凌華科技高速數(shù)字化儀在火工品測試中的應用

　　挑戰(zhàn)

　　火工品試驗具有一定的危險性，因此，對系統(tǒng)的發(fā)火控制部分提出了很高的要求，點火控制器必須具有高可靠性，保證每次試驗的可靠發(fā)火，同時，繼電器的接觸觸電電阻要很小，不能影響產(chǎn)品發(fā)火性能;

　　——火工品輸出性能測試屬于瞬態(tài)測試，信號變化比較快，需要配置高速同步數(shù)據(jù)采集卡進行快速記錄數(shù)據(jù);

　　——火工品試驗屬于不可重復的試驗，需要高可靠性的數(shù)據(jù)采集卡，保證每次試驗的成功;

　　——火工品輸出性能參數(shù)比較多，針對不同的產(chǎn)品性能，使用不同的傳感器，需要配置靈活可變的信號調理模塊;

　　——火工品試驗需要時同步觸發(fā)高速攝影機，因此要求采集卡具有TRIG IO接口去觸發(fā)外圍其他設備。

　　解決方案

　　以火工品多態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)為背景，通過了解和調研火工品輸出性能參數(shù)的信號特點和常用的測試方法，分析和總結出準確測試火工品輸出性能的儀器性能指標，選配了合適的壓力、溫度、推力等傳感器、信號調理器、凌華PCI-9846D高速數(shù)據(jù)采集卡工控機等硬件設備，并根據(jù)用戶要求設計出點火控制器，使系統(tǒng)不僅具備自檢功能，提高了操作者進行發(fā)火試驗的安全性，而且能夠實現(xiàn)手/自動發(fā)火方式切換。采用LabVIEW軟件開發(fā)平臺，開發(fā)出一套火工品多態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集與分析軟件，系統(tǒng)具有程控設置信號調理器、數(shù)據(jù)采集與分析處理、數(shù)據(jù)保存、回放、生成報告等功能。

　　火工品是裝有火藥或者炸藥，受到外界刺激后產(chǎn)生燃燒或爆炸，以引燃火藥、引爆炸藥或做機械功的一次性使用的元器件和裝置的總稱。它常用于引燃火藥、引爆炸藥，還可作為小型驅動裝置，用以快速打開活門、解除保險及火箭級間分離等。

　　根據(jù)民用爆破器材術語GB\T 4659-2003規(guī)定，火工品一般有以下幾種分類方法[1]。

　　火工品按輸出特性可分為引燃火工品、引爆火工品、其他火工品三大類，詳見表1。

　　表1 火工品按輸出特性分類表

　　火工品按結構的狀況可分為簡單火工品和復雜火工品兩大類。

　　火工品可以分為機械能激發(fā)、熱能激發(fā)、電能激發(fā)、光能激發(fā)、化學能激發(fā)、爆轟能激發(fā)六大輸入激發(fā)能形式。從火工品輸入激發(fā)能形式進行分類，詳見表2。

　　表2 火工品按輸入能源特性分類表

　　火工品的輸出性能參數(shù)有很多，包括壓力、推力、溫度、沖擊加速度、位移、作用時間、橋路熔斷時間、延期時間等。這些性能參數(shù)的獲取方法是通過給被測試火工品提供足夠的電壓和電流去激發(fā)火工品作用，同時記錄下火工品輸出的各種參數(shù)。為了實現(xiàn)用一套設備對多種火工品的多項性能進行測試，更好、更充分的利用測試系統(tǒng)，因此有必要設計一種適用于多種火工品性能檢測的綜合測試系統(tǒng)。這樣就可以在一次試驗過程中獲得產(chǎn)品輸出性能的多個參數(shù)值，為產(chǎn)品性能設計和作用機理研究提供了豐富的信息量，對提高火工品設計質量和降低研制成本具有重要的參考價值[2]。

　　面臨問題

　　火工品試驗具有一定的危險性，因此，對系統(tǒng)的發(fā)火控制部分提出了很高的要求，點火控制器必須具有高可靠性，保證每次試驗的可靠發(fā)火，同時，繼電器的接觸觸電電阻要很小，不能影響產(chǎn)品發(fā)火性能;

　　——火工品輸出性能測試屬于瞬態(tài)測試，信號變化比較快，需要配置高速同步數(shù)據(jù)采集卡進行快速記錄數(shù)據(jù);

　　——火工品試驗屬于不可重復的試驗，需要高可靠性的數(shù)據(jù)采集卡，保證每次試驗的成功;

　　——火工品輸出性能參數(shù)比較多，針對不同的產(chǎn)品性能，使用不同的傳感器，需要配置靈活可變的信號調理模塊;

　　——火工品試驗需要時同步觸發(fā)高速攝影機，因此要求采集卡具有TRIG IO接口去觸發(fā)外圍其他設備。

　　解決方案

　　根據(jù)需要搭建測試系統(tǒng)的要求，經(jīng)過對市場上相關產(chǎn)品的調研，選擇以DEWETRON公司的信號調理模塊和凌華公司的PCI-9846D高速數(shù)據(jù)采集卡基礎，并自制點火控制器快速開發(fā)出了適合多種火工品試驗的儀器。

　　圖1 系統(tǒng)結構圖

　　本系統(tǒng)由傳感器、信號調理器、工控機、點火控制器等設備組成。工作過程如下：當工控機通過USB口控制點火控制器閉合繼電器時，火工品就處于發(fā)火狀態(tài)，此時，產(chǎn)品橋絲會在瞬間熔斷產(chǎn)生一個短脈沖電壓信號，即橋絲熔斷信號和產(chǎn)品作用的壓力或者推力等信號。用不同的傳感器去測試相應的物理信號，傳感器輸出微弱的電壓或電荷信號到信號調理器，信號調理器利用放大器將微弱信號放大到5V，并濾除高頻信號，放大器的放大倍數(shù)和濾波頻率由工控機通過RS-485總線進行控制設置。經(jīng)過調理后的信號就可以用采集卡進行讀取，而信號變化速度非常快，所以采用高速卡進行測量。測試完畢后，就可以在本系統(tǒng)軟件中進行數(shù)據(jù)處理與分析、保存數(shù)據(jù)、生成報告的操作。