光電靶法點火時間測試系統(tǒng)

孫磊

海軍裝備部，山西太原，030027

光電靶法點火時間測試系統(tǒng)

孫磊

海軍裝備部，山西太原，030027

本文介紹了光電靶法點火時間測試系統(tǒng)的構(gòu)成和測試原理。本系統(tǒng)運用光電轉(zhuǎn)換器作為信號采集的初始器件，配用點火同步控制器和測時儀器，使整個測試過程簡便、高效、穩(wěn)定、可靠。

光電靶法；點火時間；測試系統(tǒng)

某電點火具在性能測試項目中，要進(jìn)行點火時間的準(zhǔn)確測定，以確定點火特性是否滿足指標(biāo)要求。點火時間測定一般有靶線法和光電靶法兩種。所謂靶線法，就是采用熔斷絲、鍍銀銅絲等作為區(qū)截裝置，其平時呈接通狀態(tài)，使測試儀的輸入電路處于低電位，當(dāng)電點火具作用時，區(qū)截裝置瞬時斷開，使測時儀的輸入電路呈高電位，即產(chǎn)生一個正的階躍脈沖來觸發(fā)測時儀計時。而光電靶法是以光電器件（能夠?qū)⒐饬哭D(zhuǎn)換為電量的一種器件）為檢測元件，當(dāng)電點火具作用時產(chǎn)生強(qiáng)光，使光電器件特性瞬時發(fā)生變化，信號采集電路產(chǎn)生脈沖來作用于測時儀，實現(xiàn)點火時間的測定。

以某電點火具為例，在其科研試制階段點火時間的測定是采用由熔斷絲構(gòu)成的靶線法進(jìn)行的。轉(zhuǎn)入生產(chǎn)階段后發(fā)現(xiàn)該方法要求檢測人員必須具有足夠的經(jīng)驗才能完成，否則由于熔斷絲纏繞的松緊程度、綁扎位置以及熔斷絲的選擇或電點火具作用后產(chǎn)生的殘渣對下一發(fā)的接線質(zhì)量的影響等因素，會造成數(shù)據(jù)失真。另外，該方法操作煩瑣，耗時長，勞動強(qiáng)度大。本文介紹的光電靶法點火時間測試系統(tǒng)是在拋棄了原方法的測試?yán)砟钋疤嵯?，運用光電轉(zhuǎn)換原理和晶閘管的開關(guān)特性設(shè)計的。

圖1 系統(tǒng)測試原理框圖

1 系統(tǒng)原理及硬件設(shè)計

系統(tǒng)測試原理框圖如圖1所示。測試系統(tǒng)主要由電源、控制器、測時儀和光電轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。具體工作過程為雙投刀開關(guān)閉合，按下雙路同步點火控制器“啟動”按鈕，給電點火具通電，同時產(chǎn)生一個脈沖形成Ⅰ靶信號，啟動測時儀開始計時，電點火具作用后產(chǎn)生的強(qiáng)光使光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一個脈沖形成Ⅱ靶信號輸入測時儀，停止計時,即可實現(xiàn)點火時間的測定。其中供電電源選用具有穩(wěn)流作用的直流電源，以保證電點火具的發(fā)火電流。雙路同步點火控制器保證電點火具瞬時發(fā)火，以消弱電路接通過程的時間延遲對電點火具點火時間測定產(chǎn)生的影響。雙投刀開關(guān)用于系統(tǒng)中晶閘管的關(guān)斷。

圖2 光電轉(zhuǎn)換器電路圖

1.1 光電轉(zhuǎn)換器

光電轉(zhuǎn)換器電路如圖2所示。電路供電由接入測時儀信號端固有的12V 40mA供給，不需另外配接專用電源，當(dāng)電路中的光敏電阻受到電點火具作用產(chǎn)生的強(qiáng)光照射時，光敏電阻的電阻值改變，電路電流增大，給晶閘管門極施加了正向電壓，當(dāng)流入門極一定的電流時，晶閘管導(dǎo)通，產(chǎn)生脈沖使測試儀動作。光敏電阻選用鈍感型光敏電阻，以避開日光的誤觸發(fā)。晶閘管選用單向快速晶閘管，以利于產(chǎn)生下降沿陡峭的負(fù)脈沖信號，使測時儀內(nèi)部觸發(fā)電路可靠觸發(fā)。

