火藥水分在線檢測(cè)技術(shù)研究

郭金寶 邢澤民

河北省石家莊市井陘縣天長鎮(zhèn)南關(guān)村92207部隊(duì)

前言：火藥類物品在生產(chǎn)應(yīng)用過程中，水分含量作為重要的技術(shù)衡量指標(biāo)，被納入火藥產(chǎn)品的必備檢測(cè)項(xiàng)目環(huán)節(jié)，并對(duì)火藥類產(chǎn)品水分含量進(jìn)行嚴(yán)格控制。火藥產(chǎn)品的水含量一旦超標(biāo)，其整體質(zhì)量也會(huì)下降，爆炸性能受到很大的影響，如果質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，會(huì)造成半爆或者不爆的不良現(xiàn)象，所以水分含量會(huì)對(duì)火藥的性能產(chǎn)生直接的影響，甚至導(dǎo)致火藥產(chǎn)品功能失效。

一、在線監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)原理與方法

當(dāng)前對(duì)于火藥產(chǎn)品進(jìn)行在線檢測(cè)過程中通常采用的是電測(cè)法，主要包含電容法、激光法、紅外法以及電阻法等方法，基礎(chǔ)原理為針對(duì)火藥產(chǎn)品當(dāng)中不同的含水量情況，對(duì)物品的電磁性能產(chǎn)生不同程度的影響，如磁導(dǎo)率、介電常數(shù)等參數(shù)，不同的方法主要是對(duì)其實(shí)際具體敏感量進(jìn)行具體測(cè)量，并進(jìn)一步計(jì)算物料當(dāng)中的實(shí)際含水量。

電磁波在導(dǎo)電媒介當(dāng)中進(jìn)行傳播時(shí)，振幅會(huì)根據(jù)實(shí)際的距離逐漸增加，而指數(shù)規(guī)律會(huì)慢慢衰減，也影響著波在實(shí)際傳播中相位逐漸發(fā)生改變的快慢情況。因?yàn)榛鹚幃?dāng)中的電導(dǎo)率相對(duì)比較小，相差也不大，兩者之間的磁導(dǎo)率大致相同，且同屬于小量，在高頻狀況下，衰減因子的實(shí)際數(shù)值也會(huì)逐漸變小，電磁波衰減程度不明顯，激光法、電阻法以及紅外法等主要是測(cè)量衰減幅度，以上方法不適用于火藥含水量測(cè)量。

電容法與微波諧振法主要是測(cè)量相位敏感量，并查看振幅變化情況，因?yàn)槲⒉l率比較高，并且需要進(jìn)行掃頻，所以，從實(shí)際測(cè)量的復(fù)雜程度與靈敏度等方面進(jìn)行綜合分析與對(duì)比，都遠(yuǎn)不如電容法。通過實(shí)驗(yàn)可得知，電容法和其他電測(cè)方法相比較，具有明顯的優(yōu)勢(shì)，所以，此次進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究過程中主要采用的是電容法。

二、系統(tǒng)的主要組成與工作原理

具有一定檢測(cè)功能的軟硬件系統(tǒng)核心主要包含檢測(cè)電路、數(shù)據(jù)采集、計(jì)算機(jī)以及傳感器，在檢測(cè)電路當(dāng)中也包括自動(dòng)平衡裝置、單片機(jī)、前置放大功能、可調(diào)節(jié)放大、濾波以及相敏檢波等模塊。數(shù)據(jù)采集卡主要采用的是四通道數(shù)據(jù)采集卡，通過VC開發(fā)檢測(cè)軟件，能夠滿足檢測(cè)參數(shù)的具體設(shè)定，實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)信號(hào)的記錄、處理以及實(shí)際含水量的顯示與報(bào)警等功能[1]。

三、電橋與前置放大電路

電容傳感器作為電橋的橋臂，調(diào)節(jié)電容會(huì)使得橋路逐漸平衡，且輸出電壓幾乎為零，傳感器電容逐漸發(fā)生變化的情況下，電橋慢慢失去平衡，輸出與電容呈正比的電壓信號(hào)，并經(jīng)過放大電路慢慢放大，通常情況下，交流電源頻率是被測(cè)信號(hào)的5-10倍左右，該集團(tuán)當(dāng)中交流電源頻率實(shí)際范圍在0-5MHz。

