凌华科技PCI-9846D高速数字化仪在火工品测试中的应用

2013年01月10日11:57:20 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

关键字：应用电源数字工控工控机传感器可靠性

作者：汤金伟，男，1983年5月，北京森罗南华科技有限公司，助理工程师，中国石油大学（北京）机械电子工程专业，现从事于测控系统集成工作。

一、应用背景

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。

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。

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]。

二、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。

三、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。

1. 信号调理器

为了满足技术要求中数据采集系统的4通道可以任意连接不同的传感器的要求，即实现万能通道的功能，本系统的信号调理器选择奥地利Dewetron公司的DEWE-31-16信号调理器[3]。

（1）放大器主要性能指标：

· 输入量程从±2.5mV到±10V程控可调；

· 可以程控输出0~12V的激励电压；

· 可以为1/2或者1/4桥应变传感器提供内部桥路补偿；

· 内部包含50K和100K的并联电阻；

· 支持TEDS传感器。

图2 放大器

（2）滤波板主要性能指标：

· 16通道2阶低通滤波；

· 低噪声滤波设计；

· 各个通道独立设置滤波频率功能；

· 由程控放大器直接控制；

· 滤波频率100Hz，1KHz，10KHz，30KHz，100KHz。

图3 滤波板

2. 采集卡---PCI-9846D高速采集卡[4]

· 4通道同步采样，每通道较高采样率可同时达到40MSps；

· A/D分辨率：16位；

· 通道耦合方式：DC；

· 输入阻抗：可以软件设置50欧姆或者1M欧姆；

· 时钟：本地时钟、外部时钟、总线时钟、PCI 40MHz；

· 触发方式：预触发、后触发、中间触发、延迟触发；

· 触发电平：触发电平在量程范围内256级程控设置，外触发电平是TTL电平；

· 触发源：软件触发、数字IO口触发、通道触发；

· 板载内存：512M；

图4 PCI-9846D

3. 点火控制器

点火控制器是为了实现系统在测试火工品时，调节发火电流，自检回路连接情况以及用于产品发火的功能。

图5 点火控制器原理图

当产品选择用恒流源发火时，需要调节好产品的发火电流，首先，用低阻测试仪测量产品的电阻，根据这个阻值，调节模拟产品电阻的滑动变阻器R7，用它来代替产品电阻进行电流的调节，然后根据电源的电压旋钮和外接的滑动变阻器RP2，调节发火电流至设计值。

当产品选择用电容发火时，首先要把S1开关拨向充电状态，由干电池给电容充电，通过查看静电电压表看电容的电量，待充满后，把S1拨向放电状态准备发火。

在发火之前，要进行自检，即检查整个发火线路是否连接正常。方法是在保证产品不被激发的条件下，闭合自检回路的继电器，让电流通过回路看其是否有数值。根据产品的特性，自检电流必须小于5mA才能确保产品不作用。因此，根据产品的较大发火电压就可以计算出自检回路所需串联的电阻大小

凌华科技PCI-9846D高速数字化仪在火工品测试中的应用

一、应用背景

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