CN205388693U - 一种起爆装置的紧急自动刹车控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种起爆装置的紧急自动刹车控制系统，包括安装在放电装置内的放电信号检测探头、控制器、刹车控制继电器安装在起爆链路上，并控制起爆链路的通断。本实用新型利用微分功能对小信号变化敏感的特性，并结合从检测信号中抽取电流实现了激光二极管的无源驱动，从而实现了系统中放电信号的无源探测及到光信号的无源转换功能的整合，在此基础上研制了紧凑型的充电装置放电状态检测探头，提高了放电信号检测的灵敏度及可靠性。

Description

一种起爆装置的紧急自动刹车控制系统

技术领域

本实用新型涉及爆轰实验领域，具体涉及一种起爆装置的紧急自动刹车控制系统。

背景技术

在我们的一种大型爆轰实验中，涉及到爆炸装置的起爆及需要采用一种穿透能力很强的X射线装置，而这个X射线装置其中的一个重要部分是数量众多的高压充电装置，X射线只有在这些充电装置充满电后才能正常产生，并在同步触发系统的协调下起爆爆炸装置，所以，数量众多的充电装置工作是否正常直接影响我们的大型实验的进行。当这些充电装置提前放电，则造成实验失败，并产生巨大的损失。过去，由于检测手段的匮乏，主要依靠人工来判断充电装置在充电过程中的状态。在充电过程中，如果有某一台充电装置因为各种因素提前放电了，这可以通过示波器来进行观察，并采取人工中断的方法终止实验的继续进行。但是，当充电完成处于等待状态时，由于实验零时刻的不确切知道，在这个等待过程中，充电装置存在受到干扰而随机放电的可能，由于充电路数较多、人工反应速度较慢，起码在亚秒级，并且存在操作人员精神高度紧张的状态，此时依靠人工来进行判断并进行终止实验操作就存在巨大的不可靠性，这也是最危险的阶段；即使采用计算机组建一个放电监测系统对这么多的放电装置进行巡回监测，由于放电波形的数据采集过程需要耗费不少的时间以及计算机分析波形也需要较多时间，而放电又是很快的一个随机过程，这种监测系统做不到及时的全面地巡回检测及监控，也存在漏检的可能，基本上讲，此时要终止实验是不太可能达到的目标。并且这样的监测系统采用大量的示波器或数据采集系统，导致监测系统成本巨大、使用维护工作量巨大的问题。

实用新型内容

本实用新型目的在于提供一种起爆装置的紧急自动刹车控制系统，解决目前的刹车系统存在的操作速度满、无法满足执行快速的自动中断系统动作的问题，满足在爆轰系统中当其它部分工作出现非正常状态时的自动刹车要求。

本实用新型通过下述技术方案实现：

一种起爆装置的紧急自动刹车控制系统，包括：

安装在放电装置内的放电信号检测探头：用于探测放电装置内的放电现象，并放电时产生的电弧转换为光脉冲信号，并将该光脉冲信号通过传输光纤输送至控制器；

控制器：用于接收光脉冲信号并将接收到的光脉冲信号转换成电信号，并将电信号进行逻辑运算，并输出控制信号给刹车控制继电器；

刹车控制继电器：安装在起爆链路上，并控制起爆链路的通断。

本实用新型是针对充电装置的放电状态的检测问题做出的发明创造，申请人在多年的研究中发现：由于放电过程是一个快速的过程，而微分功能对快速变化的小信号沿具有放大作用或较为敏感，适合用于进行快速放电状态的检测，因此基于这种原理针对系统中充电装置的放电状态进行检测的微分器；同时由于放电装置工作现场环境里存在较强大的电磁干扰情况，于是采用无源激光二极管驱动线路，并将它们结合起来，将放电检测信号转换为光脉冲信号进行一个长距离的传输，以便于控制器的处理单元进行集中处理。本实用新型通过将放电现象转换为光脉冲信号，通过光脉冲信号进行传输的方式，不仅其传输速度快，而且不存在功率的损失，到达控制器后，再转换成电信号，通过电信号的逻辑运算，得出是否属于提前放电的结果，并将该结果用于控制刹车控制继电器，通过刹车控制继电器来控制起爆链路的通断，从而将提前放电的链路断开，实现快速的中断功能。相对于现有技术中的人工判断的方式而言，明显提高了判断的准确性和时效性。