圖3 雙路同步點火控制器電路圖

1.2 雙路同步點火控制器

圖3為雙路同步點火控制器的電路圖。該器件用于實現(xiàn)點火具點火和測時儀啟動的同步功能。它的工作原理是：按下控制器的“啟動”按鈕，給晶閘管的門極施加了正向電壓，回路中即產(chǎn)生較強(qiáng)的觸發(fā)電流，使晶閘管可靠導(dǎo)通，導(dǎo)通后恒定的點火電流作用在電點火具的電點火頭上，由電能轉(zhuǎn)換為熱能使電點火具瞬時發(fā)火。發(fā)火的同時，晶閘管導(dǎo)通產(chǎn)生的脈沖信號接入測時儀，使儀器啟動開始準(zhǔn)確計時。電路中，VD1、VD2能夠阻隔點火電壓和測時儀信號輸入端12V電壓的相互干擾。K用于關(guān)斷已導(dǎo)通的晶閘管便于下一發(fā)的正常測試。晶閘管選用單向晶閘管，它能產(chǎn)生下降時間在20ns以下的負(fù)脈沖信號，保證整個電路由閉合至導(dǎo)通的持續(xù)時間足夠小。

2 系統(tǒng)對測試結(jié)果影響環(huán)節(jié)的分析

由系統(tǒng)原理可知，光電轉(zhuǎn)換器的靈敏度能對點火時間產(chǎn)生測試誤差，光電轉(zhuǎn)換器的作用原理上面已經(jīng)做了敘述，經(jīng)分析可知，光敏電阻在受到光通量的作用時，光電流持續(xù)增長并經(jīng)過一段時間后才能達(dá)到穩(wěn)定值，圖4表示了光敏電阻的照度—電阻與時延特性，光敏電阻的時延特性對晶閘管的可靠導(dǎo)通產(chǎn)生延遲，從而引入測試誤差。光敏電阻的時延特性與照度的強(qiáng)度有關(guān)，在一定條件下，照度越強(qiáng)，時間延遲越短，引入的測試誤差就越小。

圖4 光敏電阻的照度—電阻與時延特性

晶閘管的門極開通時間也對點火時間的測試產(chǎn)生誤差，但在該電路中可以不計，因為我們選用了快速晶閘管，它的開通時間通常在1μs左右。

圖5給出了我們在實際測試過程中雙路同步點火控制器啟動信號的波形（Ⅰ靶信號）和光電轉(zhuǎn)換器采集的信號波形（Ⅱ靶信號）。

圖5 現(xiàn)場實測波形

3 現(xiàn)場試驗結(jié)果

表1為該系統(tǒng)與原靶線法測試系統(tǒng)對電點火具點火時間的對比測試結(jié)果。

由表1可以看到，兩種方法獲得的數(shù)據(jù)基本一致，且光電靶法所測數(shù)據(jù)普遍小于靶線法所測數(shù)據(jù)，說明光電靶法測試系統(tǒng)對電點火具點火時間的測試帶來的誤差更小，證明本系統(tǒng)的設(shè)計是科學(xué)的，用本系統(tǒng)得到的測試結(jié)果是合理的。

表1 試驗結(jié)果 單位：ms

4 結(jié)語

光電轉(zhuǎn)換器中光敏電阻的選擇是一個技術(shù)難點，選擇時，既要保證足夠的靈敏度以減少系統(tǒng)對時間測試的誤差，又要使整個裝置在暴露的環(huán)境中不被自然光觸發(fā)；若用具有計算機(jī)控制的測時儀替代HG202型兩路測時儀，并設(shè)計相應(yīng)測試軟件，便可實現(xiàn)數(shù)據(jù)分析、異常值自動剔除、報告輸出等功能；設(shè)計不同的測試架可推廣應(yīng)用與其它點火具點火時間的測試，故具有很好的應(yīng)用前景。

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孫磊/1978年生/男/遼寧丹東人/本科/工程師/研究方向為各類火工品的檢驗測試