一种起爆装置的紧急自动刹车控制系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及爆轰实验领域，具体涉及一种起爆装置的紧急自动刹车控制系统及方法。
【背景技术】
[0002]在我们的一种大型爆轰实验中，涉及到爆炸装置的起爆及需要采用一种穿透能力很强的X射线装置，而这个X射线装置其中的一个重要部分是数量众多的高压充电装置，X射线只有在这些充电装置充满电后才能正常产生，并在同步触发系统的协调下起爆爆炸装置，所以，数量众多的充电装置工作是否正常直接影响我们的大型实验的进行。当这些充电装置提前放电，则造成实验失败，并产生巨大的损失。过去，由于检测手段的匮乏，主要依靠人工来判断充电装置在充电过程中的状态。在充电过程中，如果有某一台充电装置因为各种因素提前放电了，这可以通过示波器来进行观察，并采取人工中断的方法终止实验的继续进行。但是，当充电完成处于等待状态时，由于实验零时刻的不确切知道，在这个等待过程中，充电装置存在受到干扰而随机放电的可能，由于充电路数较多、人工反应速度较慢，起码在亚秒级，并且存在操作人员精神高度紧张的状态，此时依靠人工来进行判断并进行终止实验操作就存在巨大的不可靠性，这也是最危险的阶段；即使采用计算机组建一个放电监测系统对这么多的放电装置进行巡回监测，由于放电波形的数据采集过程需要耗费不少的时间以及计算机分析波形也需要较多时间，而放电又是很快的一个随机过程，这种监测系统做不到及时的全面地巡回检测及监控，也存在漏检的可能，基本上讲，此时要终止实验是不太可能达到的目标。并且这样的监测系统采用大量的示波器或数据采集系统，导致监测系统成本巨大、使用维护工作量巨大的问题。
【发明内容】
[0003]本发明目的在于提供一种起爆装置的紧急自动刹车控制系统，解决目前的刹车系统存在的操作速度慢、无法满足执行快速的自动中断系统动作的问题，满足在爆轰系统中当其它部分工作出现非正常状态时的自动刹车要求。
[0004]本发明通过下述技术方案实现:
一种起爆装置的紧急自动刹车控制系统，包括:
安装在放电装置内的放电信号检测探头:用于探测放电装置内的放电现象，并将放电有效信号沿信号转换为光脉冲信号，并将该光信号通过传输光纤输送至控制器；
控制器:用于接收光信号并将接收到的光信号转换成电信号，并将电信号进行逻辑运算，并输出控制信号给刹车控制继电器；
刹车控制继电器:安装在起爆链路上，并控制起爆链路的通断。
[0005]本发明是针对充电装置的放电状态的检测问题做出的发明创造，申请人在多年的研究中发现:由于放电过程是一个快速的过程，而微分功能对快速变化的小信号沿具有放大作用或较为敏感，适合用于进行快速放电状态的检测，因此基于这种原理针对系统中充电装置的放电状态进行检测的微分器;同时由于放电装置工作现场环境里存在较强大的电磁干扰情况，于是采用无源激光二极管驱动线路，并将它们结合起来，将放电检测信号转换为光信号进行一个长距离的传输，以便于控制器的处理单元进行集中处理。本发明通过将放电现象转换为光信号，通过光信号进行传输的方式，不仅其传输速度快，而且不存在功率的损失，到达控制器后，再转换成电信号，通过电信号的逻辑运算，得出是否属于提前放电的结果，并件该结果用于控制刹车控制继电器，通过刹车控制继电器来控制起爆链路的通断，实现起爆链路的自动和快速的断开，实现快速的中断功能。相对于现有技术中的人工判断的方式而言，明显提高了判断的准确性和时效性。
[0006]所述放电信号检测探头包括:
一个微分器:用于对输入的放电信号进行微分处理，得到一个对应的脉冲信号；
电流提取器:从微分器中分离出一个支路并获取电流信号，并将提取的电流信号用于驱动光纤耦合器的激光二极管；
光纤耦合激光二极管:用于接收电流提取器的驱动电流信号，并将电流信号转换为光信号，通过耦合光纤将光信号传输至控制器。
