CN112924800B - 电压连续可调式电爆炸箔伏安特性测试装置及充放电方法 - Google Patents

电压连续可调式电爆炸箔伏安特性测试装置及充放电方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及冲击片雷管电爆炸箔伏安特性测试装置，具体是一种电压连续可调式电爆炸箔伏安特性测试装置及充放电方法。本发明解决了传统的冲击片雷管电爆炸箔伏安特性测试装置无法实现小型化、使用经济性差、适用范围受限的问题。电压连续可调式电爆炸箔伏安特性测试装置，包括主电路、控制电路、信号发生器；所述主电路包括变压器、场效应管、继电器、第一光耦、第二光耦、二极管、第一至第五电容、第一至第八电阻；变压器为反激变压器；继电器为高压干簧管继电器；第五电容为高压电容；第五电阻为可调电阻。本发明适用于电爆炸箔的电爆性能试验。

Description

电压连续可调式电爆炸箔伏安特性测试装置及充放电方法
技术领域
本发明涉及冲击片雷管电爆炸箔伏安特性测试装置，具体是一种电压连续可调式电爆炸箔伏安特性测试装置及充放电方法。
背景技术
电爆炸箔是冲击片雷管的关键部件，其电爆性能的好坏直接关系到冲击片雷管的可靠性和安全性。在进行电爆炸箔的电爆性能试验时，需要采用伏安特性测试装置进行充放电（先对高压电容进行充电，再控制高压电容对电爆炸箔进行放电），由此使得电爆炸箔起爆。传统的伏安特性测试装置主要包括两种：第一种伏安特性测试装置先采用高压直流电源对高压电容进行充电，再采用高压空气开关控制高压电容对电爆炸箔进行放电。此种装置由于采用了体积庞大且成本高昂的高压直流电源和高压空气开关，导致无法实现小型化，且使用经济性差。第二种伏安特性测试装置先采用脉冲变压器对高压电容进行充电，再采用场效应管控制高压电容对电爆炸箔进行放电。此种装置一方面无法调节充放电电压，导致充放电电压无法匹配不同起爆电压的电爆炸箔，另一方面受限于场效应管的耐压值和导通内阻，导致充放电电压的上限值较低（当场效应管的耐压值大于1700V时，场效应管的导通内阻远远大于电爆炸箔的内阻，由此导致场效应管分压过大，从而导致电爆炸箔无法起爆。因此，充放电电压的上限值仅为1700V），由此导致适用范围受限。基于此，有必要发明一种电压连续可调式电爆炸箔伏安特性测试装置及充放电方法，以解决传统的冲击片雷管电爆炸箔伏安特性测试装置无法实现小型化、使用经济性差、适用范围受限的问题。
发明内容
本发明为了解决传统的冲击片雷管电爆炸箔伏安特性测试装置无法实现小型化、使用经济性差、适用范围受限的问题，提供了一种电压连续可调式电爆炸箔伏安特性测试装置及充放电方法。
本发明是采用如下技术方案实现的：
电压连续可调式电爆炸箔伏安特性测试装置，包括主电路、控制电路、信号发生器；
所述主电路包括变压器、场效应管、继电器、第一光耦、第二光耦、二极管、第一至第五电容、第一至第八电阻；
变压器为反激变压器；继电器为高压干簧管继电器；第五电容为高压电容；第五电阻为可调电阻；
变压器的原边线圈的首端一方面与12V电源端连接，另一方面通过由第一至第三电容并接而成的并联支路接地；变压器的原边线圈的末端与场效应管的漏极连接；场效应管的源极接地；第一电阻的一端作为充电触发端，另一端与第一光耦的正输入端连接；第一光耦的负输入端接地；第一光耦的输出端一方面通过第二电阻与场效应管的栅极连接，另一方面依次通过第二电阻、第三电阻接地；第一光耦的供电端与12V电源端连接；第一光耦的公共端接地；
变压器的副边线圈的首端接地；变压器的副边线圈的末端与二极管的阳极连接；二极管的阴极一方面作为正测试端，另一方面通过第五电容接地；第四电阻的一端与二极管的阴极连接，另一端作为反馈端；反馈端通过由第四电容和第五电阻并接而成的并联支路接地；
