凌华科技高速数字化仪在火工品测试中的应用

　　挑战

　　火工品试验具有一定的危险性，因此，对系统的发火控制部分提出了很高的要求，点火控制器必须具有高可靠性，保证每次试验的可靠发火，同时，继电器的接触触电电阻要很小，不能影响产品发火性能;

　　——火工品输出性能测试属于瞬态测试，信号变化比较快，需要配置高速同步数据采集卡进行快速记录数据;

　　——火工品试验属于不可重复的试验，需要高可靠性的数据采集卡，保证每次试验的成功;

　　——火工品输出性能参数比较多，针对不同的产品性能，使用不同的传感器，需要配置灵活可变的信号调理模块;

　　——火工品试验需要时同步触发高速摄影机，因此要求采集卡具有TRIG IO接口去触发外围其他设备。

　　解决方案

　　以火工品多态参数测试系统的设计与实现为背景，通过了解和调研火工品输出性能参数的信号特点和常用的测试方法，分析和总结出准确测试火工品输出性能的仪器性能指标，选配了合适的压力、温度、推力等传感器、信号调理器、凌华PCI-9846D高速数据采集卡工控机等硬件设备，并根据用户要求设计出点火控制器，使系统不仅具备自检功能，提高了操作者进行发火试验的安全性，而且能够实现手/自动发火方式切换。采用LabVIEW软件开发平台，开发出一套火工品多态参数测试系统的数据采集与分析软件，系统具有程控设置信号调理器、数据采集与分析处理、数据保存、回放、生成报告等功能。

　　火工品是装有火药或者炸药，受到外界刺激后产生燃烧或爆炸，以引燃火药、引爆炸药或做机械功的一次性使用的元器件和装置的总称。它常用于引燃火药、引爆炸药，还可作为小型驱动装置，用以快速打开活门、解除保险及火箭级间分离等。

　　根据民用爆破器材术语GB\T 4659-2003规定，火工品一般有以下几种分类方法[1]。

　　火工品按输出特性可分为引燃火工品、引爆火工品、其他火工品三大类，详见表1。

　　表1 火工品按输出特性分类表

　　火工品按结构的状况可分为简单火工品和复杂火工品两大类。

　　火工品可以分为机械能激发、热能激发、电能激发、光能激发、化学能激发、爆轰能激发六大输入激发能形式。从火工品输入激发能形式进行分类，详见表2。

　　表2 火工品按输入能源特性分类表

　　火工品的输出性能参数有很多，包括压力、推力、温度、冲击加速度、位移、作用时间、桥路熔断时间、延期时间等。这些性能参数的获取方法是通过给被测试火工品提供足够的电压和电流去激发火工品作用，同时记录下火工品输出的各种参数。为了实现用一套设备对多种火工品的多项性能进行测试，更好、更充分的利用测试系统，因此有必要设计一种适用于多种火工品性能检测的综合测试系统。这样就可以在一次试验过程中获得产品输出性能的多个参数值，为产品性能设计和作用机理研究提供了丰富的信息量，对提高火工品设计质量和降低研制成本具有重要的参考价值[2]。

　　面临问题

　　火工品试验具有一定的危险性，因此，对系统的发火控制部分提出了很高的要求，点火控制器必须具有高可靠性，保证每次试验的可靠发火，同时，继电器的接触触电电阻要很小，不能影响产品发火性能;

　　——火工品输出性能测试属于瞬态测试，信号变化比较快，需要配置高速同步数据采集卡进行快速记录数据;

　　——火工品试验属于不可重复的试验，需要高可靠性的数据采集卡，保证每次试验的成功;

　　——火工品输出性能参数比较多，针对不同的产品性能，使用不同的传感器，需要配置灵活可变的信号调理模块;

　　——火工品试验需要时同步触发高速摄影机，因此要求采集卡具有TRIG IO接口去触发外围其他设备。

　　解决方案

　　根据需要搭建测试系统的要求，经过对市场上相关产品的调研，选择以DEWETRON公司的信号调理模块和凌华公司的PCI-9846D高速数据采集卡基础，并自制点火控制器快速开发出了适合多种火工品试验的仪器。

　　图1 系统结构图

　　本系统由传感器、信号调理器、工控机、点火控制器等设备组成。工作过程如下：当工控机通过USB口控制点火控制器闭合继电器时，火工品就处于发火状态，此时，产品桥丝会在瞬间熔断产生一个短脉冲电压信号，即桥丝熔断信号和产品作用的压力或者推力等信号。用不同的传感器去测试相应的物理信号，传感器输出微弱的电压或电荷信号到信号调理器，信号调理器利用放大器将微弱信号放大到5V，并滤除高频信号，放大器的放大倍数和滤波频率由工控机通过RS-485总线进行控制设置。经过调理后的信号就可以用采集卡进行读取，而信号变化速度非常快，所以采用高速卡进行测量。测试完毕后，就可以在本系统软件中进行数据处理与分析、保存数据、生成报告的操作。