一种爆炸场无线式瞬态触发控制方法与流程

本发明涉及外场爆炸参数测试用控制方法领域，特别是涉及一种爆炸场无线式瞬态触发控制方法。

背景技术：

各种弹药爆炸时，高温、高压的爆轰产物破坏弹体形成多种毁伤元，如火球、破片和冲击波等。毁伤效果的测试与评估是各类爆炸物研制过程中的必须环节，然而爆炸场测试环境非常恶劣，各类型炸药、武器战斗部威力测试和火箭发动机试验都会在此环境中进行。爆炸场有多种参数均须测试，现场测试节点较多，同一参数的测量节点可多达几十个，各类采集系统中的触发信号需外部提供，且各节点的参数测试必须保证有相同的参考时间，若没有一个标准的触发时刻，试验后数据处理将更加复杂，影响武器弹药威力性能的准确评估。触发控制系统可为测试系统提供可靠的触发信号。目前触发方式主要有无线通信触发法、声触发法、断线触发法和光触发法等。传统的触发系统的不足主要体现在以下几个方面：

1.触发速度慢。无线通信触发方式各节点无需引线连接，但数据传输速度慢，同步时间在毫秒级，同步性较低。声触发法为爆炸产生的声信号作为触发信号，但是声音在空气中传播速度较慢，且受环境温度影响。

2.现场布线不方便。断线触发法将触发线圈缠绕在药柱上，爆炸瞬间线圈断开产生触发信号，该方法需要在药柱与测试仪器之间铺设较长的线缆。爆炸参数测试时破坏性大，传输线缆极易遭受破坏，成本高，现场布线不方便，工作量大。

3.干扰噪声大。光触发法将爆炸光作为触发信号，光传播速度快，且无线式触发，但是光电器件在户外强光下会产生较大的光电流，无法响应爆炸光，测试环境中各种物体瞬时反射到光电器件上的强光也可能导致误触发现象。

综上所述，常见的爆炸场触发方式都无法同时达到无线式、响应速度快与抗干扰能力强等要求。

技术实现要素：

为了解决上述存在的问题，本发明提供一种爆炸场无线式瞬态触发控制方法，通过该爆炸场无线式瞬态触发控制方法可以解决触发系统中的触发响应速度慢、现场布线不方便以及减小环境光对触发系统的影响等一系列问题，为达此目的，本发明提供一种爆炸场无线式瞬态触发控制方法，具体步骤如下：

1)将调制光源装置与光电信号处理装置分别固定在爆炸源与测试节点附近；

2)将调制信号线缠绕于药柱上，系统上电，调节激光在测试节点的光斑大小，确保光电处理装置中的光敏器件在光斑内；

3)对第二控制器与第一控制器产生的方波进行同频同相操作；

4)调节二级放大电路的放大倍数，尽可能放大锁相放大电路的输出电压v6，调节比较电路的参考电压va，使比较电路的参考电压va略小于负端输入电压v7，即va<v7，输出电压v8为低电平；

5)将光电处理装置做好防护处理，待爆炸信号到来，第二控制器产生触发信号。

本发明的进一步改进，所述光电信号处理装置含前置放大电路、二级放大电路、锁相放大电路和比较电路，所述前置放大电路、二级放大电路、锁相放大电路和比较电路的数学关系如下：

1)p1的引脚1为光电池正端，引脚2为光电池负端，vpd为施加在光电池反向偏置电压，设置r3、r8的参数，使得vpd<0。光电池产生光电流为i，经u1的i/v转换电路，得到v0＝-i×r1，再经高通滤波滤除光电池的暗电流以及反向偏置电压所引起的低频分量，含直流分量，得到电压v1；

2)二级放大电路中同时反馈电阻r2的阻值可调；

3)根据锁相放大电路的滤波原理，检测通道信号包含被测信号与噪声信号，令检测通道信号为f1＝s1(t)+n(t)，参考信号为f2＝s2(t)，参考信号与被测信号s1(t)同频，n(t)为噪声信号

