一种无源激活器激励能量仿真研究

顾浩卿，张璐华，梅志伟

(上海机电工程研究所，上海，201109)

0 引言

对于电激活类火工品(电起爆器、电点火头等)而言，激活方式主要是通过有源激励信号施加于火工品之上，当激活电流和持续时间满足火工品的激活指标要求即可激活[1]。有源激励的弊端在于所处环境条件，若无法获取有源激励所需用电，则无法正常激活火工品，在此种条件下，无源激活器激励方式应运而生。无源激活器是一种用于便携式过程中的火工品激活装置[2]，优点在于便于携带，可重复使用且无需维护保养。但是无源激活器的激励能量主要靠人力触发，激活信号是脉冲信号，为非规则波形，较难量化计算，本文主要通过一种激励能量积分仿真方式计算获取火工品不同激活信号条件下所需激励能量的等效值[3]，从而为无源激活器激励能量匹配火工品发火能量的设计提供良好辅助基础。

1 无源激活器激励能量仿真研究

1.1 无源激活器激励原理

无源激活器激励原理是法拉第电磁感应定律，在均匀磁场中导体运动切割磁感线[4]，从而在闭合回路的线圈中产生感应电动势，E=1/2BL2ω(E-感应电动势，B-磁感强度，L-导体长度，ω-导体转动切割磁感线的角速度)，则作用于火工品上的感应电流为I=E/(R0+R)(I-感应电流，R0-线圈内阻，R-火工品阻值)。若无源激活器的激励能量大于火工品的发火能量，则火工品被可靠激活。

1.2 无源激活器激励能量仿真计算

由图1可知，无源激活器产生的激励能量为一维空间中的高斯波形[5]，故可套用一阶高斯函数公式，进行激励能量的积分计算。

图1 无源激活器激励能量波形

(1)高斯函数

高斯函数定义如下

其中a,b,c为对应的参数。高斯函数是一个钟形曲线。其中参数a控制函数的幅度。参数b控制钟形曲线的水平位置，参数c反应钟形曲线的宽度。

一维正态分布

使用Matlab仿真计算软件，以某工程用电点火头700mA/10ms，阻值范围0.4Ω～1.5Ω，可靠发火能量P=I2Rt(P-火工品可靠发火能量，I-激活电流，R-火工品阻值，t-激活持续时间)为例，仿真计算无源激活器在输出激活电压0.7V～2.0V，激活脉冲宽度10ms～17ms范围内的激励能量，代入一阶高斯函数公式，编程如下：

则可得无源激活器激励能量如表1所示。

某工程用电点火头(可靠激活指标：700mA电流，持续10ms，装机火工品阻值范围：0.4Ω～1.5Ω)可靠发火能量：P=I2Rt(P-发火能量，I-发火电流，R-火工品阻值，t-激活持续时间)，理论计算可靠发火能量为P=1.96mJ～7.35mJ。

则查表1-1可得，当无源激活器的激活信号大于1.7V/10ms则能够完全满足某工程用电点火头的发火能量要求[6]。

表1 激活器激励能量仿真计算表

2 研究结论及展望

由仿真结果可知，若要达到无源激活器激励能量的要求，则根据法拉第电磁感应定律，减小无源激活器线圈内阻R0、增加磁感强度B、增加导体长度L、增加角速度ω均可增加无源激活器的激励能量从而可靠激活火工品，此种激励能量仿真计算方法有效的辅助了无源激活器的设计[7]。在无源激活器领域，应可大为广泛的进行实际应用及辅助设计。