凌華科技PCI-9846D高速數(shù)字化儀在火工品測試中的應(yīng)用

2013年01月10日11:57:20 本網(wǎng)站我要評論(2)字號：T | T | T

關(guān)鍵字：應(yīng)用電源數(shù)字工控工控機傳感器可靠性

作者：湯金偉，男，1983年5月，北京森羅南華科技有限公司，助理工程師，中國石油大學(xué)（北京）機械電子工程專業(yè)，現(xiàn)從事于測控系統(tǒng)集成工作。

一、應(yīng)用背景

火工品是裝有火藥或者炸藥，受到外界刺激后產(chǎn)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(qū)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(jù)民用爆破器材術(shù)語GB\T 4659-2003規(guī)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。

火工品按結(jié)構(gòu)的狀況可分為簡單火工品和復(fù)雜火工品兩大類。

火工品可以分為機械能激發(fā)、熱能激發(fā)、電能激發(fā)、光能激發(fā)、化學(xué)能激發(fā)、爆轟能激發(fā)六大輸入激發(fā)能形式。從火工品輸入激發(fā)能形式進行分類，詳見表2。

火工品的輸出性能參數(shù)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(shù)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(fā)火工品作用，同時記錄下火工品輸出的各種參數(shù)。為了實現(xiàn)用一套設(shè)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(tǒng)，因此有必要設(shè)計一種適用于多種火工品性能檢測的綜合測試系統(tǒng)。這樣就可以在一次試驗過程中獲得產(chǎn)品輸出性能的多個參數(shù)值，為產(chǎn)品性能設(shè)計和作用機理研究提供了豐富的信息量，對提高火工品設(shè)計質(zhì)量和降低研制成本具有重要的參考價值[2]。

二、面臨問題

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

火工品輸出性能測試屬于瞬態(tài)測試，信號變化比較快，需要配置高速同步數(shù)據(jù)采集卡進行快速記錄數(shù)據(jù)；

火工品試驗屬于不可重復(fù)的試驗，需要高可靠性的數(shù)據(jù)采集卡，保證每次試驗的成功；

火工品輸出性能參數(shù)比較多，針對不同的產(chǎn)品性能，使用不同的傳感器，需要配置靈活可變的信號調(diào)理模塊；

火工品試驗需要時同步觸發(fā)高速攝影機，因此要求采集卡具有TRIG IO接口去觸發(fā)外圍其他設(shè)備。

三、解決方案

根據(jù)需要搭建測試系統(tǒng)的要求，經(jīng)過對市場上相關(guān)產(chǎn)品的調(diào)研，選擇以DEWETRON公司的信號調(diào)理模塊和凌華公司的PCI-9846D高速數(shù)據(jù)采集卡基礎(chǔ)，并自制點火控制器快速開發(fā)出了適合多種火工品試驗的儀器。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

本系統(tǒng)由傳感器、信號調(diào)理器、工控機、點火控制器等設(shè)備組成。工作過程如下：當(dāng)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(fā)火狀態(tài)，此時，產(chǎn)品橋絲會在瞬間熔斷產(chǎn)生一個短脈沖電壓信號，即橋絲熔斷信號和產(chǎn)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(yīng)的物理信號，傳感器輸出微弱的電壓或電荷信號到信號調(diào)理器，信號調(diào)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(shù)和濾波頻率由工控機通過RS-485總線進行控制設(shè)置。經(jīng)過調(diào)理后的信號就可以用采集卡進行讀取，而信號變化速度非�？欤圆捎酶咚倏ㄟM行測量。測試完畢后，就可以在本系統(tǒng)軟件中進行數(shù)據(jù)處理與分析、保存數(shù)據(jù)、生成報告的操作。

1. 信號調(diào)理器

為了滿足技術(shù)要求中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的4通道可以任意連接不同的傳感器的要求，即實現(xiàn)萬能通道的功能，本系統(tǒng)的信號調(diào)理器選擇奧地利Dewetron公司的DEWE-31-16信號調(diào)理器[3]。

（1）放大器主要性能指標：

· 輸入量程從±2.5mV到±10V程控可調(diào)；

· 可以程控輸出0~12V的激勵電壓；

· 可以為1/2或者1/4橋應(yīng)變傳感器提供內(nèi)部橋路補償；

· 內(nèi)部包含50K和100K的并聯(lián)電阻；

· 支持TEDS傳感器。

圖2 放大器

（2）濾波板主要性能指標：

· 16通道2階低通濾波；

· 低噪聲濾波設(shè)計；

· 各個通道獨立設(shè)置濾波頻率功能；

· 由程控放大器直接控制；

· 濾波頻率100Hz，1KHz，10KHz，30KHz，100KHz。

圖3 濾波板

2. 采集卡---PCI-9846D高速采集卡[4]

· 4通道同步采樣，每通道較高采樣率可同時達到40MSps；

· A/D分辨率：16位；

· 通道耦合方式：DC；

· 輸入阻抗：可以軟件設(shè)置50歐姆或者1M歐姆；

· 時鐘：本地時鐘、外部時鐘、總線時鐘、PCI 40MHz；

· 觸發(fā)方式：預(yù)觸發(fā)、后觸發(fā)、中間觸發(fā)、延遲觸發(fā)；

· 觸發(fā)電平：觸發(fā)電平在量程范圍內(nèi)256級程控設(shè)置，外觸發(fā)電平是TTL電平；

· 觸發(fā)源：軟件觸發(fā)、數(shù)字IO口觸發(fā)、通道觸發(fā)；

· 板載內(nèi)存：512M；

圖4 PCI-9846D

3. 點火控制器

點火控制器是為了實現(xiàn)系統(tǒng)在測試火工品時，調(diào)節(jié)發(fā)火電流，自檢回路連接情況以及用于產(chǎn)品發(fā)火的功能。

圖5 點火控制器原理圖

當(dāng)產(chǎn)品選擇用恒流源發(fā)火時，需要調(diào)節(jié)好產(chǎn)品的發(fā)火電流，首先，用低阻測試儀測量產(chǎn)品的電阻，根據(jù)這個阻值，調(diào)節(jié)模擬產(chǎn)品電阻的滑動變阻器R7，用它來代替產(chǎn)品電阻進行電流的調(diào)節(jié)，然后根據(jù)電源的電壓旋鈕和外接的滑動變阻器RP2，調(diào)節(jié)發(fā)火電流至設(shè)計值。

當(dāng)產(chǎn)品選擇用電容發(fā)火時，首先要把S1開關(guān)撥向充電狀態(tài)，由干電池給電容充電，通過查看靜電電壓表看電容的電量，待充滿后，把S1撥向放電狀態(tài)準備發(fā)火。

在發(fā)火之前，要進行自檢，即檢查整個發(fā)火線路是否連接正常。方法是在保證產(chǎn)品不被激發(fā)的條件下，閉合自檢回路的繼電器，讓電流通過回路看其是否有數(shù)值。根據(jù)產(chǎn)品的特性，自檢電流必須小于5mA才能確保產(chǎn)品不作用。因此，根據(jù)產(chǎn)品的較大發(fā)火電壓就可以計算出自檢回路所需串聯(lián)的電阻大小

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一、應(yīng)用背景

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