本發(fā)明涉及一種航天器火工品線路電子等效測(cè)試裝置，屬于航天器火工品起爆測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

航天器發(fā)射前，要對(duì)航天器上火工品起爆線路進(jìn)行測(cè)試。傳統(tǒng)的火工品起爆測(cè)試是用真實(shí)火工品起爆完成，測(cè)試人員肉眼觀查起爆結(jié)果，根據(jù)起爆結(jié)果得出是否能夠正常起爆的結(jié)論，即只有是與否的定性判斷，對(duì)起爆電壓、電流值、線路中橋絲電阻值變化量等定量指標(biāo)無(wú)法測(cè)得。

隨著電子在線測(cè)試技術(shù)的不斷發(fā)展，火工品等效器在火工品起爆測(cè)試中逐漸得到應(yīng)用?；鸸て返刃鞣譃閮煞N，一種是傳統(tǒng)火工品等效器，另一種是傳統(tǒng)電子火工品等效測(cè)試裝置。傳統(tǒng)火工品等效器內(nèi)部有一個(gè)電阻，阻值約為千歐量級(jí)，接入到火工品起爆線路中，當(dāng)檢測(cè)到線路中的火工品起爆電流后，通過(guò)等效器中電阻進(jìn)行分壓采集，進(jìn)行指示燈顯示。傳統(tǒng)火工品等效器只能檢測(cè)起爆線路中能否正常接收起爆電流，但具體起爆電流值、電壓值大小無(wú)法測(cè)得，對(duì)于火工品起爆測(cè)試的具體參數(shù)情況無(wú)法進(jìn)行詳細(xì)分析。傳統(tǒng)電子火工品等效測(cè)試裝置在傳統(tǒng)火工品等效器的基礎(chǔ)上，采用FPGA、

CPLD、單片機(jī)等控制器件作為MCU控制單元，霍爾傳感器為測(cè)量器件，對(duì)起爆線路中電壓值、電流值進(jìn)行采集，可以在傳統(tǒng)火工品等效器檢測(cè)起爆線路能否正常接收起爆電流的基礎(chǔ)上，還能對(duì)電流值和電壓值參數(shù)進(jìn)行具體測(cè)量，對(duì)起爆電流供電品質(zhì)進(jìn)行具體分析。

上述兩種火工品測(cè)試裝置不足之處如下：傳統(tǒng)火工品等效器只能測(cè)試起爆線路的通斷，不能對(duì)起爆電流、起爆電壓值進(jìn)行測(cè)試。由于不同型號(hào)上電源系統(tǒng)電纜網(wǎng)長(zhǎng)度不同，造成電纜阻值不同，對(duì)起爆線路中電流值會(huì)造成影響，若起爆電流過(guò)小，可能造成線路無(wú)法正常起爆。使用傳統(tǒng)火工品等效器，可能出現(xiàn)起爆線路能夠正常連通，即火工品等效器上能夠正常接收到起爆電流，指示燈顯示正常，但實(shí)際起爆線路中由于電纜網(wǎng)阻值較高，線路中實(shí)際起爆電流較小，使得火工品起爆電流達(dá)不到起爆水平，火工品無(wú)法正常起爆。所以，傳統(tǒng)火工品等效器存在電流、電壓值測(cè)不到等缺陷，火工品起爆試驗(yàn)中測(cè)試覆蓋性差，發(fā)生故障后，無(wú)法進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，難以查找故障原因。

傳統(tǒng)電子火工品等效測(cè)試裝置，在傳統(tǒng)火工品等效器基礎(chǔ)上，解決了火工品起爆測(cè)試中電流值、電壓值等具體參數(shù)無(wú)法采集的問(wèn)題，能夠?qū)y(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，便于開(kāi)展測(cè)試分析，進(jìn)行故障定位。但由于設(shè)計(jì)思路的局限性，傳統(tǒng)電子火工品等效測(cè)試裝置僅僅考慮了火工品起爆試驗(yàn)的理想測(cè)試流程，即火工品接收到起爆電流后正常起爆，火工品起爆充分，測(cè)試正常結(jié)束。但實(shí)際火工品起爆測(cè)試中，火工品接收到起爆電流后，由于火工品個(gè)體狀態(tài)差異(如阻值、溫度、濕度、材料特性等)，電纜網(wǎng)長(zhǎng)度、試驗(yàn)環(huán)境溫度等因素，可能會(huì)出現(xiàn)不能正常起爆的異常情況，包括火工品不起爆，起爆不充分造成粘連等異常情況。傳統(tǒng)電子火工品等效測(cè)試裝置無(wú)法對(duì)火工品起爆線路中橋絲電阻接收到起爆電流后，無(wú)法正常起爆的異常狀態(tài)進(jìn)行測(cè)試。由于無(wú)法模擬火工品起爆測(cè)試中完整的測(cè)試流程、測(cè)試覆蓋性差、存在異常狀態(tài)測(cè)不到、火工品起爆異常后電源系統(tǒng)工作情況無(wú)法掌控等關(guān)鍵設(shè)計(jì)缺陷。航天器在執(zhí)行飛行任務(wù)過(guò)程中，若發(fā)生火工品起爆異常，必然對(duì)電源系統(tǒng)、乃至整個(gè)航天器飛行任務(wù)的成敗造成不可估量的惡劣影響。

