УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ И ПОДРЫВА ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНЫХ ЦЕПЕЙ ПИРОПАТРОНОВ Российский патент 2015 года по МПК G08B17/00 A62C37/36 

Изобретение 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, а также в устройствах управления средствами пожаротушения.

Известно устройство для контроля и подрыва пиропатронов по патенту РФ №2266569 (МПК: G08B 17/08), которое состоит из пиропатрона с двумя нитями, при этом первая нить через первый полевой транзистор и первую обмотку сигнального трансформатора, вторая нить через второй полевой транзистор и вторую обмотку сигнального трансформатора подключены к силовому источнику питания. Кроме этого это устройство содержит два формирователя импульсов и два переключателя сигналов, а также дифференцирующие цепи. Недостатком этого устройства является большой ток потребления, так как в них нити подключаются параллельно источнику питания.

Известно устройство для контроля и подрыва последовательных цепей пиропатронов по патенту РФ №2157564 (МПК: G08B 17/06), содержащее пиропатроны с двумя нитями, каждая из которых зашунтирована полупроводниковым прибором восстановления электрической цепи с переходом из состояния закрытого в открытое, коммутирующие узлы тока контроля и подрыва, а также контрольный элемент, при этом к коммутирующему узлу подключена последовательная цепь из двух и более пиропатронов, при этом параллельно каждому из пиропатронов подключен блок с пороговой функцией ограничения напряжения, который по существу является полупроводниковым прибором. К недостаткам устройства следует отнести то, что на каждом пороговом элементе после его включения образуется падение напряжения, величина которого зависит от параметров самого порогового блока и может достигать значительной величины. При увеличении количества включенных последовательно пиропатронов растет и величина падения напряжения на них, что соответственно ограничивает общее количество последовательно соединенных пиропатронов или приводит к снижению КПД и необходимости увеличения напряжения источника питания, что в ракетно-космической технике недопустимо. Кроме этого следует отметить, что включение реле тока последовательно с каждым пороговым блоком приводит к снижению надежности всего устройства и еще больше снижает коэффициент использования источника питания. А также отсутствие информации о конкретном отказавшем или несработавшем пиропатроне.

Известно устройство для контроля и подрыва последовательных цепей пиропатронов (Патент РФ 2334278, G08B 17/06), содержащее пиропатроны с двумя нитями, каждая из которых зашунтирована полупроводниковым прибором восстановления целостности электрической цепи с переходом из состояния закрытого в открытое, коммутирующие узлы тока контроля и подрыва, а также контрольный элемент, каждый коммутирующий узел выполнен на двух ключевых элементах, при этом каждый ключевой элемент выполнен на полевом транзисторе и имеет два входа, первый из которых подключен к наземному испытательному оборудованию, а второй вход подключен к бортовой системе управления, первые нити каждого пиропатрона соединены между собой последовательно, вторые нити каждого пиропатрона также соединены между собой последовательно, первые ключевые элементы подключены между плюсом источника питания и входами последовательных цепей нитей пиропатронов, вторые ключевые элементы подключены между минусом источника питания и выходами последовательных цепей нитей пиропатронов, контрольный элемент выполнен в виде трансформатора с двумя входными обмотками и одной выходной обмоткой, первая входная обмотка трансформатора включена последовательно с первыми нитями пиропатронов, а вторая входная обмотка трансформатора подключена последовательно со вторыми нитями пиропатронов, выходная обмотка трансформатора является контрольным выходом устройства. Данное устройство выбрано в качестве прототипа.

Недостатком данного устройства является отсутствие информации об отказавшем или несработавшем номере пиропатрона (невозможность определения, какой именно отказал или не сработал пиропатрон), а также наличие гальванической связи цепей управления с цепями подрыва пиропатронов, что снижает надежность устройства.

Задачей изобретения является повышение надежности устройства за счет гальванической развязки цепей управления с цепями подрыва пиропатронов и повышение информативности об отказавшем или несработавшем номере пиропатрона.