四、可調(diào)增益放大電路設(shè)計(jì)

可調(diào)增益放大電路主要是由AD603級(jí)聯(lián)而成，主要采用90MHz寬帶進(jìn)行連接，每片實(shí)際增益范圍在-10dB～30dB。

五、對(duì)水分檢測(cè)產(chǎn)生影響的物理因素簡析

主要針對(duì)實(shí)際溫度、水分、緊實(shí)度等參數(shù)進(jìn)行了綜合全面分析，并選擇火藥物料為樣品，電容檢測(cè)電路主要選擇線性變換電路，樣品電容值和電壓成正比，將樣品陸續(xù)倒進(jìn)容積裝置當(dāng)中，并取出樣品，稱得具體質(zhì)量，之后通過相同的方法再倒入傳感器裝置當(dāng)中，選擇在10、15、20℃溫度環(huán)境下，并對(duì)數(shù)據(jù)結(jié)果進(jìn)行分析，得出以下結(jié)論。

1.水分和電壓之間的關(guān)系，火藥電容值變化主要是表現(xiàn)水分實(shí)際變化方面，電容值的實(shí)際變化不僅僅只是依靠火藥水分決定的，火藥水分是重要的決定因素，通過采樣數(shù)據(jù)可得出，樣品中的水分逐漸升高的情況下，檢測(cè)輸出電壓也會(huì)慢慢升高，電壓和水分之間的函數(shù)主要為單調(diào)增值函數(shù)，并非線性函數(shù)，從擬合曲線能夠看出，其有兩個(gè)拐點(diǎn)，且拐點(diǎn)間，電壓上升相對(duì)平穩(wěn)，拐點(diǎn)之外，電壓變化相對(duì)較大，當(dāng)水分增加，樣品電容值也會(huì)逐漸增大[2]。

2.電壓和溫度的關(guān)系，在進(jìn)行實(shí)際檢測(cè)過程中，樣品的溫度也會(huì)對(duì)實(shí)際的檢測(cè)結(jié)果產(chǎn)生極大的影響，從結(jié)果能夠看出，在相同含水量樣品當(dāng)中，溫度在不斷升高的同時(shí)，電容值也會(huì)不斷增大，檢測(cè)電路輸出電壓不斷升高。溫度逐漸下降到零下時(shí)，樣品當(dāng)中自由水會(huì)逐漸被凍結(jié)，樣品電容值也會(huì)不斷發(fā)生改變，因此，在進(jìn)行火藥水分檢測(cè)過程中，溫度如果小于或等于0℃時(shí)，應(yīng)當(dāng)保障其溫度符合正常檢測(cè)范圍之內(nèi)，這樣才能夠保障檢測(cè)結(jié)果精準(zhǔn)性。

3.水分和定容積質(zhì)量的關(guān)系：在通過電容法進(jìn)行檢測(cè)過程中，樣品的緊實(shí)度也是極為重要的影響因素，會(huì)對(duì)結(jié)果產(chǎn)生很大的影響，因此，在進(jìn)行取樣過程中，一定要保障樣品緊實(shí)度具有代表性[3]。

六、實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

在15攝氏度狀態(tài)下，輸出電壓和水分?jǐn)M合曲線以及數(shù)據(jù)結(jié)果可得出，樣品的水分逐漸升高的情況下，其輸出電壓也會(huì)逐漸升高，水分和電壓的實(shí)際函數(shù)值為單調(diào)增值函數(shù)，并不是非線性函數(shù)。從擬合曲線狀況能夠看出，其有兩個(gè)拐點(diǎn)，并且在兩個(gè)拐點(diǎn)間，電壓呈平穩(wěn)上升的趨勢(shì)，在兩個(gè)拐點(diǎn)之后，電壓變化比較顯著，當(dāng)水分增加時(shí)，樣品的實(shí)際電容值也會(huì)不斷增加。

七、結(jié)束語

通過對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合對(duì)比分析，此次進(jìn)行試驗(yàn)研究的電容法在進(jìn)行含水量測(cè)量過程中，分辨率相對(duì)較高，能夠高效進(jìn)行水分在線檢測(cè)任務(wù)。