,以及试验环境的温度T0
第四步,重复第三步操作,并进行至少25组的有效测试试验;
第五步,对记录的数据进行分析,确定电磁脉冲作用下电爆装置50%发火时电磁脉冲注入的信号参数。
第六步,搭建电磁脉冲作用下电爆装置去除药剂包裹桥丝温度和电磁脉冲信号关系的试验系统,将电磁脉冲源信号输出和电爆装置去除药剂包裹的桥丝连接,光纤测温系统的测温探头固定在去除药剂包裹的电爆装置桥丝上;
第七步,打开电磁脉冲源,电磁脉冲源的脉冲频率和脉冲宽度和第二步设置相同;缓慢增加脉冲幅值,用光纤温升测试系统观察桥丝温升变化,当温升变化达到10℃左右,记录此时的电磁脉冲注入信号的参数和对应的桥丝温升值,停止电磁脉冲信号注入。
第八步,将测试系统在环境温度下同化5分钟后,增加注入信号,观察桥丝温升,记录电磁脉冲注入信号的参数和对应桥丝温升值。
第九步,重复第八步过程,当桥丝温升达到100℃左右,停止试验。对记录的数据进行分析,确定电磁脉冲作用下电爆装置发火时桥丝温度。
进一步地,所述第五步其具体操作步骤为:桥丝可能在绝热或者热平衡两种条件下,有限试验数据中发火数ni1和不发火数ni0,求出总有效发火数∑ni1和总有效不发火数∑ni0
如果∑ni1≦∑ni0,则取有效试验数为
n=∑ni1,ni=ni1, (5)
如果∑ni1>∑ni0,则取有效试验数为
n=∑ni0,ni=ni0, (6)
计算中间值A的值
A=∑ini, (7)
计算受试电爆装置50%发火时电磁脉冲幅值U50
Figure GDA0003261637880000061
式中,U0为第一次有效试验电磁脉冲幅值;括号中±号的选取原则为:如n由式(5)产生,取-号;如n由式6)产生,取+号;从而实现电磁脉冲作用下电爆装置50%发火时电磁脉冲参数的有效测试。
进一步的,所述步骤八中增加信号注入,为保证试验数据的可靠性,试验数据要均匀分布,不能集中在一起,并且有效试验数据要大于5次。
进一步地,根据所述步骤九具体步骤为:有限试验数据中
Figure GDA0003261637880000062
为n次试验的桥丝温升平均值,
Figure GDA0003261637880000063
为n次试验的电磁脉冲幅值平均值。所述桥丝在绝热或者热平衡两种条件下,电爆装置桥丝升温U2正比于ΔT。得到桥丝发火温度:
Figure GDA0003261637880000071
从而实现电磁脉冲作用下电爆装置发火时桥丝温度的测量。
本发明所述测试系统及方法中电磁脉冲源发出的电磁脉冲信号直接作用在电爆装置上,然后将受试电爆装置固定在试验保护箱内进行测试,实现电磁脉冲下电爆装置的发火激励测试试验;将电爆装置上包裹的药剂去除干净,电磁脉冲源发出的电磁脉冲信号作用在去除药剂包裹的电爆装置上,通过光纤测温系统采集去除药剂包裹的电爆装置上桥丝温度,实现确定电磁脉冲下电爆装置桥丝温升与电磁脉冲参数的关系。在电磁脉冲作用下,通过电爆装置发火时的脉冲幅值,电爆装置桥丝温升与脉冲幅值关系模型,实现了电磁脉冲作用下电爆装置发火时桥丝温度的测试。

Claims (4)

1.一种电磁脉冲作用下电爆装置发火时桥丝温度测试方法,其特征在于:所述测试方法使用桥丝温度测试系统,所述桥丝温度测试系统包括电磁脉冲源,所述电磁脉冲源用于发出电磁脉冲信号,所述电磁脉冲源的信号输出端与被测试电爆装置或电爆装置去除药剂包裹的被测试桥丝连接;光纤测温系统的测温探头固定在所述电爆装置或所述桥丝上,所述光纤测温系统用于通过温度传感器测试所述电爆装置或所述桥丝的温度;所述测试系统还包括温度表,所述温度表用于测试环境温度信息;所述系统还包括电爆装置发火试验保护箱,所述电爆装置位于所述保护箱内;
由于外界激励信号特征的不同,桥丝可能在绝热或者热平衡两种条件下升温,在绝热条件下,桥丝产生的热量为:
Figure FDA0003261637870000011
其中,U为脉冲信号电压峰值,D为占空比,R为电爆装置等效阻抗,t0为作用时间;
根据能量守恒定律,这部分热量全部用于桥丝温升,因而有:
Figure FDA0003261637870000012
其中,c、m和ΔT分别为电爆装置桥丝的比热、质量和温升;
由式(2)可以知道,桥丝温升和脉冲信号电压峰值的平方成正比例关系;