Поставленная задача решается за счет того, что в устройстве для контроля и подрыва последовательных цепей пиропатронов, содержащем пиропатроны с двумя нитями, каждая из которых зашунтирована полупроводниковым прибором восстановления целостности электрической цепи с переходом из состояния закрытого в открытое, коммутирующие узлы тока подрыва, контрольный элемент, каждый коммутирующий узел выполнен на двух ключевых элементах, первые нити каждого пиропатрона соединены между собой последовательно, вторые нити каждого пиропатрона также соединены между собой последовательно, первые ключевые элементы подключены между плюсом источника питания и входами последовательных цепей нитей пиропатронов, вторые ключевые элементы подключены между минусом источника питания и выходами последовательных цепей нитей пиропатронов, введены первый и второй управляемые ключи, параллельно каждой первой и каждой второй нити пиропатронов включен индификационный резистор, величина которого определяется по формуле: R_n=R_c·2n, где R_c - суммарное сопротивление пиропатронов и подводящих проводов, а n - целые числа, контрольный элемент выполнен в виде первого и второго омметра, первый омметр через первый управляемый ключ включен между точками соединения первого и второго ключевого элемента с последовательными цепями первых нитей пиропатронов, а второй омметр через второй управляемый ключ включен между точками соединения первого и второго ключевого элемента с последовательными цепями вторых нитей пиропатронов, выходы омметров являются контрольными выходами устройства, точки соединения первых и вторых ключевых элементов с последовательными цепями нитей пиропатронов являются технологическими цепями контроля пиропатронов устройства.

На фиг.1 приведена структурная схема устройства для контроля и подрыва последовательных цепей пиропатронов.

Предлагаемое устройство состоит из пиропатронов 1.1…1.n, первые нити которых Пн1 соединены между собой последовательно, вторые нити Пн2 также соединены между собой последовательно, каждая нить пиропатрона зашунтирована полупроводниковым прибором восстановления электрической цепи с переходом из состояния закрытого в открытое, выполненным в виде динистора 2.1…2.n, первые ключевые элементы 3 включены между плюсом источника питания (+Е) и входами последовательно соединенных соответственно первых нитей Пн1 и вторых нитей Пн2 пиропатронов 1.1…1.n, вторые ключевые элементы 4 включены между минусом источника питания (-Е) и выходами последовательно соединенных соответственно первых нитей Пн1 и вторых нитей Пн2 пиропатронов 1.1…1.n, каждый ключевой элемент 4 имеет вход: "Подрыв", который подключен к бортовой системе управления (СУ). Первый 7 и второй 9 контрольные элементы выполнены в виде измерителя сопротивления (омметр) и соответственно включены через первый 6 управляемый ключ между точками соединения первого 3 и второго 4 ключевого элемента с последовательными цепями первых нитей Пн1 пиропатронов 1.1…1.n и через второй 8 управляемый ключ между точками соединения первого 3 и второго 4 ключевого элемента с последовательными цепями вторых нитей Пн2 пиропатронов 1.1…1.n. Выходы первого 7 и второго 9 контрольных элементов являются контрольными выходами устройства. Параллельно каждой нити Пн1 и Пн2 пиропатронов 1.1…1.n включены резисторы 5.1…5.n. Точка 10 соединения первого 3 ключевого элемента с последовательными цепями первых Пн1 нитей пиропатронов и точка 11 соединения второго 4 ключевого элемента с последовательными цепями первых нитей Пн1 пиропатронов являются первыми технологическими выводами устройства. Точка 12 соединения первого 3 ключевого элемента с последовательными цепями вторых Пн2 нитей пиропатронов 1.1…1.n и точка 13 соединения второго 4 ключевого элемента с последовательными цепями вторых нитей Пн2 пиропатронов 1.1…1.n являются вторыми технологическими выводами устройства.

Необходимо отметить, что перед испытаниями составляют таблицу соответствия величины сопротивления индификационного резистора (определяется по выше приведенной формуле) номеру пиропатрона (одинаковые для первой и второй нитей).

Кроме того, следует отметить, что контроль целостности нитей пиропатронов может осуществляться как внешним измерительным устройством (в полевых условиях, например тестером), когда изделие не запитано, так и устройством контроля состояния пиропатронов при замыкании управляемых ключей, когда изделие запитано штатно, в том числе при натурных испытаниях (в полете).

