УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИСПЫТАНИЯ СИСТЕМ, ВКЛЮЧАЮЩИХ ЭЛЕКТРОВОСПЛАМЕНИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО, НА ЗАЩИЩЕННОСТЬ ОПАСНЫХ ЦЕПЕЙ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

1. Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к области контроля и испытаний и может быть использована для испытания систем, включающих электровоспламенительное устройство (ЭВУ), на защищенность опасных цепей (ОЦ) от воздействия электромагнитных полей (ЭМП). Под опасной цепью понимается электрическая цепь, в которую включается ЭВУ и цепь, связанная с ним. При воздействии ЭМП на системы, содержащие ОЦ, возникают наведенные токи. В диапазоне от гарантированного тока несрабатывания до гарантированного тока срабатывания, вероятность срабатывания электрического средства инициирования (устройства, предназначенного для возбуждения процесса горения и детонации, срабатывающего от электрического тока), вызванное наведенными токами в результате воздействия ЭМП, распределяется от 0 до 95%.
Для оценки безопасности применения техники в условиях воздействия ЭМП проводят испытания, в ходе которых образец техники подвергается воздействию ЭМП, создаваемого специальными установками (как правило, состоящими из генератора, усилителя и системы антенн), моделирующими ЭМП. Во время воздействия ЭПМ с помощью специальных измерительных устройств измеряется ток, наведенный в ОЦ.
2. Уровень техники
Задача обеспечения безопасности применения техники, содержащей ОЦ в условиях воздействия ЭМП и токов естественного и искусственного происхождения остается по прежнему актуальной, с учетом расширения частотного диапазона и мощности источников ЭМП, а также все более широкого применения в конструкциях композитных радиопрозрачных материалов.
Безопасность применения техники, содержащей ОЦ, считается обеспеченной, если токи, наводимые в ОЦ внешними ЭМП, не превышают допустимые значения (10% от гарантированного тока несрабатывания ЭВУ).
В 80е - 90е годы в специальных измерительных устройствах использовались полупроводниковые термопреобразователи типа ТП4503 или ТПВБ, представляющие собой термопару, нагревательный элемент которой, вместо мостика накаливания, подключался в ОЦ, а собственно термопара имела выводы на регистрирующую аппаратуру. В процессе испытаний наведенный в ОЦ ток нагревал нагревательный элемент, а возникающая в термопаре электродвижущая сила (ЭДС) регистрировалась с помощью цифрового вольтметра.
Такой способ измерения наведенных токов в ОЦ позволял развязать ОЦ и измерительную линию электрически, и производить измерения с уровнем от 3 до 5 мА.
Использование аналогового сигнала в этих термопреобразователях приводит к искажению результатов за счет наводок от внешних ЭМП в самих линиях измерения. Для уменьшения влияния электромагнитных помех применяются оптоволоконные линии связи специальных измерительных устройств с регистрирующей аппаратурой по схеме: специальное измерительное устройство - преобразователь среды - оптоволокно - преобразователь среды - цифровой вольтметр. Тем не менее, полностью устранить влияние внешних ЭМП на выходной аналоговый сигнал невозможно из-за помех на участке: специальное измерительное устройство - преобразователь среды.
Еще одно немаловажное обстоятельство - это то, что используемые термопреобразователи производились за рубежом и сейчас больше не выпускаются.
Из уровня техники известен способ, описанный в патенте RU 2593521 «Способ испытания систем, содержащих электровзрывные устройства (ЭВУ), на стойкость к воздействию внешних электромагнитных полей в составе объектов и устройства для его осуществления», который принят за аналог. В патенте раскрывается оптический интеррогатор с температурными чувствительными элементами на оптоволоконных решетках Брэгга. Устройство преобразователя сигналов эквивалентов электровоспламенителей ЭВУ испытуемого объекта выполнено, связанным через оптоволоконный разъем ввода оптического сигнала из прибора контроля - оптического интеррогатора многоканального и приема оптического сигнала - отраженного сигнала эквивалентов электровоспламенителей ЭВУ решеткой Брэгга и оптического сигнала эквивалентов ЭВУ, через кабель связи устройства преобразования, выполненного в виде пассивного многоканального сплиттера.