為克服真實(shí)火工品發(fā)火測(cè)試時(shí)，不可重復(fù)使用、測(cè)試成本高、在火工品起爆瞬間，發(fā)火線路中發(fā)火電流等狀態(tài)參數(shù)瞬時(shí)值不易采集，起爆后線路出現(xiàn)異常狀態(tài)難以掌握等缺點(diǎn)，需要一種火工品線路電子等效測(cè)試的技術(shù)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是：克服傳統(tǒng)分布式測(cè)試技術(shù)的不足，提供了一種航天器火工品線路電子等效測(cè)試裝置，解決了不可重復(fù)使用，測(cè)試經(jīng)濟(jì)性差等問(wèn)題、解決了真實(shí)火工品起爆測(cè)試中危險(xiǎn)性大的問(wèn)題、解決了真實(shí)火工品起爆測(cè)試過(guò)程中起爆電流等參數(shù)不易采集等問(wèn)題。

本發(fā)明的技術(shù)解決方案是：

一種航天器火工品線路電子等效測(cè)試裝置，包括：霍爾電流傳感器H1、第一三端穩(wěn)壓器、第二三端穩(wěn)壓器、直流電源、蜂鳴器、數(shù)碼管顯示電路、MCU芯片、保險(xiǎn)管M1、光耦隔離電路、固態(tài)功率控制器、電阻R1、R2和R3；

直流電源通過(guò)第一三端穩(wěn)壓器給霍爾電流傳感器H1供電，同時(shí)，直流電源還通過(guò)第二三端穩(wěn)壓器給MCU芯片和數(shù)碼管顯示電路供電；火工品起爆線路的正端通過(guò)保險(xiǎn)管M1連接到固態(tài)功率控制器的輸入端，霍爾電流傳感器H1測(cè)量火工品起爆通路的工作電流，并將采集到的電流值送入MCU芯片，MCU芯片將接收到的電流值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，之后通過(guò)數(shù)碼管顯示電路將電流值大小顯示出來(lái)，同時(shí)，MCU芯片還將模數(shù)轉(zhuǎn)換之后的電流值與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較，如果超出閾值范圍，則控制蜂鳴器報(bào)警；

固態(tài)功率控制器的輸出連接四個(gè)通路，第一通路為通過(guò)電阻R1連接到火工品起爆線路的負(fù)端，第二通路為通過(guò)電阻R2連接到火工品起爆線路的負(fù)端，第三通路為通過(guò)電阻R3連接到火工品起爆線路的負(fù)端，第四通路為直接連接到火工品起爆線路的負(fù)端；

MCU芯片根據(jù)預(yù)設(shè)的工作模式，通過(guò)光耦隔離電路控制固態(tài)功率控制器進(jìn)行通路切換。

所述電阻R1的阻值為1歐姆，最大耐受功率不低于100W，電阻R2的阻值為10歐姆，最大耐受功率不低于90W，電阻R3的阻值為100歐姆，最大耐受功率不低于9W。

固態(tài)功率控制器到火工品起爆線路負(fù)端之間的通路中，默認(rèn)接通的為第一通路，接通時(shí)間為從霍爾電流傳感器H1采集到起爆電流到之后的第

20ms，從第21ms到第200ms之間，MCU芯片控制固態(tài)功率控制器對(duì)第二通路、第三通路和第四通路進(jìn)行切換，或者M(jìn)CU芯片控制固態(tài)功率控制器斷路。

