УСТРОЙСТВО КОНТРОЛЯ И ПОДРЫВА НИТИ ПИРОПАТРОНА Российский патент 2007 года по МПК G08B17/08 

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, МПК 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, МПК G 08 В 17/10, 1973 г., содержащее коммутирующий узел, к которому подключены 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, МПК G 08 В 17/06, 1999 г. Указанное устройство состоит из коммутирующих узлов, резисторов и источника питания. Устройство-прототип содержит также блок с пороговой функцией ограничения напряжения и реле тока, включенные последовательно с каждым из блоков с пороговой функцией ограничения напряжения, при этом каждый блок с пороговой функцией ограничения напряжения содержит стабилитрон, транзистор и резистор.

Известное 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 не работает при одном отказе типа «обрыв» или «короткое замыкание», а нить пиропатрона коммутируется только по одному потенциалу источника питания, что приводит к снижению надежности и безопасности устройства, так как при случайном или несанкционированном попадании минуса или плюса источника питания пиропатрон может подорваться.

Кроме этого, схема прототипа не позволяет обнаруживать ложные связи нити пиропатрона с источником питания через сопротивления, а 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 при отказах типа «обрыв» или «короткое замыкание», а также в связи с применением коммутационных элементов.

Задачей предлагаемого устройства контроля и подрыва нити пиропатрона является увеличение уровня безопасности, повышение надежности, а также расширение функциональных возможностей.

Технический результат достигается за счет того, что в устройство контроля и подрыва нити пиропатрона, состоящее из коммутирующих узлов, резисторов и источника питания, в отличие от известных устройств введены две оптоэлектронные транзисторные пары и сигнальный трансформатор, при этом первый вывод нити пиропатрона через первую входную обмотку сигнального трансформатора и первый коммутирующий узел подключен к плюсу источника питания, второй вывод нити пиропатрона через вторую входную обмотку сигнального трансформатора и второй коммутирующий узел подключен к минусу источника питания, первый вход устройства через первую оптоэлектронную пару подключен к первому коммутирующему узлу, а второй вход устройства через вторую оптоэлектронную пару подключен ко второму коммутирующему узлу, при этом коллектор транзистора первой оптоэлектронной пары через последовательно соединенные первый и второй резисторы подключен к плюсу источника питания, эмиттер этого транзистора подключен к минусу источника питания, коллектор транзистора второй оптоэлектронной пары через третий резистор подключен к плюсу источника питания, а эмиттер этого транзистора через четвертый резистор подключен к минусу источника питания.

Причем в устройстве контроля и подрыва нити пиропатрона первый коммутирующий узел предлагается выполнить на полевом транзисторе Р-типа, второй коммутирующий узел предлагается выполнить на полевом транзисторе N-типа, при этом первый вывод нити пиропатрона через первую входную обмотку сигнального трансформатора и полевой транзистор Р-типа подключен к плюсу источника питания, второй вывод нити пиропатрона через вторую входную обмотку сигнального трансформатора и полевой транзистор N-типа подключен к минусу источника питания, затвор полевого транзистора Р-типа через первый резистор и транзистор первой оптоэлектронной пары подключен к минусу источника питания и через второй резистор подключен к плюсу источника питания, светодиод первой оптоэлектронной пары подключен к первому входу устройства, затвор полевого транзистора N-типа через третий резистор подключен к минусу источника питания и через транзистор второй оптоэлектронной пары и четвертый резистор подключен к плюсу источника питания, светодиод второй оптоэлектронной пары подключен ко второму входу устройства, кроме этого, затворы полевых транзисторов подключены к входу «подрыв», третья обмотка сигнального трансформатора является контрольным выходом устройства.

Предлагаемая схема обеспечивает высокий уровень безопасности, так как в ней осуществляется двухсторонняя коммутация нити пиропатрона, а именно нить пиропатрона отделена от источника питания и по плюсу, и по минусу питания с помощью коммутирующих узлов (полевых транзисторов).

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 сигналов на вход устройства.

Высокая надежность предлагаемого устройства обеспечивается тем, что в нем применяются современные полупроводниковые электрорадиоизделия, интенсивность отказов которых находится в пределах 10^-5-10^-7, а также тем, что в нем при проведении контрольных операций проверяется работоспособность всех элементов, входящих в состав устройства, а также прохождение команд управления и внешние связи.