Кроме того, эквивалент ЭВУ выполнен с проходным оптоволоконным разъемом для ввода оптического сигнала интеррогатора и приема оптического сигнала, отраженного решеткой Брэгга, соединенным с внешней стороны через оптический разъем связи эквивалента ЭВУ с интеррогатором, а с внутренней стороны, через оптический разъем с трехканальным чувствительным элементом - оптоволоконного преобразователя «ток-температура» эквивалента ЭВУ, из трех, встроенных в единое оптоволокно решеток Брэгга, объединенных конструктивно с эквивалентами нитей накаливания электровоспламенителя, соединенных электрически с разъемом эквивалента ЭВУ, установленным с одного его торца, подключаемого к источнику инициирования срабатывания ЭВУ, в электрических цепях которого возбуждаются основные наведенные токи при воздействии внешнего ЭМП.
Второй торец эквивалента ЭВУ выполнен с резьбовым соединением для установки эквивалента ЭВУ на место штатного ЭВУ испытываемого объекта. Для измерения наведенных токов в ЭВУ с двумя нитями накаливания используют три чувствительных элемента на решетках Брэгга, размером несколько мм каждая, которые формируют в одном оптоволокне, разносят друг от друга вдоль волокна на несколько сантиметров и объединяют с электродинамическими эквивалентами нитей накаливания воспламенителей в единую конструкцию. Для формирования оптических тестовых сигналов и измерения температуры нитей накаливания всех испытываемых ЭВУ, используют оптический интеррогатор - многоканальный, каждый измерительный канал которого обеспечивает одновременную работу от 40 до 80 оптоволоконных решеток Брэгга, путем выбора различных пространственных частот решеток Брэгга.
Для уменьшения числа протяженных оптоволоконных измерительных каналов между интеррогатором и набором ЭВУ испытываемой системы включают оптический сплиттер размерности «1×N» с малыми оптическими потерями, при этом, каждый из N оптоволоконных выходных каналов сплиттера обеспечивает работу с тремя температурными чувствительными элементами на решетках Брэгга, которые устанавливают в каждом эквиваленте ЭВУ. Более того, для улучшения теплового обмена между эквивалентом нити накаливания ЭВУ и оптоволоконной решеткой Брэгга, эквивалент нити накаливания выполняют в виде бескаркасного спирального проволочного резистора, диаметр и длину которого согласуют с диаметром и линейным размером оптоволоконной решетки Брэгга, при этом активное сопротивление эквивалента выбирают равным сопротивлению нити накаливания (от 0,6 до 12,0 Ом), а малое индуктивное сопротивление эквивалента обеспечивают путем бифилярной намотки спирали.
Основным недостатком указанного способа и устройства является сложность изготовления оптического интеррогатора на решетках Брэгга. А также стоит выделить то, что в этом решении оригинальная нить накаливания ЭВУ заменяется на эквивалентную, тем самым вносятся изменения в цепь ЭВУ. При некоторых воздействиях ЭМП, в частности СВЧ диапазона, параметры цепи с эквивалентной цепью накаливания могут существенно отличаться от параметров цепи с оригинальной нитью из-за возникновения иных паразитных индуктивностей и емкостей.
Предлагаемое устройство для испытания систем на защищенность опасных цепей от воздействия электромагнитных полей лишено указанных выше недостатков, так как не вносит изменения в ОЦ, а также имеет цифровую линию передачу данных. В предлагаемом устройстве все комплектующие системы измерения наведенного тока являются общедоступными и простыми в установке и использовании.
3. Раскрытие полезной модели
Технический результат предлагаемой полезной модели заключается в простоте изготовления и применения для инженерного состава, так же высокой точности измерения температуры.
Дополнительными результатами являются повышение эффективности проведения полигонных испытаний за счет возможности получения данных с нескольких устройств по одной линии связи, повышение помехозащищенности за счет цифровой передачи сигнала, сокращение материальных затрат на проведение испытаний.
Указанный технический результат достигается за счет того, что предлагаемое устройство для испытания систем на защищенность опасных цепей от воздействия электромагнитных полей содержит корпус ЭВУ, в котором находится изолятор, сквозь который проходят контакты, на которых со стороны полости для взрывозажигательного состава закреплены нити накаливания, а с другой стороны эти же контакты образуют ответную часть разъема для подключения разъема ОЦ. Непосредственно на нитях накаливания закреплен цифровой термометр, линии питания и передачи данных которого выведены через отверстие, выполненное в корпусе ЭВУ. Во внутреннем пространстве полости для взрывозажигательного состава дополнительно находится еще один цифровой термометр, предназначенный для измерения температуры окружающей среды, и расположенный таким образом, чтобы он не контактировал с нитями накаливания. Линия питания и передачи данных дополнительного термометра, выведены через то же отверстие, выполненное в корпусе ЭВУ.
