УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ И ПОДРЫВА НИТИ ПИРОПАТРОНА Российский патент 2006 года по МПК G08B17/06 

Предлагаемое устройство контроля и подрыва нити пиропатрона относится к электронным устройствам автоматики и может найти широкое применение как в изделиях ракетно-космической техники (РКТ), так и при проведении различного вида взрывных работ в народном хозяйстве. В изделиях РКТ пиропатроны используются в качестве исполнительных элементов при запуске двигательных установок, разделении отсеков корабля, раскрытии антенн и других элементов.

Известно устройство для контроля и подрыва пиропатрона по патенту РФ №2029375, кл. G 08 В 17/08, взятое в качестве аналога, которое содержит пиропатроны, светодиоды, для контроля состояния пиропатронов, резисторы в цепях светодиодов, диоды, реле срабатывания пиропатронов, реле принудительного обрыва пиропатронов, реле задержки, табло неисправности, кнопки, переключатели, источник питания. К недостаткам указанного устройства можно отнести большое количество электрорадиоизделий с малой надежностью, кроме этого при отказе одного элемента возможно несрабатывание пиропатрона. Кроме этого некоторые цепи находятся под постоянным напряжением. Известно также устройство для контроля и подрыва пиропатрона по авторскому свидетельству СССР №417820, кл. G 08 В 17/10, 1973 г., содержащее коммутирующий узел, к которому подключен пиропатрон (нагрузка) и промежуточный элемент, к промежуточному элементу подключена сигнальная лампа. Недостатком этого устройства является низкая надежность, как самих элементов, так и всего устройства в целом.

В качестве прототипа предлагается устройство для контроля и подрыва пиропатрона по патенту РФ №2157564, G 08 В 17/06, 1999 г. Указанное устройство состоит из источника питания, выходного трансформатора, линии связи, выход которой подключен к нити пиропатрона, коммутирующих узлов. Устройство прототипа содержит также блок с пороговой функцией ограничения напряжения и реле тока. Устройство контроля и подрыва работает следующим образом. В режиме контроля через нити пиропатрона пропускается ток контроля малой величины. При исправности нити весь ток течет через нее, так как падение напряжения на нити пиропатрона значительно меньше напряжения включения блока с пороговой функцией. При неисправности одной из нитей, напряжение на этом участке цепи резко возрастает и достигает порогового напряжения включения соответствующего порогового блока, при этом цепь тока на этом участке замыкается.

Недостатком указанного прототипа является то, что схема управления подрывом нити пиропатрона коммутируется только по минусу источника питания, а плюс источника питания подключен к одному из выводов нити пиропатрона, что приводит к снижению надежности и безопасности устройства.

Кроме этого контроль целостности нити пиропатрона проводится в течение короткого времени, что приводит к необходимости многократной подачи сигнала проверки, что также снижает уровень безопасности. Таким образом, можно сделать вывод, что приведенные выше устройства обладают недостаточной надежностью, которая связана с применением коммутационных элементов, а также снижением уровня безопасности в связи с тем, что один вывод пиропатрона находится под постоянным потенциалом, а также то, что сигнал контроля целостности нити пиропатрона подается в течение короткого времени.

Задачей предлагаемого устройства контроля и подрыва нити пиропатрона является повышение надежности за счет увеличения уровня безопасности, обеспечения проведения контрольных операций в течение длительного времени, а также обеспечения возможности контроля целостности нити пиропатрона и работоспособности всех штатных элементов управления.

Технический результат достигается за счет того, что в устройстве контроля и подрыва нити пиропатрона, содержащем источник питания, резисторы, выходной трансформатор, линию связи, выход которой подключен к нити пиропатрона, и коммутирующие узлы, в отличие от известных устройств, коммутирующие узлы выполнены на полевом транзисторе N-типа и полевом транзисторе Р-типа, при этом затворы полевых транзисторов зашунтированы последовательно соединенными ограничительным резистором и потенциометром, затвор полевого транзистора N-типа через первый резистор подключен к минусу источника питания, а исток этого полевого транзистора также подключен к минусу источника питания, затвор полевого транзистора Р-типа через второй резистор подключен к плюсу источника питания, а исток этого полевого транзистора также подключен к плюсу источника питания, сток полевого транзистора Р-типа подключен к первому входному выводу линии связи, сток полевого транзистора N-типа через первичную обмотку выходного трансформатора подключен ко второму выводу линии связи, входом устройства являются выводы затворов полевых транзисторов, а вторичная обмотка выходного трансформатора является контрольным выходом устройства.