[0007]具体的，本发明通过微分器得到一个对应的脉冲信号，微分器对输入的放电信号进行微分处理而获得较快变化的放电沿的对应信号，即宽度较窄的脉冲信号，利用微分功能对小信号变化敏感的特性，并结合从检测信号中抽取电流的方法实现了激光二极管的无源驱动，从而实现了系统中放电信号的无源探测及到光信号的无源转换功能的整合，在此基础上研制了紧凑型的充电装置放电状态检测探头，提高了放电信号检测的灵敏度及可靠性，而微分功能对快速变化的小信号沿具有放大作用或较为敏感，适合用于进行快速放电状态的检测，因此基于这种原理针对系统中充电装置的放电状态进行检测的微分器；同时由于放电装置工作现场环境里存在较强大的电磁干扰情况，于是采用无源激光二极管驱动线路，并将它们结合起来，使得输出的脉冲信号不受干扰的影响。微分器的参数选择合适，可以对较低幅度的放电进行检测，使用微分器及使用其检测信号的电流来驱动激光二极管相结合的形式，形成了一种无源探测及信号传输的能力，在强电磁环境里具有较好的抗干扰能力，这是针对放电装置的结构进行的专门研究，获得了较好的效果。
[0008]在所述的电流提取器与光纤耦合器之间还设置有一个限流器。从微分器中分离出一个支路来获取电流信号，该电流信号用于驱动一个光纤耦合的激光二极管，由于检测的放电信号幅度具有随机性且幅度变化较大，提取的电流完全可能超过激光二极管的工作电流而损坏激光二极管，故在驱动线路中增加一个限流器以便当驱动电流较大时进行限制以保护激光二极管。
[0009]所述控制器包括:
多路光信号输入接口:用于接收不同光纤传输过来的光信号，将光信号转换成电信号并进行波形整形得到矩形波，然后将矩形波输送至处理器；
处理器:接收多路光信号输入接口输送的矩形波信号，并将矩形波信号进行逻辑判断，得到的结果通过放电信号检测结果输出接口向外部输出，并同时作为控制信号通过控制接口输出。
[0010]具体地讲，作为本发明的另一个重点，针对放电状态检测的信号处理，由于系统中需要处理的信号路数较多，约有20路以上，采用了大规模的可编程集成电路来完成这个处理工作，以便使控制系统更加紧凑及可靠，以及便于在不改变线路设计的情况下进行调试。利用大规模可编程集成电路的特性，完成多路放电信号的集中快速处理，避免了采用单片机、微型计算机等进行处理时存在的指令周期、巡回检测周期等时间的不确定影响如漏检、检测输出延迟时间较大导致控制落后等，完全达到了快速自动处理要求，满足了起爆系统的高速控制要求，解决了人工操作的诸多问题如精神高度紧张、判断不准确、反应不及时、按错按钮等。在具体实施系统中，限于采用的继电器输出触点的动作时间限制，从检测到非正常放电的时刻起，紧急刹车装置可以在Ims左右的时间对起爆链路的中断进行操作，相对于原来约秒级的反应时间得到了极大的提高;起爆链路中嵌入继电器触点信号，避免了采用半导体晶体管或集成电路损坏时可能仍然是导通状态的问题，解决了该断则断、该通则通的问题，进一步提高了可靠性。
[0011]在所述的起爆链路上还设置有一个手动刹车按钮。在必要时，也可以通过手动刹车按钮完成手动刹车，保障安全。
[0012]—种起爆装置的紧急自动刹车控制方法，包括以下步骤:
(a)放电信号检测探头探测放电装置内的放电现象，并放电时产生的电弧转换为光信号，并将该光信号通过传输光纤输送至控制器；
(b)控制器接收光信号并将接收到的光信号转换成电信号，然后将电信号进行逻辑运算，并输出控制信号给刹车控制继电器；
(c)刹车控制继电器接收到信号后动作，控制起爆链路的通断。
[0013]本发明的另一个目的是提供一种紧急刹车的控制方法，通过对爆轰试验的研究，由于放电过程是一个快速的过程，而微分功能对快速变化的小信号沿具有放大作用或较为敏感，适合用于进行快速放电状态的检测，因此基于这种原理针对系统中充电装置的放电状态进行检测的微分器；同时由于放电装置工作现场环境里存在较强大的电磁干扰情况，于是采用无源激光二极管驱动线路，并将它们结合起来，将放电检测信号转换为光信号进行一个长距离的传输，以便于控制器的处理单元进行集中处理。本发明通过将放电现象转换为光信号，通过光信号进行传输的方式，不仅其传输速度快，而且不存在功率的损失，到达控制器后，再转换成电信号，通过电信号的逻辑运算，得出是否属于提前放电的结果，并将该结果用于控制刹车控制继电器，通过刹车控制继电器来控制起爆链路的通断，从而实现起爆链路的自动和快速的断开，实现快速的中断功能。
[0014]所述步骤(a)包括以下步骤:
(a I)利用微分器对输入的放电信