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Сначала проверяют исправность элементов схемы без пиропатронов, для этого подключают внешний измерительный прибор (условно не показан) к технологическим выводам 10 и 11 последовательно соединенных первых нитей Пн1 пиропатронов и убеждаются в наличии сопротивления соответствующего суммарному сопротивлению последовательно включенных резисторов 5.1…5.n, если сопротивление меньше, то величина, на которую уменьшилось сопротивление, укажет на номер закороченного динистора. Аналогичные действия проводят с технологическими выводами 12 и 13 последовательно соединенных вторых нитей Пн2 пиропатронов. Включают первые ключевые элементы 3 и убеждаются в наличии цепи между +E и технологическими цепями 10, 12, затем включают вторые ключевые элементы 4 и убеждаются в наличии цепи между -E и технологическими выводами 11, 13. После этого подают напряжение питания на шины E, включают первый 3 и второй 4 ключевой элемент первых нитей Пн1 пиропатронов и измеряют ток в этой цепи бесконтактным датчиком тока (условно не показан). Затем включают первый 3 и второй 4 ключевой элемент вторых нитей Пн2 пиропатронов и измеряют ток в этой цепи бесконтактным датчиком тока (также условно не показан). Величина тока будет определяться как (U_пит-U_пад)/R_огр, где U_пад - суммарное падение напряжение на динисторах 2.1…2.n, R_орг - ограничительный резистор, устанавливаемый последовательно с коммутирующими элементами (условно не показан).

Наличие небольшого тока в данном случае будет свидетельствовать о неисправности одного из динисторов 2.1…2.n.

Далее отключают напряжение питания с шин E, подключают пиропатроны 1.1…1.n и внешним измерительным прибором (тестер) через технологические выводы 10, 11 измеряют сначала сопротивление последовательно соединенных первых нитей Пн1 пиропатронов, затем через технологические выводы 12, 13 сопротивление последовательно соединенных вторых нитей Пн2 пиропатронов. В случае обрыва нити пиропатрона сопротивление измеряемой цепи увеличится на величину соответственного индификационного резистора 5.1…5.n, если в обрыве два пиропатрона, то сопротивление измеряемой цепи увеличится на величину суммы соответственных индификационных резисторов 5.1…5.n, и т.д.

Остается только подтвердить с помощью соответственно первого 7 и второго 9 омметра сопротивление последовательно соединенных первых Пн1 и вторых Пн2 нитей пиропатронов. Для этого последовательно включают первый 6 и второй 8 управляемые ключи и измеряют сопротивление последовательно соединенных первых Пн1 и вторых Пн2 нитей пиропатронов соответственно первым 7 и вторым 9 омметром. Устройство готово к боевой работе.

При работе устройства в полете и необходимости подрыва пиропатронов запитывают шины E, и от бортовой системы управления подаются команды "Подрыв 1.1 и подрыв 1.2", длительность которых больше времени срабатывания пиропатронов (1-3 мс). Замыкаются первые ключевые элементы 3 и вторые ключевые элементы 4, в результате через последовательно соединенные первые нити Пн1 пиропатронов 1.1…1.n протекает ток подрыва, осуществляя подрыв пиропатронов.

После окончания команды "Подрыв" включают первый 6 управляемый ключ и измеряют показание первого 7 омметра, в случае подрыва всех пиропатронов 1.1…1.n (перегорание первых нитей Пн1) показание соответствует суммарному сопротивлению последовательно включенных резисторов 5.1…5.n, если сопротивление меньше, то величина, на которую уменьшилось сопротивление, укажет на номер несработавшего пиропатрона.

В этом случае подают команды "Подрыв 2.1 и подрыв 2.2", замыкаются первые ключевые элементы 3 и вторые ключевые элементы 4, в результате через последовательно соединенные вторые нити Пн2 пиропатронов 1.1…1.n протекает ток подрыва, осуществляя подрыв пиропатронов. После окончания команды "Подрыв" включают второй 8 управляемый ключ и измеряют показание второго 9 омметра, в случае подрыва всех пиропатронов 1.1…1.n (перегорание первых нитей Пн2) показание соответствует суммарному сопротивлению последовательно включенных резисторов 5.1…5.n, если сопротивление меньше, то величина, на которую уменьшилось сопротивление, укажет на номер несработавшего пиропатрона.

В ответственных случаях команды "Подрыв 1.1 и подрыв 1.2", "Подрыв 2.1 и подрыв 2.2" подают одновременно и затем последовательно контролируют показания первого 7 и второго 9 омметров.