继电器的常开触点的一端作为负测试端，另一端接地；第六电阻的一端作为放电触发端，另一端与第二光耦的正输入端连接；第二光耦的负输入端接地；第二光耦的输出端一方面通过第七电阻与继电器的线圈的首端连接，另一方面依次通过第七电阻、第八电阻接地；继电器的线圈的末端接地；
所述控制电路包括电压比较器、与门、电感、第六至第八电容、第九至第十三电阻；
电压比较器的负输入端一方面通过电感与反馈端连接，另一方面通过第六电容接地；电压比较器的正输入端一方面通过第九电阻与5V电源端连接，另一方面通过由第十电阻和第七电容并接而成的并联支路接地；电压比较器的输出端一方面与与门的第一输入端连接，另一方面通过第十一电阻与5V电源端连接；电压比较器的供电端与5V电源端连接；电压比较器的公共端接地；与门的第二输入端一方面作为信号端，另一方面通过第十二电阻与5V电源端连接；与门的输出端一方面与充电触发端连接，另一方面通过第十三电阻接地；与门的供电端一方面与5V电源端连接，另一方面通过第八电容接地；与门的公共端接地；
信号发生器的输出端与信号端连接。
电压连续可调式电爆炸箔充放电方法（该方法是基于本发明所述的电压连续可调式电爆炸箔伏安特性测试装置实现的），该方法是采用如下步骤实现的：
将电爆炸箔的一端与正测试端连接，另一端与负测试端连接；
充电过程如下：
信号发生器输出PWM信号，PWM信号依次经与门、第一电阻、第一光耦、第二电阻施加至场效应管的栅极，由此使得场效应管间歇性导通；此时，变压器开始工作，由此通过二极管对第五电容进行快速充电，充电时间＜2s；在充电过程中，反馈端的电压逐渐升高，电压比较器实时比较反馈端的电压和设定电压；当反馈端的电压达到设定电压时，电压比较器的输出为零，由此使得与门的输出为零，从而使得场效应管截止；此时，变压器停止工作，由此停止充电；通过定频调节PWM信号的占空比，或者定占空比调节PWM信号的频率，或者同时调节PWM信号的频率和占空比，可以在0V~3000V范围内连续调节充放电电压；
放电过程如下：
向放电触发端施加高电平信号，高电平信号依次经第六电阻、第二光耦、第七电阻施加至继电器的线圈，由此使得继电器的常开触点导通；此时，第五电容对电爆炸箔进行快速放电，放电时间＜20μs。
基于上述过程，与传统的冲击片雷管电爆炸箔伏安特性测试装置相比，本发明所述的电压连续可调式电爆炸箔伏安特性测试装置及充放电方法先采用反激变压器对高压电容进行充电，再采用高压干簧管继电器控制高压电容对电爆炸箔进行放电，由此具备了如下优点：其一，与第一种伏安特性测试装置相比，本发明不再采用体积庞大且成本高昂的高压直流电源和高压空气开关，而是采用体积小巧且成本低廉的反激变压器和高压干簧管继电器，由此实现了小型化，且使用经济性更高。其二，与第二种伏安特性测试装置相比，本发明一方面通过调节PWM信号实现了连续调节充放电电压，使得充放电电压能够匹配不同起爆电压的电爆炸箔，另一方面通过采用高压干簧管继电器，大幅提高了充放电电压的上限值（高压干簧管继电器的耐压值可达20KV，高压干簧管继电器的瞬时导通内阻远小于电爆炸箔的内阻，因此高压干簧管继电器瞬时导通压降几乎为零，能够保证电爆炸箔起爆。因此，充放电电压的上限值可达3000V），由此使得适用范围不再受限。
本发明结构合理、设计巧妙，有效解决了传统的冲击片雷管电爆炸箔伏安特性测试装置无法实现小型化、使用经济性差、适用范围受限的问题，适用于电爆炸箔的电爆性能试验。
附图说明
图1是本发明中主电路的原理图。
图2是本发明中控制电路的原理图。
图3是本发明中电源转换电路的原理图。
具体实施方式
电压连续可调式电爆炸箔伏安特性测试装置，包括主电路、控制电路、信号发生器；
所述主电路包括变压器T、场效应管Q、继电器J、第一光耦U1、第二光耦U2、二极管D、第一至第五电容C1~C5、第一至第八电阻R1~R8；
变压器T为反激变压器；继电器J为高压干簧管继电器；第五电容C5为高压电容；第五电阻R5为可调电阻；