假设s2(t)＝sin(2πft)，则两路信号相乘如下：

经低通滤波器后，只要设置低通滤波器的截止频率fcut≤f即可将谐波分量滤除，保留直流分量，包含被测信号的幅度信息与相位信息，直流分量正比于被测信号的幅度。锁相放大电路中，v5＝v4×vf，经rc低通滤波器，v6中只保留v5信号的直流分量，经电压跟随器，v7＝v6；

4)比较电路中，爆炸前，调节电阻r13与r14，使得v7>va，输出电压v8为低电平，爆炸后v7<va，输出电压v8从低电平跳变到高电平，本发明前置放大电路、二级放大电路、锁相放大电路和比较电路等关键电路的数学关系主要采用以上关系，达到相应的目的。

本发明的进一步改进，调制激光由调制激光器产生，所述调制激光器产生的爆炸信号与光电处理装置的信号传输采用激光信号，本发明主要采用激光信号。

本发明的进一步改进，所述调制激光器选用光斑大小可调的ttl调制激光器，本发明激光器主要选用光斑大小可调的ttl调制激光器。

本发明的进一步改进，所述锁相放大电路由乘法器电路与低通滤波电路组成，低通滤波电路的截止频率小于第二放大器产生的参考信号的频率，本发明锁相放大电路主要由乘法器电路与低通滤波电路组成。

本发明的进一步改进，所述光敏器件采用光电池，所述前置放大电路、二级放大电路采用运算放大电路芯片，所述比较电路的运放芯片采用比较器芯片，所述第一控制器和第二控制器由fpga或dsp或arm处理器及其外围电路组成，本发明运放芯片、控制器可以采用以上类型芯片及处理器。

本发明一种爆炸场无线式瞬态触发控制方法，采用光信号传递方式替代传统的引线方式，并通过锁相放大电路原理实现信号的抗干扰处理替代传统的处理方法。采用频率可调的激光发生器，产生频率可调的激光光源。爆炸后，调制光源装置的调制信号线被炸断，激光器无法产生调制光信号，光电处理装置的光敏器件无法接收到与参考信号同频同相的光信号，锁相放大电路输出电压会产生跳变，系统输出触发控制信号，使用后触发响应速度快，现场布线方便，可以进一步减少环境光对触发系统的影响。

附图说明

图1为本发明示意图；

图2为本发明光电信号处理装置中的前置放大电路示意图；

图3为本发明光电信号处理装置中的二级放大电路示意图；

图4为本发明光电信号处理装置中的锁相放大电路示意图；

图5为本发明光电信号处理装置中的比较电路示意图；

图6为本发明工作流程图；

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

本发明提供一种爆炸场无线式瞬态触发控制方法，通过该爆炸场无线式瞬态触发控制方法可以解决触发系统中的触发响应速度慢、现场布线不方便以及减小环境光对触发系统的影响。

本发明专利一种爆炸场无线式瞬态触发控制装置如图1所示，包括调制光源装置与光电信号处理装置。调制光源装置包括第一控制器、调制激光器和调制信号线构成，光电信号处理装置包括光敏器件、前置放大电路、二级放大电路、第二控制器、锁相放大电路和比较电路构成。调制光源装置和光电信号处理装置的外壳均为防爆结构外壳。

调制光源装置放置于爆炸源位置，调制激光器与第一控制器固定在爆炸试验台上，第一控制器产生频率、占空比可调的方波信号。并通过调制信号线提供给调制激光器，调制信号线作为线圈缠绕于爆炸药柱上。