所述MCU芯片采用CPLD芯片、單片機(jī)芯片或者FPGA芯片實(shí)現(xiàn)。

還包括USB變換模塊，MCU芯片和上位機(jī)之間通過(guò)該USB模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

所述直流電源提供9V～12V之間的輸出。

火工品起爆線路的工作電壓為25V～31V。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：

(1)本發(fā)明使用固態(tài)功率控制器(SSPC)控制起爆線路的切換，即模擬真實(shí)火工品起爆中出現(xiàn)的各種工作狀態(tài)進(jìn)行切換，包括正常起爆、異常起爆后的火工品粘連(模擬存在粘連電阻10歐姆、100歐姆、短路)、異常無(wú)法起爆(即斷路)等情況，解決了測(cè)試覆蓋性低、部分測(cè)試狀態(tài)無(wú)法掌握等設(shè)計(jì)缺陷。

(2)本發(fā)明根據(jù)真實(shí)火工品起爆測(cè)試流程，編輯嵌入式測(cè)試軟件，模擬真實(shí)火工品起爆過(guò)程中異常狀態(tài)，進(jìn)行故障注入。實(shí)現(xiàn)MCU根據(jù)測(cè)試流程控制固態(tài)功率控制器(SSPC)進(jìn)行起爆線路狀態(tài)切換，實(shí)現(xiàn)火工品起爆測(cè)試全周期覆蓋的完整測(cè)試。

(3)本發(fā)明使用大功率電阻，即耐受100W功率的1歐姆、10歐姆、100歐姆電阻，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的小型化設(shè)計(jì)，并且達(dá)到火工品起爆重復(fù)性測(cè)試的目的。

(4)本發(fā)明使火工品起爆測(cè)試具備重復(fù)性，提高了測(cè)試的安全性，并具備可觀的經(jīng)濟(jì)性。同時(shí)，對(duì)火工品瞬時(shí)起爆時(shí)線路中起爆電流等不易采集的狀態(tài)參數(shù)可以嚴(yán)格掌控，存儲(chǔ)后上傳給上位機(jī)進(jìn)行直觀顯示。提高了火工品起爆線路的測(cè)試效率，降低了測(cè)試過(guò)程中的危險(xiǎn)性，在航天型號(hào)火工品起爆線路測(cè)試應(yīng)用中具備很好的推廣效應(yīng)

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明航天器火工品線路電子等效測(cè)試裝置電路原理圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)描述。

本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，設(shè)計(jì)了火工品線路電子等效測(cè)試裝置，用集成電路的方法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)火工品起爆電路中各項(xiàng)參數(shù)的檢測(cè)，并采用固態(tài)功率控制器(SSPC)觸點(diǎn)切換的方式選擇起爆電阻值(起爆通路)，模擬火工品起爆線路中正常狀態(tài)、短路、斷路以及其他異常工作狀態(tài)。解決了以往航天器火工品起爆電路測(cè)試中必須使用真實(shí)火工品所帶來(lái)的不可重復(fù)使用、危險(xiǎn)系數(shù)大、試驗(yàn)經(jīng)費(fèi)高、起爆電流大小檢測(cè)不到等具體問(wèn)題。

本發(fā)明火工品線路等效測(cè)試裝置模擬真實(shí)火工品接入起爆線路，對(duì)經(jīng)過(guò)等效器內(nèi)部模擬火工品橋絲電阻的起爆電流進(jìn)行測(cè)試，并通過(guò)數(shù)碼管進(jìn)行顯示，對(duì)短路、斷路等異常狀態(tài)進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警，并通過(guò)USB數(shù)據(jù)總線對(duì)上位機(jī)傳輸測(cè)試數(shù)據(jù)，在上位機(jī)上可以顯示測(cè)試結(jié)果、構(gòu)成波形圖、進(jìn)行存儲(chǔ)和打印。

火工品線路等效測(cè)試裝置具有不同工作模式選擇切換功能，在采集到正常發(fā)火電流后，經(jīng)過(guò)預(yù)定的時(shí)間間隔，可以對(duì)等效器內(nèi)部測(cè)試通路進(jìn)行模式切換，將正常模擬1歐姆火工品起爆橋絲電阻的測(cè)試通路按照預(yù)先選定的工作模式，切換為短路、斷路、橋絲電阻異常增加到10歐姆、橋絲電阻異常增加到100歐姆等四種特殊測(cè)試通路，并對(duì)這四種工作模式下測(cè)試通路中電流等狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行采集，并通過(guò)數(shù)碼管顯示電路進(jìn)行顯示，采集結(jié)果同時(shí)經(jīng)處理器分析后，對(duì)短路和斷路采集結(jié)果進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警處理。