在热平衡条件下,桥丝产生的热量除用于桥丝温升外还有一部分传导至外部介质,根据傅里叶定律,桥丝散失的热量Q’正比于垂直于该截面方向上的温度梯度dT/dr和截面面积S,即
Figure FDA0003261637870000013
其中,k为介质的传热系数;
在理想条件下,桥丝温升ΔT与dT/dr间为积分关系,ΔT为桥丝温度与环境间温差,因此可得Q’与ΔT同样成正比关系,即
Q′=k′·ΔT (4)
其中,k’为比例系数;
由式(2)和(4)可知,在热平衡条件下,同样可以得到U2正比于ΔT,即所述桥丝温升和电磁脉冲幅值成正比;
所述测试方法包括如下步骤:
第一步,搭建电磁脉冲作用下电爆装置50%发火的试验系统,将受试电爆装置固定在试验保护箱内,连接电磁脉冲源;
第二步,打开电磁脉冲源,固定电磁脉冲源的脉冲频率和脉冲宽度,逐步增加脉冲幅值,观察受试电爆装置是否发火爆炸,记录受试电爆装置发火爆炸时脉冲信号的参数;
第三步,以第二步记录的脉冲信号参数注入到受试电爆装置上,观察电爆装置是否发火;若发火,以等步长D的原则逐步减小受试电爆装置的电磁脉冲注入信号,直到电爆装置不发火;若不发火,则以等步长D的原则逐步增加受试电爆装置的电磁脉冲注入信号,直到电爆装置发火;从第一次出现试验结果发生变化的前一发开始作为有效试验试验并计数,每次试验需要更换一个全新的电爆装置;记录电磁脉冲源的输出参数和电爆装置是否发火,以及试验环境的温度T0
第四步,重复第三步操作,并进行至少25组的有效测试试验;
第五步,对记录的数据进行分析,确定电磁脉冲作用下电爆装置50%发火时电磁脉冲注入的信号参数;
第六步,搭建电磁脉冲作用下电爆装置去除药剂包裹桥丝温度和电磁脉冲信号关系的试验系统,将电磁脉冲源信号输出和电爆装置去除药剂包裹的桥丝连接,光纤测温系统的测温探头固定在去除药剂包裹的电爆装置桥丝上;
第七步,打开电磁脉冲源,电磁脉冲源的脉冲频率和脉冲宽度和第二步设置相同;缓慢增加脉冲幅值,用光纤温升测试系统观察桥丝温升变化,当温升变化达到10℃左右,记录此时的电磁脉冲注入信号的参数和对应的桥丝温升值,停止电磁脉冲信号注入;
第八步,将测试系统在环境温度下同化5分钟后,增加注入信号,观察桥丝温升,记录电磁脉冲注入信号的参数和对应桥丝温升值;
第九步,重复第八步过程,当桥丝温升达到100℃左右,停止试验,对记录的数据进行分析,确定电磁脉冲作用下电爆装置发火时桥丝温度。
2.如权利要求1所述的电磁脉冲作用下电爆装置发火时桥丝温度测试方法,其特征在于,所述步骤五具体如下:
桥丝可能在绝热或者热平衡两种条件下,有限试验数据中发火数ni1和不发火数ni0,求出总有效发火数∑ni1和总有效不发火数∑ni0
如果∑ni1≦∑ni0,则取有效试验数为:
n=∑ni1,ni=ni1, (5)
如果∑ni1>∑ni0,则取有效试验数为:
n=∑ni0,ni=ni0, (6)
计算中间值A的值:
A=Σini, (7)
计算受试电爆装置50%发火时电磁脉冲幅值U5
Figure FDA0003261637870000031
式中,U0为第一次有效试验电磁脉冲幅值;括号中±号的选取原则为:如n由式(5)产生,取-号;如n由式6)产生,取+号;
从而实现电磁脉冲作用下电爆装置50%发火时电磁脉冲参数的有效测试。
3.如权利要求1所述的电磁脉冲作用下电爆装置发火时桥丝温度测试方法,其特征在于,所述步骤九具体如下:
所述步骤八步中增加信号注入,为保证试验数据的可靠性,试验数据要均匀分布,不能集中在一起,并且有效试验数据要大于5次。
4.如权利要求2所述的电磁脉冲作用下电爆装置发火时桥丝温度测试方法,其特征在于,所述步骤九具体如下:
有限试验数据中
Figure FDA0003261637870000032
为n次试验的桥丝温升平均值,
Figure FDA0003261637870000033
为n次试验的电磁脉冲幅值平均值所述桥丝在绝热或者热平衡两种条件下,电爆装置桥丝升温U2正比于ΔT,得到桥丝发火温度:
Figure FDA0003261637870000034
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