雷管电参数综合测试仪的电路设计(精)

◎试验研究◎雷管电参数综合测试仪的电路设计 11 ※煤炭科学研究总院青年创新基金资助项目※
雷管电参数综合测试仪的电路设计
李勇王晓云
煤科总院爆破技术研究所,安徽省淮北市, 235039
摘要采用新型单片机和压电传感器设计了一种智能化的雷管电参数综合测试仪,可测试工业电雷管的全电阻、安全电流、准爆电流、最小发火电流、发火冲能和延期时间等电参数,具备《工业电雷管》 (GB8031-2005标准规定的电雷管所有电性能测试能力。

初步应用表明, 该仪器具有性能稳定、测试数据准确, 传感器安装方便等特点。

关键词工业电雷管;雷管电性能;单片机;电路设计
中图分类号 TD 235.22 文献标识码 A
The Circuit Design for Electrical Parameter Comprehensive Test Instrument of Detonator
Li Yong; Wang Xiaoyun
Blasting Technology Research Institute of CCRI, Huaibei Anhui, 235039
Abstract A new style of single-chip computer and piezo electric sensor are adopted for designing a kind of intellectualized electrical parameter comprehensive test instrument of detonator, the instrument can not only be used to test the electrical parameter such as: impedance of industrial electric detonator、 safe current、 safe firing current、 the lowest firing current、 firing impulse and delay time, but also be provided with the ability which is regulated by the standard 《 Industrial Electric Detonator》 to test the electric capability of electric detonator. Preparatory application declares that the instrument is characteristic ofstable performance、 accurate test data、 convenient
installation of sensor and so on. Keywords industrial electric detonator; electric capability of detonator; single-chip computer; circuit design
1 引言
工业电雷管是工程爆破中广泛使用的起爆器材, 其电性能的优劣程度与起爆可靠性和使用安全性密切相关, 产品出厂前和爆破应用之前必须经过严格的性能检验认证, 因此, 用于检测雷管各项电性能的测试仪器的先进性、测试准确性和可靠性至关重要。

目前,民爆企业主要使用的是我所早年研制的 LDC-1型雷管电阻测试仪、WYS-1型雷管延期时间测试仪、 WLD-1型雷管电参数测试仪以及南京理工大学
研制的 DC9801型智能雷管电参数测试仪,这些仪器早于《工业电雷管》 (GB8031-2005标准修订前设计开发,部分测试功能已不能满足标准修订后的雷管性能测试要求。

本文新设计的的雷管电参数测试仪, 在测试方法满足修订标准新要求的基础上, 还具备电雷管各项电参数综合测试功能, 具备一机多用的特点, 避免了产品检验及爆破现场测试雷管性能需要携带多台仪表的麻烦。

2 设计思路
电参数综合测试仪的工作原理如图 1。

测电阻电路利用恒流源及其运算放大器把信
号输送给单片机,经过模数转换处理,由液
晶显示器显示输出。

由单片机控制数模转换
器件 TLV5638输出一个和所需测试电流成
比例的电压,此电压输入给由运算放大器组
成的电压跟随器,从而控制输出安全电流, 图 1 雷管电参数综合测试仪原理框图
12 煤矿爆破 2008年第 1期总第 80期最小发火电流,单发起爆电流,串联准爆电流,控制电流输出的时间。

运算处理核心采用功能强大的 MSP430F149单片机,可减少外围元件,使仪器测试电路简单,测量准确 [1]。

测试串联准爆的同时测出多发雷管延期时间的电路如下组成:一是主机, 二是接收爆炸振动信号的从机。

25个延期时间测试传感器从机与主机之间采用 RS-485的方式进行通讯。

控制电路和电流输出电路的隔离技术以及软件抗干扰技术。

此外, 市面现有同类功能的仪器在测试雷管延期时间时, 接收雷管爆炸信号的传感器是光电传感器, 对测试条件尤其爆炸信号采集装置避免光线照射要求很高, 仪器使用需要特定的测试场所和辅助设备。

为了解决这一问题, 本测试仪器采用压电传感器作为接收爆炸信号的传感器,压电传感器对环境温度、湿度、光线无特殊要求,便于安装,但问题在于通过设计合适的测试装置来避免爆炸振动产生相互影响。

