凌華科技高速數字化儀在火工品測試中的應用

　　挑戰

　　火工品試驗具有一定的危險性，因此，對系統的發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火，同時，繼電器的接觸觸電電阻要很小，不能影響產品發火性能;

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

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

　　——火工品輸出性能參數比較多，針對不同的產品性能，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高速攝影機，因此要求采集卡具有TRIG IO接口去觸發外圍其他設備。

　　解決方案

　　以火工品多態參數測試系統的設計與實現為背景，通過了解和調研火工品輸出性能參數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高速數據采集卡工控機等硬件設備，并根據用戶要求設計出點火控制器，使系統不僅具備自檢功能，提高了操作者進行發火試驗的安全性，而且能夠實現手/自動發火方式切換。采用LabVIEW軟件開發平臺，開發出一套火工品多態參數測試系統的數據采集與分析軟件，系統具有程控設置信號調理器、數據采集與分析處理、數據保存、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。

　　根據民用爆破器材術語GB\T 4659-2003規定，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、熱能激發、電能激發、光能激發、化學能激發、爆轟能激發六大輸入激發能形式。從火工品輸入激發能形式進行分類，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火工品作用，同時記錄下火工品輸出的各種參數。為了實現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，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。這樣就可以在一次試驗過程中獲得產品輸出性能的多個參數值，為產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，對系統的發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火，同時，繼電器的接觸觸電電阻要很小，不能影響產品發火性能;

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

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

　　——火工品輸出性能參數比較多，針對不同的產品性能，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高速攝影機，因此要求采集卡具有TRIG IO接口去觸發外圍其他設備。

　　解決方案

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

　　圖1 系統結構圖

　　本系統由傳感器、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，火工品就處于發火狀態，此時，產品橋絲會在瞬間熔斷產生一個短脈沖電壓信號，即橋絲熔斷信號和產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，放大器的放大倍數和濾波頻率由工控機通過RS-485總線進行控制設置。經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，就可以在本系統軟件中進行數據處理與分析、保存數據、生成報告的操作。