光电信号处理装置置于爆炸参数测试仪附近，光敏器件接收调制激光器产生的光信号，并将其转换为电信号，并以电流的形式提供给前置放大电路子装置，其中内置放大电路子装置有i/v放大器和高通滤波器，i/v放大器将电流信号转换为电压信号，高通滤波器将转换的电压信号中的偏置电压滤除，仅保留高频交流分量。二级放大电路包含第一电压跟随器、第二电压跟随器和反相放大电路，其中前置放大电路的电压信号经第一电压跟随器提供给反相放大电路，反相放大电路的放大倍数可通过电位器调节，其输出信号经过第二电压跟随器提供给锁相放大电路，第二控制器产生与第一控制器同频同相的方波信号提供给锁相放大电路作为其参考信号，锁相放大电路包括乘法器电路和低通滤波电路，乘法器电路将参考信号与二级放大电路的输出信号进行乘法运算，并通过低通滤波电路滤除谐波分量以及干扰信号，保留信号的直流分量。锁相放大电路的输出信号经比较电路，将信号提供给第二控制器，第二控制器输出多路同步触发控制信号。

本发明专利爆炸场采用光信号替代传统的引线方式，并通过锁相放大电路原理实现信号的抗干扰处理替代传统的处理方法。采用频率可调的激光发生器，产生频率可调的激光光源。爆炸后，调制光源装置的调制信号线被炸断，激光器无法产生调制光信号，光电处理装置的光敏器件无法接收到与参考信号同频同相的光信号，锁相放大电路输出电压会产生跳变，系统输出触发控制信号。

本发明专利的一种爆炸场无线式瞬态触发控制方法的光电信号处理装置中，前置放大电路、二级放大电路、锁相放大电路和比较电路等关键电路的数学关系如下：

1)p1的引脚1为光电池正端，引脚2为光电池负端，vpd为施加在光电池反向偏置电压，设置r3、r8的参数，使得vpd<0。光电池产生光电流为i，经u1的i/v转换电路，得到v0＝-i×r1，再经高通滤波滤除光电池的暗电流以及反向偏置电压所引起的低频分量(含直流分量)，得到电压v1；

2)二级放大电路中同时反馈电阻r2的阻值可调；

3)根据锁相放大电路的滤波原理，检测通道信号包含被测信号与噪声信号，令检测通道信号为f1＝s1(t)+n(t)，参考信号为f2＝s2(t)，参考信号与被测信号s1(t)同频，n(t)为噪声信号

假设s2(t)＝sin(2πft)，则两路信号相乘如下：

经低通滤波器后，只要设置低通滤波器的截止频率fcut≤f即可将谐波分量滤除，保留直流分量，包含被测信号的幅度信息与相位信息，直流分量正比于被测信号的幅度。锁相放大电路中，v5＝v4×vf，经rc低通滤波器，v6中只保留v5信号的直流分量，经电压跟随器，v7＝v6；

4)比较电路中，爆炸前，调节电阻r13与r14，使得v7>va，输出电压v8为低电平，爆炸后v7<va，输出电压v8从低电平跳变到高电平。

光电信号处理模快中光敏器件使用的光电池型号为2du10，如图2-5所示，u1为lf357，u2、u3和u5的运算放大器芯片为op27，u4为op37，乘法器芯片u6为ad633，比较器芯片为lm393；第一控制器与第二控制器可采用fpga、dsp或arm处理器，调制激光器采用频率可调、光斑大小可调的ttl调制激光器。

如图6所示，本发明专利的一种爆炸场无线式瞬态触发控制方法的工作过程为：

1)将调制光源装置与光电信号处理装置分别固定在爆炸源于测试节点附近；

2)将调制信号线缠绕于药柱上，系统上电，调节激光在测试节点的光斑大小，确保光电处理装置中的光敏器件在光斑内；

3)对第二控制器与第一控制器产生的方波进行同频同相操作；

4)调节二级放大电路的放大倍数，尽可能放大锁相放大电路的输出电压v6，调节比较电路的参考电压va，使比较电路的参考电压va略小于负端输入电压v7，即va<v7，输出电压v8为低电平；

5)将光电处理装置做好防护处理，待爆炸信号到来，第二控制器产生触发信号。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。