所述放电信号检测探头包括：

一个微分器：用于对输入的放电信号进行微分处理，得到一个对应的脉冲信号；

电流提取器：从微分器中分离出一个支路并获取电流信号，并将提取的电流信号用于驱动光纤耦合的激光二极管；

光纤耦合激光二极管：用于接收电流提取器的驱动电流信号，并将电流信号转换为光脉冲信号，通过耦合的光纤将光脉冲信号传输至控制器。

具体的，本实用新型通过微分器得到一个对应的脉冲信号，微分器对输入的放电信号进行微分处理而获得较快变化的放电沿的对应信号，即宽度较窄的脉冲信号，利用微分功能对小信号变化敏感的特性，并结合从检测信号中抽取电流的方法实现了激光二极管的无源驱动，从而实现了系统中放电信号的无源探测及到光脉冲信号的无源转换功能的整合，在此基础上研制了紧凑型的充电装置放电状态检测探头，提高了放电信号检测的灵敏度及可靠性，而微分功能对快速变化的小信号沿具有放大作用或较为敏感，适合用于进行快速放电状态的检测，因此基于这种原理针对系统中充电装置的放电状态进行检测的微分器；同时由于放电装置工作现场环境里存在较强大的电磁干扰情况，于是采用无源激光二极管驱动线路，并将它们结合起来，使得输出的脉冲信号不受干扰的影响。微分器的参数选择合适，可以对较低幅度的放电进行检测，使用微分器及使用其检测信号的电流来驱动激光二极管相结合的形式，形成了一种无源探测及信号传输的能力，在强电磁环境里具有较好的抗干扰能力，这是针对放电装置的结构进行的专门研究，获得了较好的效果。

在所述的电流提取器与光纤耦合器之间还设置有一个限流器。从微分器中分离出一个支路来获取电流信号，该电流信号用于驱动一个光纤耦合的激光二极管，由于检测的放电信号幅度具有随机性且幅度变化较大，提取的电流完全可能超过激光二极管的工作电流而损坏激光二极管，故在驱动线路中增加一个限流器以便当驱动电流较大时进行限制以保护激光二极管。

所述控制器包括：

多路光脉冲信号输入接口：用于接收不同光纤传输过来的光脉冲信号，将光脉冲信号转换成电信号并进行波形整形得到矩形波，然后将矩形波输送至处理器；

处理器：接收多路光脉冲信号输入接口输送的矩形波信号，并将矩形波信号进行逻辑判断，得到的结果通过放电信号检测结果输出接口向外部输出，并同时作为控制信号通过控制接口输出。

具体地讲，作为本实用新型的另一个重点，针对放电状态检测的信号处理，由于系统中需要处理的信号路数较多，约有20路以上，采用了大规模的可编程集成电路来完成这个处理工作，以便使控制系统更加紧凑及可靠，以及便于在不改变线路设计的情况下进行调试。利用大规模可编程集成电路的特性，完成多路放电信号的集中快速处理，避免了采用单片机、微型计算机等进行处理时存在的指令周期、巡回检测周期等时间的不确定影响如漏检、检测输出延迟时间较大导致控制落后等，完全达到了快速自动处理要求，满足了起爆系统的高速控制要求，解决了人工操作的诸多问题如精神高度紧张、判断不准确、反应不及时、按错按钮等。在具体实施系统中，限于采用的继电器输出触点的动作时间限制，从检测到非正常放电的时刻起，紧急刹车装置可以在1ms左右的时间对起爆链路的中断进行操作，相对于原来约秒级的反应时间得到了极大的提高；起爆链路中嵌入继电器触点信号，避免了采用半导体晶体管或集成电路损坏时可能仍然是导通状态的问题，解决了该断则断、该通则通的问题，进一步提高了可靠性。

在所述的起爆链路上还设置有一个手动刹车按钮。在必要时，也可以通过手动刹车按钮完成手动刹车，保障安全。

本实用新型与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

本实用新型一种起爆装置的紧急自动刹车控制系统，利用微分功能对小信号变化敏感的特性，并结合从检测信号中抽取电流实现了激光二极管的无源驱动，从而实现了系统中放电信号的无源探测及到光脉冲信号的无源转换功能的整合，在此基础上研制了紧凑型的充电装置放电状态检测探头，提高了放电信号检测的灵敏度及可靠性，这是本发明专利的一个重要方面；利用大规模可编程集成电路的特性，完成多路放电信号的集中快速处理，避免了采用单片机、微型计算机等进行处理时存在的指令周期、巡回检测周期等时间的不确定影响如漏检、检测输出延迟时间较大导致控制落后等，完全达到了快速自动处理要求，满足了起爆系统的高速控制要求，解决了人工操作的诸多问题如精神高度紧张、判断不准确、反应不及时、按错按钮等，在具体实施系统中，限于采用的继电器输出触点的动作时间限制，从检测到非正常放电的时刻起，紧急刹车装置可以在1ms左右的时间对起爆链路的中断进行操作，原来约秒级的反应时间得到了极大的提高；起爆链路中嵌入继电器触点信号，避免了采用半导体晶体管或集成电路损坏时可能仍然是导通状态的问题，解决了该断则断、该通则通的问题，进一步提高了可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本实用新型实施例的限定。在附图中：