不同工作模式的切換由四選一固態(tài)功率控制器(SSPC)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)。等效器接入起爆線路測(cè)試加電前，對(duì)工作模式選擇開(kāi)關(guān)的狀態(tài)進(jìn)行調(diào)整，選取合適的工作模式后，火工品起爆測(cè)試后會(huì)進(jìn)行自動(dòng)切換。工作模式中10歐姆電阻、100歐姆電阻采用功率電阻實(shí)現(xiàn)，具有功率大、體積小等優(yōu)點(diǎn)。

火工品線路等效測(cè)試裝置通過(guò)霍爾電流傳感器非接觸式檢測(cè)起爆線路中起爆電流，并送入處理器進(jìn)行采集分析，測(cè)試電流值可以通過(guò)數(shù)碼管顯示電路進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，并對(duì)短路、斷路等異常狀態(tài)進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警。測(cè)試數(shù)據(jù)經(jīng)保存處理后，可以通過(guò)USB接口傳送給上位機(jī)，在上位機(jī)上處理顯示。其中，USB接口支持USB2.0協(xié)議的數(shù)據(jù)通信。

如圖1所示，本發(fā)明提供的一種航天器火工品線路電子等效測(cè)試裝置，包括：霍爾電流傳感器H1、第一三端穩(wěn)壓器、第二三端穩(wěn)壓器、直流電源、蜂鳴器、數(shù)碼管顯示電路、MCU芯片、保險(xiǎn)管M1、光耦隔離電路、固態(tài)功率控制器、電阻R1、R2和R3；MCU芯片采用CPLD芯片、單片機(jī)芯片或者FPGA芯片實(shí)現(xiàn)。

直流電源通過(guò)第一三端穩(wěn)壓器給霍爾電流傳感器H1供電，同時(shí)，直流電源還通過(guò)第二三端穩(wěn)壓器給MCU芯片和數(shù)碼管顯示電路供電；直流電源提供9V～12V之間的輸出，火工品起爆線路的正端通過(guò)保險(xiǎn)管M1連接到固態(tài)功率控制器的輸入端，霍爾電流傳感器H1測(cè)量火工品起爆通路的工作電流，并將采集到的電流值送入MCU芯片，MCU芯片將接收到的電流值進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，之后通過(guò)數(shù)碼管顯示電路將電流值大小顯示出來(lái)，同時(shí)，MCU芯片還將模數(shù)轉(zhuǎn)換之后的電流值與預(yù)設(shè)閾值進(jìn)行比較，如果超出閾值范圍，則控制蜂鳴器報(bào)警；火工品起爆線路的工作電壓為25V～31V。

固態(tài)功率控制器的輸出連接四個(gè)通路，第一通路為通過(guò)電阻R1連接到火工品起爆線路的負(fù)端，第二通路為通過(guò)電阻R2連接到火工品起爆線路的負(fù)端，第三通路為通過(guò)電阻R3連接到火工品起爆線路的負(fù)端，第四通路為直接連接到火工品起爆線路的負(fù)端；

MCU芯片根據(jù)預(yù)設(shè)的工作模式，通過(guò)光耦隔離電路控制固態(tài)功率控制器進(jìn)行通路切換。固態(tài)功率控制器到火工品起爆線路負(fù)端之間的通路中，默認(rèn)接通的為第一通路，接通時(shí)間為從霍爾電流傳感器H1采集到起爆電流到之后的第20ms，從第21ms到第200ms之間，MCU芯片控制固態(tài)功率控制器對(duì)第二通路、第三通路和第四通路進(jìn)行切換，或者M(jìn)CU芯片控制固態(tài)功率控制器斷路。

電阻R1的阻值為1歐姆，最大耐受功率不低于100W，電阻R2的阻值為10歐姆，最大耐受功率不低于90W，電阻R3的阻值為100歐姆，最大耐受功率不低于9W。

本發(fā)明電路中，MCU芯片和上位機(jī)之間通過(guò)USB模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。