В предлагаемом устройстве предусмотрены три ступени безопасности. Первой ступенью безопасности является коммутация плюса напряжения питания, второй ступенью безопасности следует считать коммутацию минуса источника питания и, наконец, третьей ступенью безопасности является подача сигнала на вход устройства. За счет этого обеспечивается высокий уровень безопасности работ, проводимых с пиропатронами. Кроме этого, при подаче напряжения питания, через нить пиропатрона протекает безопасный ток величиной 3-50 мА. Причем этот ток может протекать длительное время, при этом функционируют все электрорадиоэлементы устройства, что позволяет гарантировать их работоспособность при проведении контрольных операций. В дополнение к этому необходимо отметить, что нить пиропатрона в исходном состоянии отделена от источника питания и по плюсу и по минусу, с помощью полевых транзисторов, что, безусловно, обеспечивает повышение безопасности проводимых работ.

Электрическая схема предлагаемого устройства содержит: источник питания 1, выходной трансформатор 2, линию связи 3, подключенную к нити пиропатрона 4, полевой транзистор N-типа 5, исток которого подключен к минусу источника питания, а сток через первичную обмотку выходного трансформатора 2 подключен ко второму входному выводу линии связи 3, полевой транзистор Р-типа 6, исток которого подключен к плюсу источника питания 1, а сток подключен к первому входному выводу линии связи 3, затворы полевых транзисторов 5 и 6 зашунтированы последовательно соединенными ограничительным резистором 7 и потенциометром 8, при этом затвор полевого транзистора N-типа 5 через резистор 9 подключен к минусу источника питания, а затвор полевого транзистора Р-типа 6, через резистор 10, подключен к плюсу источника питания, входом устройства являются выводы затворов полевых транзисторов 5 и 6, а контрольным выходом устройства является вторичная обмотка выходного трансформатора 2.

Основными техническими параметрами пиропатронов являются ток подрыва, величина которого равна 2-3 А, длительность импульса тока 1-3 мс, безопасный ток обтекания пиропатронов составляет 10-50 мА.

Особенностью проектирования схем подрыва пиропатронов является проведение контрольных операций, при которых обеспечивается обтекание нитей пиропатронов безопасным током, а также 100%-ная проверка всех электрорадиоизделий устройства. После проведения контрольных операций проводится штатный подрыв пиропатронов.

Электрическая схема предлагаемого устройства работает следующим образом. В исходном состоянии схема обесточена. После подачи плюса от источника питания схема остается в обесточенном состоянии. После коммутации минуса источника питания через резисторы 7, 9, 10 и потенциометр 8 протекает ток. Ограничительный резистор 7 необходим для ограничения потенциалов на затворах полевых транзисторов 5 и 6 при минимальном значении величины сопротивления потенциометра 8. При этом с помощью потенциометра 8 на затворе полевого транзистора 5, N-типа, устанавливается положительное напряжение на границе порогового напряжения. В то же самое время на затворе полевого транзистора 6, Р-типа, устанавливается отрицательное напряжение также на границе порогового напряжения. Полевые транзисторы 5 и 6 открываются, точнее сказать приоткрываются, но сопротивление сток-исток обоих полевых транзисторов остается большим и ток, протекающий через полевые транзисторы 5 и 6, через линию связи 3, нить пиропатрона 4 и первичную обмотку выходного трансформатора 2, остается маленьким, то есть в пределах безопасного тока 10-50 мА. Одновременно с этим необходимо отметить, что при проведении этих контрольных операций в работе участвуют все электрорадиоизделия устройства, что, безусловно, является очень важным условием для изделий РКТ. То есть, можно сказать, что перед процедурой штатного подрыва пиропатронов проверены все компоненты предлагаемого устройства.