图1是本实用新型的控制系统装置系统结构原理图；

图2是本实用新型的充放电过程波形及放电检测波形示意图；

图3是本实用新型无源放电信号检测探头的信号处理原理示意图；

图4是本实用新型放电状态判断的原理图；

图5是本实用新型有效放电状态确认的信号校验原理图。

附图中标记及对应的零部件名称：

1－放电装置，2－放电信号检测探头，3-传输光纤，4－控制器，5－刹车控制继电器，6－起爆链路，401-多路光脉冲信号输入接口，402-处理器，403-放电信号检测结果输出接口，404-控制接口，601-手动刹车按钮。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本实用新型作进一步的详细说明，本实用新型的示意性实施方式及其说明仅用于解释本实用新型，并不作为对本实用新型的限定。

实施例

如图1所示，本实用新型一种起爆装置的紧急自动刹车控制系统，包括：安装在放电装置1内的放电信号检测探头2：用于探测放电装置1内的放电现象，并将放电有效信号沿 信号转换为光脉冲信号，并将该光脉冲信号通过传输光纤3输送至控制器4；控制器4：用于接收光脉冲信号并将接收到的光脉冲信号转换成电信号，并将电信号进行逻辑运算，并输出控制信号给刹车控制继电器5；刹车控制继电器5：安装在起爆链路6上，并控制起爆链路6的通断；其中放电信号检测探头2的原理如图3所示，包括,一个微分器：用于对输入的放电信号进行微分处理，得到一个对应的脉冲信号；电流提取器：从微分器中分离出一个支路并获取电流信号，并将提取的电流信号用于驱动光纤耦合器的激光二极管；光纤耦合器：用于接收电流提取器的驱动电流信号，耦合得到光脉冲信号传输至控制器4；在电流提取器与光纤耦合器之间还设置有一个限流器；控制器4包括：多路光脉冲信号输入接口401：用于接收不同光纤传输过来的光脉冲信号，将光脉冲信号转换成电信号并进行波形整形得到矩形波，然后将矩形波输送至处理器402；处理器402：接收多路光脉冲信号输入接口401输送的矩形波信号，并将矩形波信号进行逻辑判断，得到的结果通过放电信号检测结果输出接口403向外部输出，并同时作为控制信号通过控制接口404输出，在起爆链路6上还设置有一个手动刹车按钮601。

当系统中放电装置进行充电时，其充电波形如图2所示，在充电过程中或充电结束等待时，由于外界各种因素干扰或充电装置本身的问题，装置可能会产生提前放电的情况，此时波形会发生跃变，采用放电信号检测探头2即可检测出充电波形中的这种跃变，并转换为光脉冲信号输出。如果充电过程已结束才发生放电，则检测到的放电信号幅度较大；如果在充电过程中就发生了放电，则检测到的放电信号幅度会小一些；在充电过程中发生放电的话，一般会直接放电到零，不太会发生受到扰动后还继续充电的情况，即使再继续充电到全满状态，但扰动时刻检出的放电信号会指示出充电装置已发生过放电的情况，为了确保起爆的安全，这种情况会判断为非正常状态。图3是放电信号检测探头2的信号检测原理、激光二极管的驱动原理，放电信号检测探头2中的微分器对输入的放电信号进行微分处理而获得较快变化的放电沿的对应信号，即宽度较窄的脉冲信号，再从微分器中分离出一个支路来获取电流信号，该电流信号用于驱动一个光纤耦合的激光二极管，由于检测的放电信号幅度具有随机性且幅度变化较大，提取的电流完全可能超过激光二极管的工作电流而损坏激光二极管，故在驱动线路中增加一个限流器以便当驱动电流较大时进行限制以保护激光二极管；检测到的放电信号由此转变为光脉冲信号，再由传输光纤3进行传输，微分器路参数选择合适，可以对较低幅度的放电进行检测。使用微分器及使用其检测信号的电流来驱动激光二极管相结合的形式，形成了一种无源探测及信号传输的能力，在强电磁环境里具有较好的抗干扰能力，这是针对放电装置的情况进行的专门研究，获得了较好的效果。系统中有多少充电装置，就配置相应数量的放电信号检测探头2；在控制器中，由传输光纤3传输过来的放电检测输入光脉冲信号经过控制器的多路光脉冲信号输入接口401进行处理，采用了光电转换线路转换为电信号并进行波形整形以获得便于处理的矩形波，这些规整的电信号进入主要的处理器402进行逻辑判断；系统中有多少需要检测的放电信号，就配置相应数量的光电转换线路路数。放电信号的逻辑判断原理如图4所示：对于放电装置而言，如果在正常触发指令即零时刻触发指令发出前放电了，则判断为非正常状态；而在正常触发指令即零时刻触发指令发出后才放电的，则判断为正常状态。首先，输入一个指令让控制器恢复到等待状态，等待放电信号的输入。当所有放电装置中有任意一路被判断为非正常状态时，控制器主体部分的自动刹车输出控制信号404将立即输出一个控制嵌入在起爆链路6中刹车控制继电器5的打开信号，使刹车控制继电器5的常闭触点开路，从而起到中断起爆链路6信号的作用，由于反应速度远快于人工按下手动刹车按钮601的速度，达到了快速自动控制的目的，提高了起爆的安全性。如果系统中的放电装置正常放电，则控制接口404不会输出控制信号，因此刹车控制继电器5的触点保持原来的闭合状态，起爆链路保持畅通，实验系统可以正常实验。如果刹车控制继电器5用可控硅或半导体器件代替的话，虽然动作速度可能可以更快一些，但存在在损坏后其触点是仍然导通的状态即短路，反而增加了不可靠因素。