Предлагаемая схема прототипа, кроме стандартных процедур, указанных выше, позволяет обнаруживать ложные связи нити пиропатрона с источником питания, которые могут образовываться через паразитные сопротивления, что значительно расширяет ее функциональные возможности.

Основными техническими параметрами пиропатронов являются ток подрыва, величина которого равна 2-3 А, длительность импульса тока 3-5 мс, безопасный ток обтекания пиропатронов составляет 5-50 мА.

Электрическая схема предлагаемого устройства (см. чертеж) содержит источник питания 1, сигнальный трансформатор 2, который имеет первую входную обмотку 3, вторую входную обмотку 4 и выходную обмотку 5, нить пиропатрона 6, полевой транзистор Р-типа 7, исток которого подключен к плюсу источника питания, а сток через первую входную обмотку 3 сигнального трансформатора 2 подключен к первому выводу нити пиропатрона 6, полевой транзистор N-типа 8, исток которого подключен к минусу источника питания 1, а сток через вторую входную обмотку 4 сигнального трансформатора 2 подключен ко второму выводу пиропатрона 6. Коллектор транзистора 9 первой оптоэлектронной пары через последовательно соединенные первый резистор 10 и второй резистор 11 подключен к плюсу источника питания 1, эмиттер транзистора 9 подключен к минусу источника питания.

Затвор полевого транзистора 7 через первый резистор 10 и транзистор первой оптоэлектронной пары 9 подключен к минусу источника питания и через второй резистор 11 подключен к плюсу источника питания, светодиод первой оптоэлектронной пары 9 подключен к входу 1, затвор полевого транзистора 8 через третий резистор 12 подключен к минусу источника питания и через транзистор второй оптоэлектронной пары 13 и четвертый резистор 14 подключен к плюсу источника питания, кроме этого, затворы полевых транзисторов 7 и 8 подключены к входу «подрыв». Выходная обмотка 5 сигнального трансформатора 2 является контрольным выходом устройства, с которого снимается сигнал при протекании тока через нить пиропатрона 6.

Схема контроля и подрыва нити пиропатрона работает следующим образом. При проведении контрольных операций проверяется наличие стыковки, целостность нити пиропатрона, а также работоспособность всех остальных электрорадиоизделий, входящих в состав устройства, а также команды управления.

Сначала подается команда на вход 1, включаются светодиод и транзистор оптоэлектронной пары 9. В результате чего на затворе полевого транзистора 7 через резистор 11 образуется отрицательный потенциал, однако полевой транзистор 7 не включается, так как выключен полевой транзистор 8 и ток через нить пиропатрона 6 не протекает.

Затем подается команда на вход 2, включаются светодиод и транзистор оптоэлектронной пары 13. В результате этого на затворе полевого транзистора 8 через резистор 12 образуется положительный потенциал, однако полевой транзистор 8 не включается, так как выключен полевой транзистор 7 и ток через нить пиропатрона 6 не протекает.

При подаче команд на вход 1 или вход 2 убеждаются в том, что отсутствует выходной сигнал на обмотке 5 сигнального трансформатора 2.

В результате проведения этих операций убеждаются также в том, что нить пиропатрона отделена от источника питания и по плюсу, и по минусу, а также в отсутствии паразитных связей нити пиропатрона с источником питания.

После этого подаются две команды одновременно на вход 1 и вход 2, в результате этого включаются оптоэлектронные пары 9 и 13, на затворе полевого транзистора 7 образуется отрицательный потенциал, а на затворе полевого транзистора 8 образуется положительный потенциал, включаются полевые транзисторы 7 и 8, а через нить пиропатрона 6, первую 3 и вторую 4 входные обмотки сигнального трансформатора 2 протекает безопасный ток, величина которого составляет 5-50 мА. Величина этого тока безопасна для нити пиропатрона и задается она режимами работы полевых транзисторов 7 и 8.

Режимы работы полевых транзисторов 7 и 8 задаются резисторами 11 и 12 и устанавливаются на пороге открытия полевых транзисторов и меньшим, чем пороговое, напряжением (по техническим условиям 1-4 В).

Таким образом, полевые транзисторы 7 и 8 находятся в полуоткрытом состоянии, а их сопротивление сток-исток может составлять сотни Ом. Поэтому через нить пиропатрона протекает безопасный ток величиной 5-50 мА.

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». Москва, «Радио и связь», 1985 г.).