变压器T的原边线圈的首端一方面与12V电源端连接，另一方面通过由第一至第三电容C1~C3并接而成的并联支路接地；变压器T的原边线圈的末端与场效应管Q的漏极连接；场效应管Q的源极接地；第一电阻R1的一端作为充电触发端CD，另一端与第一光耦U1的正输入端连接；第一光耦U1的负输入端接地；第一光耦U1的输出端一方面通过第二电阻R2与场效应管Q的栅极连接，另一方面依次通过第二电阻R2、第三电阻R3接地；第一光耦U1的供电端与12V电源端连接；第一光耦U1的公共端接地；
变压器T的副边线圈的首端接地；变压器T的副边线圈的末端与二极管D的阳极连接；二极管D的阴极一方面作为正测试端ZCS，另一方面通过第五电容C5接地；第四电阻R4的一端与二极管D的阴极连接，另一端作为反馈端FK；反馈端FK通过由第四电容C4和第五电阻R5并接而成的并联支路接地；
继电器J的常开触点的一端作为负测试端FCS，另一端接地；第六电阻R6的一端作为放电触发端FD，另一端与第二光耦U2的正输入端连接；第二光耦U2的负输入端接地；第二光耦U2的输出端一方面通过第七电阻R7与继电器J的线圈的首端连接，另一方面依次通过第七电阻R7、第八电阻R8接地；继电器J的线圈的末端接地；
所述控制电路包括电压比较器H、与门Y、电感L、第六至第八电容C6~C8、第九至第十三电阻R9~R13；
电压比较器H的负输入端一方面通过电感L与反馈端FK连接，另一方面通过第六电容C6接地；电压比较器H的正输入端一方面通过第九电阻R9与5V电源端连接，另一方面通过由第十电阻R10和第七电容C7并接而成的并联支路接地；电压比较器H的输出端一方面与与门Y的第一输入端连接，另一方面通过第十一电阻R11与5V电源端连接；电压比较器H的供电端与5V电源端连接；电压比较器H的公共端接地；与门Y的第二输入端一方面作为信号端XH，另一方面通过第十二电阻R12与5V电源端连接；与门Y的输出端一方面与充电触发端CD连接，另一方面通过第十三电阻R13接地；与门Y的供电端一方面与5V电源端连接，另一方面通过第八电容C8接地；与门Y的公共端接地；
信号发生器的输出端与信号端XH连接。
还包括电源转换电路；所述电源转换电路包括线性稳压器N、第九至第十二电容C9~C12；线性稳压器N的输入端和使能端均一方面与12V电源端连接，另一方面通过由第九电容C9和第十电容C10并接而成的并联支路接地；线性稳压器N的输出端一方面作为5V电源端，另一方面通过由第十一电容C11和第十二电容C12并接而成的并联支路接地；线性稳压器N的公共端接地。
所述变压器T的匝数比为20：400。
所述场效应管Q为IRFP250MPBF型场效应管；所述继电器J为CRSTHV型高压干簧管继电器；所述第一光耦U1、第二光耦U2均为TLP250型光耦；所述二极管D为R3000型二极管；所述电压比较器H为LM293D型电压比较器；所述与门Y为74HC1G08型与门。
所述第一至第三电容C1~C3的电容量均为1μF；所述第四电容C4的电容量、第六电容C6的电容量均为10nF；所述第五电容C5的电容量为0.1μF/0.2μF；所述第七电容C7的电容量为0.1μF；所述第八电容C8的电容量为0.1μF；所述第一电阻R1的阻值、第六电阻R6的阻值均为5KΩ；所述第二电阻R2的阻值、第七电阻R7的阻值均为100Ω；所述第三电阻R3的阻值、第八电阻R8的阻值均为100KΩ；所述第四电阻R4的阻值为100MΩ；所述第五电阻R5的阻值为1MΩ；所述电感L的电感量为0.1μH。
所述线性稳压器N为XC6701B502型线性稳压器。
所述第九至第十二电容C9~C12的电容量均为0.1μF。
电压连续可调式电爆炸箔充放电方法（该方法是基于本发明所述的电压连续可调式电爆炸箔伏安特性测试装置实现的），该方法是采用如下步骤实现的：
将电爆炸箔的一端与正测试端ZCS连接，另一端与负测试端FCS连接；