同时，放电信号检测结果输出接口403将会输出对应各放电装置的放电状态，供中央计算机巡回检测以获取系统中的装置放电状态并保存等；在本实施例中，控制器4同时提供了全部路数的放电状态的正常绿色指示灯与非正常红色指示灯面板显示，以便直观了解放电状态，还提供了一个与自动刹车输出控制信号对应的指示灯，在正常放电时不点亮，而在有非正常放电情况时闪烁显示以用明显的警示方式提醒操作人员。

在放电信号的逻辑判断中，需要处理的一种特殊状况是某一路没有放电检测信号输入的情况，按照图4所示，这种情况很容易被判断为非正常放电，因此是不正确的，如图5所示的本实施例利用了放电检测信号与零时刻触发指令本身进行进一步的标识：先标记这两个信号本身是否有效出现，由于两个信号均是短脉冲信号，出现后很快就没有了，故采用了D触发器来保持其是否出现的标志，因此只要有有效信号出现，无论其脉冲宽度多小均可被记录，利用这个出现标志来判断相关信号的有效性；同时由于信号出现具有时间上的先后性，故进一步再利用两个出现标志信号的前后关系来相互检验，可以确认放电信号的有效性及放电状态。

以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种起爆装置的紧急自动刹车控制系统，其特征在于包括：

安装在放电装置（1）内的放电信号检测探头（2）：用于探测放电装置（1）内的放电现象，并将放电有效信号沿信号转换为光脉冲信号，并将该光脉冲信号通过传输光纤（3）输送至控制器（4）；

控制器（4）：用于接收光脉冲信号并将接收到的光脉冲信号转换成电信号，并将电信号进行逻辑运算，并输出控制信号给刹车控制继电器（5）；

刹车控制继电器（5）：安装在起爆链路（6）上，并控制起爆链路（6）的通断。

2.根据权利要求1所述的一种起爆装置的紧急自动刹车控制系统，其特征在于所述放电信号检测探头（2）包括：

一个微分器：用于对输入的放电信号进行微分处理，得到一个对应的脉冲信号；

电流提取器：从微分器中分离出一个支路并获取电流信号，并将提取的电流信号用于驱动光纤耦合的激光二极管；

光纤耦合激光二极管：用于接收电流提取器的驱动电流信号，并由激光二极管将提取的电流信号转换为光脉冲信号，通过耦合的光纤将光脉冲信号传输至控制器（4）。

3.根据权利要求2所述的一种起爆装置的紧急自动刹车控制系统，其特征在于：在所述的电流提取器与光纤耦合激光二极管之间还设置有一个限流器。

4.根据权利要求1所述的一种起爆装置的紧急自动刹车控制系统，其特征在于所述控制器（4）包括：

多路光脉冲信号输入接口（401）：用于接收不同光纤传输过来的光脉冲信号，将光脉冲信号转换成电信号并进行波形整形得到矩形波，然后将矩形波输送至处理器（402）；

处理器（402）：接收多路光脉冲信号输入接口（401）输送的矩形波信号，并将矩形波信号进行逻辑判断，得到的结果通过放电信号检测结果输出接口（403）向外部输出，并同时作为控制信号通过控制接口（404）输出。

5.根据权利要求1所述的一种起爆装置的紧急自动刹车控制系统，其特征在于：在所述的起爆链路（6）上还设置有一个手动刹车按钮（601）。