光电靶法点火时间测试系统

孙磊

海军装备部，山西太原，030027

光电靶法点火时间测试系统

孙磊

海军装备部，山西太原，030027

本文介绍了光电靶法点火时间测试系统的构成和测试原理。本系统运用光电转换器作为信号采集的初始器件，配用点火同步控制器和测时仪器，使整个测试过程简便、高效、稳定、可靠。

光电靶法；点火时间；测试系统

某电点火具在性能测试项目中，要进行点火时间的准确测定，以确定点火特性是否满足指标要求。点火时间测定一般有靶线法和光电靶法两种。所谓靶线法，就是采用熔断丝、镀银铜丝等作为区截装置，其平时呈接通状态，使测试仪的输入电路处于低电位，当电点火具作用时，区截装置瞬时断开，使测时仪的输入电路呈高电位，即产生一个正的阶跃脉冲来触发测时仪计时。而光电靶法是以光电器件（能够将光量转换为电量的一种器件）为检测元件，当电点火具作用时产生强光，使光电器件特性瞬时发生变化，信号采集电路产生脉冲来作用于测时仪，实现点火时间的测定。

以某电点火具为例，在其科研试制阶段点火时间的测定是采用由熔断丝构成的靶线法进行的。转入生产阶段后发现该方法要求检测人员必须具有足够的经验才能完成，否则由于熔断丝缠绕的松紧程度、绑扎位置以及熔断丝的选择或电点火具作用后产生的残渣对下一发的接线质量的影响等因素，会造成数据失真。另外，该方法操作烦琐，耗时长，劳动强度大。本文介绍的光电靶法点火时间测试系统是在抛弃了原方法的测试理念前提下，运用光电转换原理和晶闸管的开关特性设计的。

图1 系统测试原理框图

1 系统原理及硬件设计

系统测试原理框图如图1所示。测试系统主要由电源、控制器、测时仪和光电转换器构成。具体工作过程为双投刀开关闭合，按下双路同步点火控制器“启动”按钮，给电点火具通电，同时产生一个脉冲形成Ⅰ靶信号，启动测时仪开始计时，电点火具作用后产生的强光使光电转换器产生一个脉冲形成Ⅱ靶信号输入测时仪，停止计时,即可实现点火时间的测定。其中供电电源选用具有稳流作用的直流电源，以保证电点火具的发火电流。双路同步点火控制器保证电点火具瞬时发火，以消弱电路接通过程的时间延迟对电点火具点火时间测定产生的影响。双投刀开关用于系统中晶闸管的关断。

图2 光电转换器电路图

1.1 光电转换器

光电转换器电路如图2所示。电路供电由接入测时仪信号端固有的12V 40mA供给，不需另外配接专用电源，当电路中的光敏电阻受到电点火具作用产生的强光照射时，光敏电阻的电阻值改变，电路电流增大，给晶闸管门极施加了正向电压，当流入门极一定的电流时，晶闸管导通，产生脉冲使测试仪动作。光敏电阻选用钝感型光敏电阻，以避开日光的误触发。晶闸管选用单向快速晶闸管，以利于产生下降沿陡峭的负脉冲信号，使测时仪内部触发电路可靠触发。

图3 双路同步点火控制器电路图

1.2 双路同步点火控制器

图3为双路同步点火控制器的电路图。该器件用于实现点火具点火和测时仪启动的同步功能。它的工作原理是：按下控制器的“启动”按钮，给晶闸管的门极施加了正向电压，回路中即产生较强的触发电流，使晶闸管可靠导通，导通后恒定的点火电流作用在电点火具的电点火头上，由电能转换为热能使电点火具瞬时发火。发火的同时，晶闸管导通产生的脉冲信号接入测时仪，使仪器启动开始准确计时。电路中，VD1、VD2能够阻隔点火电压和测时仪信号输入端12V电压的相互干扰。K用于关断已导通的晶闸管便于下一发的正常测试。晶闸管选用单向晶闸管，它能产生下降时间在20ns以下的负脉冲信号，保证整个电路由闭合至导通的持续时间足够小。

2 系统对测试结果影响环节的分析

由系统原理可知，光电转换器的灵敏度能对点火时间产生测试误差，光电转换器的作用原理上面已经做了叙述，经分析可知，光敏电阻在受到光通量的作用时，光电流持续增长并经过一段时间后才能达到稳定值，图4表示了光敏电阻的照度—电阻与时延特性，光敏电阻的时延特性对晶闸管的可靠导通产生延迟，从而引入测试误差。光敏电阻的时延特性与照度的强度有关，在一定条件下，照度越强，时间延迟越短，引入的测试误差就越小。

图4 光敏电阻的照度—电阻与时延特性

晶闸管的门极开通时间也对点火时间的测试产生误差，但在该电路中可以不计，因为我们选用了快速晶闸管，它的开通时间通常在1μs左右。

图5给出了我们在实际测试过程中双路同步点火控制器启动信号的波形（Ⅰ靶信号）和光电转换器采集的信号波形（Ⅱ靶信号）。

图5 现场实测波形

3 现场试验结果

表1为该系统与原靶线法测试系统对电点火具点火时间的对比测试结果。

由表1可以看到，两种方法获得的数据基本一致，且光电靶法所测数据普遍小于靶线法所测数据，说明光电靶法测试系统对电点火具点火时间的测试带来的误差更小，证明本系统的设计是科学的，用本系统得到的测试结果是合理的。

表1 试验结果 单位：ms

4 结语

光电转换器中光敏电阻的选择是一个技术难点，选择时，既要保证足够的灵敏度以减少系统对时间测试的误差，又要使整个装置在暴露的环境中不被自然光触发；若用具有计算机控制的测时仪替代HG202型两路测时仪，并设计相应测试软件，便可实现数据分析、异常值自动剔除、报告输出等功能；设计不同的测试架可推广应用与其它点火具点火时间的测试，故具有很好的应用前景。

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孙磊/1978年生/男/辽宁丹东人/本科/工程师/研究方向为各类火工品的检验测试