В предпочтительном варианте в устройстве для испытания систем на защищенность опасных цепей от воздействия электромагнитных полей между цифровыми термометрами проложен термоизолирующий материал.
В другом предпочтительном варианте в устройстве для испытания систем на защищенность опасных цепей внутреннее пространство верхней части корпуса заполнено герметиком.
В еще одном предпочтительном варианте в устройстве для испытания систем на защищенность опасных цепей цифровые термометры содержат расположенные в едином корпусе: термодатчик, устройство преобразования сигнала, однопроводную цифровую помехозащищенная шину, при этом размеры корпуса не превышают 5×4,5 мм, а разрешающая способность цифровых термометров не превышает 0,0625°С.
4. Краткое описание чертежей
Полезная модель поясняется следующим чертежом:
Фиг. 1 - общий вид устройства для испытания систем на защищенность опасных цепей от воздействия электромагнитных полей, где:
1 - герметик;
2 - цифровой термометр;
3 - термоизолирующий материал;
4 - линии передачи данных и питания цифровых термометров;
5 - термоклей;
6 - нити накаливания;
7 - отверстие для прокладки линий передачи данных и питания от цифровых термометров;
8 - корпус электровоспламенительного устройства;
9 - изолятор;
10 - контакт нитей накаливания;
11 - ответная часть разъема для подключения разъема опасной цепи;
12 - полость для взрывозажигательной состава.
Устройство, предлагаемое в качестве полезной модели, осуществляется следующим образом.
5. Осуществление полезной модели
В корпусе электровоспламенительного устройства (8), в котором находится изолятор (9), контакты (10), на которых со стороны полости для взрывозажигательного состава (12) закреплены нити накаливания (6), а с другой стороны эти же контакты (10) образуют ответную часть разъема для подключения разъема опасной цепи (11), выполняется отверстие. В данном предложенном исполнении отверстие (7) просверливают со стороны штатного разъема ЭВУ. Затем при помощи термоклея (5) цифровой термометр (2) для измерения температуры нитей накаливания крепится непосредственно на нити накаливания, не нарушая их целостности. Для улучшения теплового обмена проводится термоизоляция цифрового термометра и нитей накаливания от окружающей среды путем закрытия термоизоляционным материалом (3).
Цифровой термометр (2), предназначенный для измерения температуры окружающей среды, крепится при помощи термоклея (5) во внутреннем пространстве полости для взрывозажигательного состава (12) таким образом, чтобы он не контактировал с нитями накаливания (6). В данном исполнении цифровой термометр крепится на корпус во внутреннем пространстве полости для взрывозажигательного состава. Цифровые термометры (2) состоят из термодатчика, устройства преобразования сигнала в цифровой сигнал, однопроводной цифровой помехозащищенной шины, заключенными в единый корпус, и обладают следующими характеристиками: размеры корпуса не превышают 5×4,5 мм, а разрешающая способность цифровых термометров не превышает 0,0625°С. К цифровым термометрам подключаются линии питания и передачи данных (4). По линии передачи данных необходимая информация передается на персональную электронную вычислительную машину (ПЭВМ). Линии передачи данных и питания прокладываются через выполненное отверстие (7) в корпусе ЭВУ (8). Далее производится фиксация всех элементов и герметизация устройства при помощи герметика (1).
Устройство работает следующим образом. На контакты устройства подаются заранее известные токи. При подаче тока считывается соответствующая этим токам разность температур между двумя цифровыми термометрами. На основании полученных данных происходит построение зависимости тока от разности температур. На основании этой зависимости производится оценка тока нити накаливания.
При необходимости проведения испытаний для нескольких устройств, содержащих ОЦ за счет уникального номера кодировки каждого термометра, появляется возможность объединения данных в одну линию передачи данных.
Таким образом, предлагаемая полезная модель имеет ряд преимуществ (технические результаты):
- минимальные размеры цифрового термометра обеспечивает размещение на самой нити накаливания, без внесения изменений в электрическую цепь ЭВУ;
- применение простых и доступных технических решений для реализации измерения температуры нити накаливания;
- необходимую точность оценки наведенного тока обеспечивается высокой разрешающей способностью цифрового термометра;
- возможность размещения нескольких цифровых термометров в различных зонах;
- снижение материальных затрат на изготовление системы измерения;
- возможность сборки устройства в условиях полигона.