СПОСОБ ИСПЫТАНИЙ МОСТИКОВОГО СРЕДСТВА ИНИЦИИРОВАНИЯ НА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ К ВОЗДЕЙСТВИЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ИМПУЛЬСА Российский патент 1999 года по МПК F42B3/12 

Изобретение относится к способу испытания мостиковых средств инициирования, далее МСИ, на чувствительность к воздействию электрического импульса тока, под которым понимается джоулево тепло, выделившееся в мостике за время протекания по нему электрического тока, и обычно записывается в виде a²t, где a - ток, а t - время его протекания.

Поскольку средства инициирования являются одноразовыми элементами, то заключение о надежности конкретного МСИ дается после набора статистических данных о работе многих тысяч МСИ.

Известнo несколько способов определения чувствительности МСИ.

Конденсаторный метод. Конденсатор заряжают до заранее известного минимального напряжения, при котором данное МСИ не сработает, а затем постепенно в каждом акте разряда конденсатора на МСИ напряжение на конденсаторе повышается, и так до срабатывания МСИ. Обычно в производстве для конкретных МСИ известны нижний и верхний пределы чувствительности, поэтому шаг квантования принимают равным 4 - 5% от ширины по току (напряжению) от нижнего до верхнего пределов чувствительности, т.е. срабатывание нормального МСИ должно произойти не более чем на 25-м разряде. Это трудоемкий способ испытания, а главное, ему присуще так называемое "явление наклепа", т.е. каждый импульс тока несрабатывания вносит определенные изменения внутри МСИ.

Время-импульсный метод. Здесь воздействуют импульсом прямоугольной формы, у которого переменной величиной (регулируемой) могут быть амплитуда, либо длительность. Методически в нем все так же, как в конденсаторном, включая и недостатки.

Наиболее совершенным способом испытания МСИ является способ, описанный в патенте США N 3.931.739, кл. 73-398 С, 1975, в котором на МСИ воздействуют током линейно-возрастающим во времени. Импульс тока в этом случае описывается следующим отношением
K = (At)²dt
или

где K - импульс тока, a²t;
A - крутизна тока, а/с;
t_ср - время срабатывания МСИ, с.

В этом способе испытаний нет явления "наклепа", однако кубическая зависимость нарастания импульса тока крайне неравномерно распределяет моменты срабатывания МСИ и требует высокой разрешающей способности измерительной аппаратуры. Для наглядности лучше привести пример. Примем электровоспламенитель со следующими параметрами:
Сопротивление мостика, Ом - 2 - 4
Нижний предел чувствительности, а²с - 0,06•10^-2
Верхний предел чувствительности, а²с - 0,25•10^-2
Безотказный ток срабатывания при длительности импульса 10•10^-3 с, а - 0,5
Тогда из формулы (I) получим соотношения длительности импульса срабатывания t_и испытуемых МСИ

Отношение

При этом "плотность" (частость) срабатывания МСИ будет смещена в сторону роста импульса тока из-за его кубической зависимости. Задача, решаемая изобретением, - повышение точности измерений.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе испытаний мостикового средства инициирования на чувствительность к воздействию электрического импульса, включающего воздействие на мостиковое средство инициирования (МСИ) импульсом тока во времени передним фронтом и определение момента срабатывания МСИ, передний фронт импульса тока формируют по экспоненциальному закону с постоянной времени, равной 1/3 от времени нарастания экспоненты до значения, равного заданному значению тока срабатывания испытуемого МСИ.

Форма тока в этом случае описывается известным соотношением (2)
I = I_o(1-e^-t/τ),
где I - текущее значение тока;
I₀ - установившееся значение тока;
t - текущее время;
τ - постоянная времени.

Импульс тока K_э тоже экспоненциальной формы определяется соотношением (3)

или

К сожалению, этот интеграл решается только численно.

Для принятого примера установим для линейно-возрастающего тока крутизну тока из следующих соображений. По действующим ТУ длительность импульса прямоугольной формы равна 10•10^-3 с при токе 0, 5 A, следовательно, импульс тока будет равен 0,25•10^-2 а²с.

Из формулы (I) вычислим крутизну тока для линейно-возрастающего импульса, при которой импульс тока реализуется за время 10•10^-3 с.

Для упрощения расчета примем крутизну тока 90 а/с. Исходя из тех же соображений определим постоянную времени импульса экспоненциальной формы, чтобы за время действия импульса, например длительностью t = 3τ, реализовался в МСИ импульс тока 0,25•10^-2 а²с.

Примем такой подход, при котором за время 10•10^-3 переходной процесс завершается, т.е.

Результаты расчетов, приведенных в таблице, представлены на чертеже.