Целостность нити пиропатрона контролируется наземной телеметрической системой, фиксацией сигнала на контрольном выходе устройства (на выходной обмотке 5 сигнального трансформатора 2), при протекании безопасного тока через нить пиропатрона 6.

Наличие сигнала на контрольном выходе говорит о том, что нить пиропатрона цела, а все элементы устройства функционируют нормально.

Таким образом, при проведении контрольных операций убеждаются в том, что нить пиропатрона отделена от источника питания и по плюсу, и по минусу, и по протеканию тока через нить убеждаются в том, что она не оборвана, а цела. Кроме этого, подтверждается работоспособность всех цепей и всех электрорадиоэлементов, входящих в состав устройств, а также прохождение команд управления. Таким образом подтверждается высокий уровень безопасности и высокая надежность устройства.

После этого приступают к проведению штатных операций, то есть к натурным испытаниям, при которых осуществляется подрыв нити пиропатрона.

Для этого подается команда (т.е. затворы практически закорачиваются) на вход «подрыв», при этом на затворах полевых транзисторов 7 и 8 устанавливается напряжение смещения, превышающее их пороговое напряжение 1-4 В. После этого полевые транзисторы 7 и 8 включаются, а через первую входную обмотку 3 сигнального трансформатора 2 нить пиропатрона 6, а также через вторую входную обмотку 4 сигнального трансформатора 2 протекает ток подрыва пиропатрона более 2-3 А и нить пиропатрона срабатывает, то есть перегорает.

Сигнал на контрольном выходе с помощью обмотки 5 сигнального трансформатора 2 фиксируется бортовой телеметрической системой при протекании тока через нить пиропатрона 6.

Кроме этого, предлагаемая схема обладает возможностью обнаружения наличия ложных потенциалов на нити пиропатрона. Например, если нить пиропатрона через ложный резистор окажется подключенной к плюсу или минусу источника питания, тогда при проведении контрольных испытаний и подаче управляющего сигнала на вход 1(вход 2) срабатывает оптоэлектронная пара 9 (13) и через полевой транзистор 7 (8), входную обмотку 3(4) сигнального трансформатора 2 и ложный резистор будет протекать ток, который и будет зафиксирован на контрольном выходе наземной телеметрической системой.

Следует учесть также то, что на практике применяются двухнитевые пиропатроны, состоящие из двух нитей, то есть нити задублированы.

В предлагаемой схеме рассмотрено устройство контроля и подрыва одной нити, при этом учитывается то, что для подрыва второй нити используется точно такая же схема.

В настоящее время разработана электрическая схема для контроля и порыва нитей пиропатронов, проведена экспериментальная отработка на опытных образцах. Выполненные работы показывают высокую надежность и безопасность предлагаемого устройства.

Предлагаемое устройство относится к электронным устройствам автоматики и может найти широкое применение в изделиях ракетно-космической техники (РКТ). Технический результат - повышение надежности за счет увеличения уровня безопасности. Технический результат достигается за счет того, что в предлагаемом устройстве осуществляется двухсторонняя коммутация нити пиропатрона, а именно нить пиропатрона отделена от источника питания и по плюсу, и по минусу питания питания с помощью коммутирующих узлов (полевых транзисторов). 1 ил.

Устройство контроля и подрыва нити пиропатрона, состоящее из коммутирующих узлов, резисторов, источника питания, отличающееся тем, что в него введены две оптоэлектронные транзисторные пары и сигнальный трансформатор, а первый коммутирующий узел выполнен на полевом транзисторе Р-типа, второй коммутирующий узел выполнен на полевом транзисторе N-типа, при этом первый вывод нити пиропатрона через первую входную обмотку сигнального трансформатора и полевой транзистор Р-типа подключен к плюсу источника питания, второй вывод нити пиропатрона через вторую входную обмотку сигнального трансформатора и полевой транзистор N-типа подключен к минусу источника питания, затвор полевого транзистора Р-типа через первый резистор и транзистор первой оптоэлектронной пары подключен к минусу источника питания и через второй резистор подключен к плюсу источника питания, светодиод первой оптоэлектронной пары подключен к первому входу устройства, затвор полевого транзистора N-типа через третий резистор подключен к минусу источника питания и через транзистор второй оптоэлектронной пары и четвертый резистор подключен к плюсу источника питания, светодиод второй оптоэлектронной пары подключен ко второму входу устройства, кроме этого затворы полевых транзисторов подключены к входу «подрыв», третья обмотка сигнального трансформатора является контрольным выходом устройства.