充电过程如下：
信号发生器输出PWM信号，PWM信号依次经与门Y、第一电阻R1、第一光耦U1、第二电阻R2施加至场效应管Q的栅极，由此使得场效应管Q间歇性导通；此时，变压器T开始工作，由此通过二极管D对第五电容C5进行快速充电，充电时间＜2s；在充电过程中，反馈端FK的电压逐渐升高，电压比较器H实时比较反馈端FK的电压和设定电压；当反馈端FK的电压达到设定电压时，电压比较器H的输出为零，由此使得与门Y的输出为零，从而使得场效应管Q截止；此时，变压器T停止工作，由此停止充电；通过定频调节PWM信号的占空比，或者定占空比调节PWM信号的频率，或者同时调节PWM信号的频率和占空比，可以在0V~3000V范围内连续调节充放电电压；
放电过程如下：
向放电触发端FD施加高电平信号，高电平信号依次经第六电阻R6、第二光耦U2、第七电阻R7施加至继电器J的线圈，由此使得继电器J的常开触点导通；此时，第五电容C5对电爆炸箔进行快速放电，放电时间＜20μs。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种电压连续可调式电爆炸箔伏安特性测试装置，其特征在于：包括主电路、控制电路、信号发生器；
所述主电路包括变压器（T）、场效应管（Q）、继电器（J）、第一光耦（U1）、第二光耦（U2）、二极管（D）、第一至第五电容（C1~C5）、第一至第八电阻（R1~R8）；
变压器（T）为反激变压器；继电器（J）为高压干簧管继电器；第五电容（C5）为高压电容；第五电阻（R5）为可调电阻；
变压器（T）的原边线圈的首端一方面与12V电源端连接，另一方面通过由第一至第三电容（C1~C3）并接而成的并联支路接地；变压器（T）的原边线圈的末端与场效应管（Q）的漏极连接；场效应管（Q）的源极接地；第一电阻（R1）的一端作为充电触发端（CD），另一端与第一光耦（U1）的正输入端连接；第一光耦（U1）的负输入端接地；第一光耦（U1）的输出端一方面通过第二电阻（R2）与场效应管（Q）的栅极连接，另一方面依次通过第二电阻（R2）、第三电阻（R3）接地；第一光耦（U1）的供电端与12V电源端连接；第一光耦（U1）的公共端接地；
变压器（T）的副边线圈的首端接地；变压器（T）的副边线圈的末端与二极管（D）的阳极连接；二极管（D）的阴极一方面作为正测试端（ZCS），另一方面通过第五电容（C5）接地；第四电阻（R4）的一端与二极管（D）的阴极连接，另一端作为反馈端（FK）；反馈端（FK）通过由第四电容（C4）和第五电阻（R5）并接而成的并联支路接地；
继电器（J）的常开触点的一端作为负测试端（FCS），另一端接地；第六电阻（R6）的一端作为放电触发端（FD），另一端与第二光耦（U2）的正输入端连接；第二光耦（U2）的负输入端接地；第二光耦（U2）的输出端一方面通过第七电阻（R7）与继电器（J）的线圈的首端连接，另一方面依次通过第七电阻（R7）、第八电阻（R8）接地；继电器（J）的线圈的末端接地；
所述控制电路包括电压比较器（H）、与门（Y）、电感（L）、第六至第八电容（C6~C8）、第九至第十三电阻（R9~R13）；
电压比较器（H）的负输入端一方面通过电感（L）与反馈端（FK）连接，另一方面通过第六电容（C6）接地；电压比较器（H）的正输入端一方面通过第九电阻（R9）与5V电源端连接，另一方面通过由第十电阻（R10）和第七电容（C7）并接而成的并联支路接地；电压比较器（H）的输出端一方面与与门（Y）的第一输入端连接，另一方面通过第十一电阻（R11）与5V电源端连接；电压比较器（H）的供电端与5V电源端连接；电压比较器（H）的公共端接地；与门（Y）的第二输入端一方面作为信号端（XH），另一方面通过第十二电阻（R12）与5V电源端连接；与门（Y）的输出端一方面与充电触发端（CD）连接，另一方面通过第十三电阻（R13）接地；与门（Y）的供电端一方面与5V电源端连接，另一方面通过第八电容（C8）接地；与门（Y）的公共端接地；