По уровням K_нпч и K_впч получим время рассеивания моментов срабатывания для импульса с линейным возрастанием тока 3,8•10^-3 с для случая с экспоненциальным видом импульса - 8•10^-3 с.

Как видно, рассеивание моментов срабатывания МСИ при экспоненциальном виде тока в 2,1 раза больше, а если сравнить формы импульсов тока, то форма импульса тока для тока экспоненциальной формы практически линейна. Это приводит к рассеиванию моментов срабатывания, близкому к классическому, т.е. гауссовскому.

Выбор установившегося значения тока, равного заданному для МСИ, позволяет не превышать испытательный ток, указанный в технических условиях. Однако это не значит, что нельзя принять установившейся ток иной величины, так, обычно рабочий ток в схемах с конкретным МСИ устанавливают не менее удвоенного заданного тока.

Для выполнения более точного влияния форм импульсов тока сравнили линейно-возрастающий ток с крутизной тока, соответствующей достижению K_впч, принятого МСИ за то же время, что и для экспоненты, т.е. за 15•10^-3. Такое время действия импульса будет при крутизне тока 50 а/с, а время между K_нпч и K_впч уже будет 5•10^-3 с. Тогда соотношение времен равно 8/5 ≈ 1,6.

Таким образом, в чистом виде преимущество экспоненциального импульса в 1,6 разa лучше по временному диапазону для рассеяния срабатываний, что существенно повышает точность испытаний, следовательно поставленная цель достигается.

Приборная реализация предложенного способа.

Формирователь импульса с принятым экспоненциальным фронтом для задействования МСИ легко осуществляется на основе хорошо известных интегрирующих цепочках RC- и RL-типов. RC-формирователь рекомендуется для МСИ с заданным током до 0,2 А, а свыше - на основе RL-цепочки. В обоих случаях регулировка тока обеспечивается последовательным включением с испытуемым мостиком добавочного сопротивления.

Режим задействования при стабильном пределе принятого заданного тока может осуществляться путем изменения добавочного сопротивления в пределах колебаний сопротивления мостика или путем соответствующего изменения напряжения на основной накопительной емкости. Номинал основной накопительной емкости выбирается из условия ее разряда в течениe действия испытательного импульса конкретного МСИ не более чем на 1%.

По указанным рекомендациям созданы и апробированы оба генератора подрывных импульсов, в состав которых были также введены элементы фиксации факта срабатывания МСИ в зависимости от типа.

Так, для мостиковых детонаторов фиксация факта срабатывания производилась по обрыву электрической цепи мостика посредством токового трансформатора, контактному датчику, срабатывающему по выходу детонации на донышко гильзы детонатора или посредством технического решения по а.с. N 812140 по заявке N 28008828 от 01.08.79 под названием "Взрывной импульсный генератор".

При испытании электровоспламенителей наиболее надежными оказались способы по "обрыву" тока в цепи задействования и фиксации ударной волны с помощью пьезодатчика, размещенного вблизи испытуемого МСИ.

В обоих случаях МСИ отсчетной точкой для определения импульса тока задействования МСИ берется по первому сработавшему датчику. С этой целью всегда применяется не менее двух различных датчиков срабатывания, при этом датчик "обрыва" тока присутствует всегда.

С целью исключения дальнейшего действия токового импульса на работающий МСИ введена отсечка импульса задействования по факту его срабатывания по сигналам измерительных датчиков.

Таким образом испытательный импульс выглядит в виде импульса с экспоненциальным передним и прямоугольным задним фронтами.

Численное значение фактического импульса задействования определяется по тарировочной таблице по измеренному временному интервалу от начала действия токового импульса до момента срабатывания испытуемого МСИ. Измерительный импульс времени легко трансформируется в прямое показание импульса тока, т. к. RC- или RL-формирователи точно описываются математическими соотношениями.

Апробация метода показала хорошие результаты, удобство в пользовании и однозначность полученных результатов.

Изобретение относится к области испытаний инициирующих устройств для подрыва зарядов. Технический результат - повышение точности измерений. Технический результат достигается за счет того, что при испытаниях на мостиковое средство инициирования (МСИ) воздействуют импульсом тока с передним экспоненциальным фронтом с постоянной времени, равной 1/3 времени нарастания экспоненты до значения, равного заданному значению тока срабатывания испытуемого МCИ. 1 табл., 1 ил.

Способ испытаний мостикового средства инициирования на чувствительность к воздействию электрического импульса, включающий воздействие на мостиковое средство инициирования (МСИ) импульсом тока с нарастающим во времени передним фронтом и определение момента срабатывания МСИ, отличающийся тем, что передний фронт импульса тока формируют по экспоненциальному закону с постоянной времени, равной 1/3 времени нарастания экспоненты до значения, равного заданному значению тока срабатывания испытуемого МСИ.