Режим коммутирующих элементов нитей пиропатронов выбирается таким, чтобы величина протекающего тока была больше, чем ток срабатывания пиропатронов (2А). В случае необходимости ограничения тока коммутирующих элементов последовательно с последними устанавливаются резисторы.

Следует пояснить, когда динистор закорочен нитью пиропатрона, его сопротивление равно несколько сот кОм и он практически не влияет на параметры нити, поскольку ее сопротивление равно 1-3 Ом. Учитывая разновременность срабатывания нитей пиропатронов (1-3 мс), предположим, например, что первой срабатывает нить Пн1 пиропатрона 1.1, при этом к динистору 2.1, соединенному параллельно, прикладывается напряжение, превышающее напряжение включения этого динистора (например, динистор 2H102A имеет напряжение включения 7-10 В, ток в импульсе равен 3 A). Динистор 2.1 включается, при этом остаточное напряжение на нем равно 0,5-1 В, поэтому параметры цепи практически не изменяются. То есть динистор работает в режиме ключа: "закрыт-открыт" и после подрыва нити пиропатрона восстанавливает электрическую цепь.

В качестве полупроводникового прибора можно использовать не только динистор, но и полевые транзисторы и тиристоры (схемы включения см. прототип).

При напряжении питания E=27 В в качестве управляемых ключей и ключевых элементов можно использовать реле РЭК81 в согласованном одноразовом режиме работы, резисторы использованы С2-33, динисторы использованы типа 2H102A. Для измерения тока подрыва нитей пиропатронов подойдет бесконтактный датчик тока ДТБ1 или CSA-1V.

В настоящее время проведена лабораторная отработка предлагаемого устройства, которая показала высокую эффективность и простоту.

Изобретение относится к устройству для контроля и подрыва последовательных цепей пиропатронов. Технический результат заключается в повышение надежности, что увеличивает уровень безопасности, а также обеспечение возможности длительного запоминания факта срабатывания пиропатронов при штатной эксплуатации и возможности подрывать пиропатроны поодиночке. Устройство содержит пиропатроны с двумя нитями, каждая из которых зашунтирована полупроводниковым прибором восстановления целостности электрической цепи с переходом из состояния закрытого в открытое, коммутирующие узлы тока подрыва, контрольный элемент, каждый коммутирующий узел выполнен на двух ключевых элементах, при этом введены управляемые ключи, параллельно каждой первой и каждой второй нити пиропатронов включен индификационный резистор, контрольный элемент выполнен в виде первого и второго омметра, выходы омметров являются контрольными выходами устройства, точки соединения первых и вторых ключевых элементов с последовательными цепями нитей пиропатронов являются технологическими цепями контроля пиропатронов устройства. 1 ил.

Устройство для контроля и подрыва последовательных цепей пиропатронов, содержащее пиропатроны с двумя нитями, каждая из которых зашунтирована полупроводниковым прибором восстановления целостности электрической цепи с переходом из состояния закрытого в открытое, коммутирующие узлы тока подрыва, контрольный элемент, каждый коммутирующий узел выполнен на двух ключевых элементах, первые нити каждого пиропатрона соединены между собой последовательно, вторые нити каждого пиропатрона также соединены между собой последовательно, первые ключевые элементы подключены между плюсом источника питания и входами последовательных цепей нитей пиропатронов, вторые ключевые элементы подключены между минусом источника питания и выходами последовательных цепей нитей пиропатронов, отличающееся тем, что введены первый и второй управляемые ключи, параллельно каждой первой и каждой второй нити пиропатронов включен индификационный резистор, величина которого определяется по формуле: R_n=R_c·2n, где R_c - суммарное сопротивление пиропатронов и подводящих проводов, а n - целые числа, контрольный элемент выполнен в виде первого и второго омметра, первый омметр через первый управляемый ключ включен между точками соединения первого и второго ключевого элемента с последовательными цепями первых нитей пиропатронов, а второй омметр через второй управляемый ключ включен между точками соединения первого и второго ключевого элемента с последовательными цепями вторых нитей пиропатронов, выходы омметров являются контрольными выходами устройства, точки соединения первых и вторых ключевых элементов с последовательными цепями нитей пиропатронов являются технологическими цепями контроля пиропатронов устройства.