信号发生器的输出端与信号端（XH）连接。
2.根据权利要求1所述的电压连续可调式电爆炸箔伏安特性测试装置，其特征在于：还包括电源转换电路；所述电源转换电路包括线性稳压器（N）、第九至第十二电容（C9~C12）；线性稳压器（N）的输入端和使能端均一方面与12V电源端连接，另一方面通过由第九电容（C9）和第十电容（C10）并接而成的并联支路接地；线性稳压器（N）的输出端一方面作为5V电源端，另一方面通过由第十一电容（C11）和第十二电容（C12）并接而成的并联支路接地；线性稳压器（N）的公共端接地。
3.根据权利要求1所述的电压连续可调式电爆炸箔伏安特性测试装置，其特征在于：所述变压器（T）的匝数比为20：400。
4.根据权利要求1所述的电压连续可调式电爆炸箔伏安特性测试装置，其特征在于：所述场效应管（Q）为IRFP250MPBF型场效应管；所述继电器（J）为CRSTHV型高压干簧管继电器；所述第一光耦（U1）、第二光耦（U2）均为TLP250型光耦；所述二极管（D）为R3000型二极管；所述电压比较器（H）为LM293D型电压比较器；所述与门（Y）为74HC1G08型与门。
5.根据权利要求1所述的电压连续可调式电爆炸箔伏安特性测试装置，其特征在于：所述第一至第三电容（C1~C3）的电容量均为1μF；所述第四电容（C4）的电容量、第六电容（C6）的电容量均为10nF；所述第五电容（C5）的电容量为0.1μF/0.2μF；所述第七电容（C7）的电容量为0.1μF；所述第八电容（C8）的电容量为0.1μF；所述第一电阻（R1）的阻值、第六电阻（R6）的阻值均为5KΩ；所述第二电阻（R2）的阻值、第七电阻（R7）的阻值均为100Ω；所述第三电阻（R3）的阻值、第八电阻（R8）的阻值均为100KΩ；所述第四电阻（R4）的阻值为100MΩ；所述第五电阻（R5）的阻值为1MΩ；所述电感（L）的电感量为0.1μH。
6.根据权利要求2所述的电压连续可调式电爆炸箔伏安特性测试装置，其特征在于：所述线性稳压器（N）为XC6701B502型线性稳压器。
7.根据权利要求2所述的电压连续可调式电爆炸箔伏安特性测试装置，其特征在于：所述第九至第十二电容（C9~C12）的电容量均为0.1μF。
8.一种电压连续可调式电爆炸箔充放电方法，该方法是基于如权利要求1所述的电压连续可调式电爆炸箔伏安特性测试装置实现的，其特征在于：该方法是采用如下步骤实现的：
将电爆炸箔的一端与正测试端（ZCS）连接，另一端与负测试端（FCS）连接；
充电过程如下：
信号发生器输出PWM信号，PWM信号依次经与门（Y）、第一电阻（R1）、第一光耦（U1）、第二电阻（R2）施加至场效应管（Q）的栅极，由此使得场效应管（Q）间歇性导通；此时，变压器（T）开始工作，由此通过二极管（D）对第五电容（C5）进行快速充电，充电时间＜2s；在充电过程中，反馈端（FK）的电压逐渐升高，电压比较器（H）实时比较反馈端（FK）的电压和设定电压；当反馈端（FK）的电压达到设定电压时，电压比较器（H）的输出为零，由此使得与门（Y）的输出为零，从而使得场效应管（Q）截止；此时，变压器（T）停止工作，由此停止充电；通过定频调节PWM信号的占空比，或者定占空比调节PWM信号的频率，或者同时调节PWM信号的频率和占空比，可以在0V~3000V范围内连续调节充放电电压；
放电过程如下：
向放电触发端（FD）施加高电平信号，高电平信号依次经第六电阻（R6）、第二光耦（U2）、第七电阻（R7）施加至继电器（J）的线圈，由此使得继电器（J）的常开触点导通；此时，第五电容（C5）对电爆炸箔进行快速放电，放电时间＜20μs。
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