本發(fā)明通過(guò)霍爾電流傳感器采集到起爆電流，并由MCU進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，當(dāng)采集到的電流值超過(guò)MCU中預(yù)設(shè)的閾值時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，此時(shí)，起爆線路中狀態(tài)為具有阻值為1±0.2歐姆橋絲電阻。計(jì)算滿20ms后，MCU發(fā)送控制指令給固態(tài)功率控制器(SSPC)，根據(jù)MCU中預(yù)先設(shè)定的工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)火工品起爆后出現(xiàn)異常狀態(tài)的模擬測(cè)試，切換到短路、斷路、存在10歐姆粘連電阻或存在100歐姆粘連電阻的具體狀態(tài)。隨后，在異常測(cè)試狀態(tài)下，測(cè)試電源系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)，并保存測(cè)試數(shù)據(jù)。在200ms以后，火工品起爆電流消失，測(cè)試周期結(jié)束。將保存下來(lái)的測(cè)試數(shù)據(jù)通過(guò)高速數(shù)據(jù)總線接口回傳上位機(jī)，在上位機(jī)操作界面進(jìn)行波形顯示，并將模擬故障狀態(tài)下電源系統(tǒng)各項(xiàng)工作參數(shù)加入數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)，對(duì)火工品起爆測(cè)試地面數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行補(bǔ)充完善，建立更全面的數(shù)據(jù)模型，為后續(xù)其他型號(hào)模擬地面真實(shí)火工品起爆測(cè)試提供數(shù)據(jù)支持。

火工品線路等效測(cè)試裝置實(shí)施方法如下：

1.在航天型號(hào)地面火工品起爆測(cè)試試驗(yàn)中，將火工品線路等效測(cè)試裝置接入起爆線路。預(yù)先調(diào)整工作模式選擇開(kāi)關(guān)，根據(jù)開(kāi)關(guān)狀態(tài)選取不同的工作模式，等效器加電工作后，測(cè)試起爆線路中起爆電流等狀態(tài)參數(shù)。檢查完成后，經(jīng)過(guò)固定的時(shí)間間隔，四選一固態(tài)功率控制器對(duì)選定的工作模式進(jìn)行切換，改變測(cè)試通路狀態(tài)；

2.在選定的工作模式下，對(duì)測(cè)試通路中通過(guò)的電流等狀態(tài)量進(jìn)行采集，并將采集結(jié)果送入處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。處理器根據(jù)采集結(jié)果，控制數(shù)碼管顯示電路對(duì)外顯示，對(duì)檢測(cè)到的異常短路、斷路狀態(tài)進(jìn)行蜂鳴器報(bào)警，并將本次測(cè)試結(jié)果進(jìn)行保存；

3.當(dāng)火工品線路等效測(cè)試裝置檢查到連接USB上位機(jī)時(shí)，可以通過(guò)上位機(jī)控制軟件，對(duì)等效器內(nèi)部存儲(chǔ)的測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，并在上位機(jī)顯示界面處形成波形，上位機(jī)對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行保存、打印等后續(xù)操作；

4.測(cè)試完成后，斷開(kāi)火工品線路等效測(cè)試裝置與起爆線路的連接，關(guān)閉等效器供電電源，火工品發(fā)火測(cè)試結(jié)束。

實(shí)施例：

使用本發(fā)明模擬真實(shí)火工品參加起爆測(cè)試，采集到的起爆電流值通過(guò)數(shù)碼管顯示電路可以進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示。將顯示的起爆電流值通過(guò)與提供起爆電流的高精度電源上輸出電流顯示值進(jìn)行數(shù)據(jù)比對(duì)，發(fā)現(xiàn)測(cè)試誤差為0±0.03A，精度指標(biāo)遠(yuǎn)超其他火工品等效器，具體指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1本發(fā)明與其他火工品等效器測(cè)試指標(biāo)對(duì)比

同時(shí)，與火工品起爆測(cè)試中使用真實(shí)火工品相比，具有的經(jīng)濟(jì)性效益如表2所示。

表2本發(fā)明與真實(shí)火工品經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)對(duì)比

火工品等效器雖然經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)表現(xiàn)優(yōu)異，但只具備發(fā)火線路通斷測(cè)試，不具備模擬橋絲電阻，不能采集起爆過(guò)程狀態(tài)參數(shù)，無(wú)法完成火工品起爆測(cè)試，故不具備對(duì)比性。

本發(fā)明未詳細(xì)說(shuō)明部分屬本領(lǐng)域技術(shù)人員公知常識(shí)。