Таким образом, при подаче напряжения питания, через нить пиропатрона протекает безопасный ток в пределах 3-50 мА, величина которого может регулироваться с помощью потенциометра 8. То есть изменяется отрицательный потенциал на затворе полевого транзистора 6 и положительный потенциал на затворе полевого транзистора 5. В данном случае используется зависимость тока стока от напряжения затвор-исток и зависимость сопротивления сток-исток от напряжения затвор-исток (Э.С.Оскнер. Мощные полевые транзисторы и их применение. М.: Радио и связь, 1985). Напряжение питания можно подавать длительно или кратковременно, при этом ток протекает через пиропатрон 4 и через первичную обмотку выходного трансформатора 2, в результате чего на вторичной обмотке наводится ЭДС, которая регистрируется на контрольном выходе устройства. Наличие сигнала на контрольном выходе говорит о том, что нить пиропатрона цела, а все элементы устройства функционируют нормально.

Для обеспечения подрыва пиропатрона вход устройства закорачивается с помощью сухих контактов электромеханических реле или с помощью транзистора оптоэлектронной пары. При закорачивании входа, то есть при закорачивании ограничительного резистора 7 и потенциометра 8 величина сопротивления в цепи затворов полевых транзисторов 5 и 6 резко падает и напряжение питания полностью прикладывается к резисторам 9 и 10, то есть увеличивается напряжение на затворах полевых транзисторов 5 и 6. В результате этого полевые транзисторы 5 и 6 полностью открываются и через линию связи 3, нить пиропатрона 4 и через первичную обмотку выходного трасформатора 2 протекает ток, величина которого превышает ток срабатывания пиропатрона, равный 2-3 А, что приводит к срабатыванию или к подрыву пиропатрона 4.

При протекании тока через первичную обмотку трансформатора 2 на вторичной обмотке этого трансформатора наводится напряжение, которое регистрируется на контрольном выходе с помощью радиотелеметрических систем.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что при проведении контрольных операций обеспечивается безопасный контроль целостности нити пиропатрона, а также работоспособность всех элементов, входящих в устройство. После проведения контрольных операций подается входной сигнал, по которому обеспечивается подрыв пиропатрона и обеспечивается телеметрический контроль подрыва нити пиропатрона на контрольном выходе.

В настоящее время разработана электрическая схема устройства, проведены лабораторно-отработочные испытания, которые показали высокую безопасность и надежность предлагаемого устройства.

Использование: в изделиях ракетно-космической техники. Технический результат заключается в повышении надежности за счет увеличения уровня безопасности. В устройстве, содержащем источник питания, резисторы, выходной трансформатор, линию связи, выход которой подключен к нити пиропатрона и коммутирующие узлы, коммутирующие узлы выполнены на полевом транзисторе N-типа и полевом транзисторе Р-типа, при этом затворы полевых транзисторов зашунтированы последовательно соединенными ограничительным резистором и потенциометром, затвор полевого транзистора N-типа через первый резистор подключен к минусу источника питания, к которому также подключен исток этого полевого транзистора, затвор полевого транзистора Р-типа через второй резистор подключен к плюсу источника питания, к которому также подключен исток этого полевого транзистора, сток полевого транзистора Р-типа подключен к первому входному выводу линии связи, сток полевого транзистора N-типа через первичную обмотку выходного трансформатора подключен ко второму выводу линии связи, входом устройства являются выводы затворов полевых транзисторов, а вторичная обмотка выходного трансформатора является контрольным выходом устройства. 1 ил.

Устройство контроля и подрыва нити пиропатрона, содержащее источник питания, резисторы, выходной трансформатор, линию связи, выход которой подключен к нити пиропатрона, коммутирующие узлы, отличающееся тем, что в нем коммутирующие узлы выполнены на полевом транзисторе Р-типа и полевом транзисторе N-типа, при этом затворы полевых транзисторов зашунтированы последовательно соединенными ограничительным резистором и потенциометром, затвор полевого транзистора N-типа через первый резистор подключен к минусу источника питания, а исток этого полевого транзистора также подключен к минусу источника питания, затвор полевого транзистора Р-типа через второй резистор подключен к плюсу источника питания, а исток этого полевого транзистора также подключен к плюсу источника питания, сток полевого транзистора Р-типа подключен к первому входному выводу линии связи, а сток полевого транзистора N-типа через первичную обмотку выходного трансформатора подключен ко второму входному выводу линии связи, входом устройства являются выводы затворов полевых транзисторов, а вторичная обмотка выходного трансформатора является контрольным выходом устройства.