3 电路设计
3.1 单片机选型
目前常用的单片机微处理器有 8031, 80C196和 MSP430系列。

前两种微处理器需要另外配置 EPROM 和 RAM 来储存程序和数据, 电路相对复杂, 不易实现整机的小型化, 而且对电源的要求较高。

MSP430单片机是一个特别强调超低功耗应用的单片机品种,系统各个模块完全独立运行, Timer 、 I/O Port 、 A/D Converter、Watchdog 等都可以在主 CPU 休眠的状态下独立运行。

本机采用 MSP430系列中
的 MSP430F149单片机,图 2是 MSP430F149的引脚设置图 [2]。

MSP430F149单片机还具有系统工作稳定的特点:上电复位后,首先由 DCOCLK 启动 CPU ,以保证程序从正确的位置开始执行, 保证晶体振荡器有足够的启动和稳定时间。

然后可以用软件设置最后的系统时钟频率。

如果晶体振荡器在用作 CPU 时钟时发生故障, DCO 会自动启动, 以保证系统正常工作;
如果程序跑飞, Watchdog 可自动将其复位。

图 2 MSP430F149引脚设置图
3.2 全电阻测试电路
雷管全电阻测试电路由集成三端稳压器、电位器、精密电阻构成恒流源(电流输出大小可调节 , 与运算放大器组成的电阻测量模拟信号输入电路。

为达到测试准确,设计三个档次来测电阻:
◎试验研究◎雷管电参数综合测试仪的电路设计 13
第一档,当电阻小于10Ω ,放大倍数可高达 65倍;
第二档,当电阻大于10Ω 小于200Ω ,放大倍数达 6倍,可通过电位器来调节放大倍数;
第三档,当电阻大于200Ω ,可直接通过 LM324跟随得到模拟信号。

把得的模拟信号输送给单片机进行模数转换, 通过单片机对转换后的数据进行校正处理, 校正处理后的数据由液晶显示器显示被测电阻值。

3.3 安全电流、发火冲能测试电路
该部分电路由场效应管、运算放大器、变压器、整流桥、光耦及周边元件组成恒流输出电路,可测试雷管安全电流、最小发火电流、发火冲能。

为符合《工业电雷管》 (GB8031-2005标准对电雷管性能的技术要求,由单片机控制数模转换器件TLV5638输出一个和所需测试电流成比例的电压,此电压输入给由运算放大器组成的电压跟随器, 控制输出安全电流、最小发火电流、单发起爆电流和串联准爆电流,并准确控制电流输出时间。

3.4 串联准爆与延期时间测试电路
串联准爆电路如图 3所示,由变压器、倍压整流桥、大功率场效应管、场效应管检测电路等组成高压输出电路。

上电后,变压器通过倍压整流桥给电容组 CZ3充电。

当选择了串联准爆选项,按放炮开关后,单片机 P6.7引脚输出高电平信号 CLZB , CLZB 高电平信号通过非门U3C (图 4跳变为低电平经过光耦 G3使 VEE 与 VE1导通, MKG 导通,电容 CZ3通过图 4电路起爆雷管。

为去除外界干扰和测试时间的准确, 当按下放炮开关时, 单片机接收到一个由高电平跳变为低电平的脉冲信号,经过程序处理,单片机
P6.6引脚输出低电平,开始计时测试延期时间。

图 3 串联准爆、雷管延期时间测试电路
3.5 通讯电路
如图 4所示,通讯电路主要是由 U8(MAX485E , U5(MAX232及其周边相配的电阻电容组成。

主机通过串行通信的方式查询各个从机, 从而得到各发雷管的延期时间。

由于采用串联通信的方式, 使得联线少,没有干扰,测试成功率高。

U5(MAX232是预备用做本机与电脑通讯的接口芯片。

14 煤矿爆破 2008年第 1期总第 80期
图 4 通讯电路原理图
4 结语
样机设计组装完成后, 在爆破器材专业检测机构进行了试验试用。

试用结果表明, 该测试仪性能稳定、测试数据准确、传感器安装方便, 具有实用、高效、智能化等特点, 同时试验中也发现了一些问题, 主要是测试雷管延期时间时, 由于传感器数量较多, 传感器相互安装距离较近, 雷管爆炸产生的震动会造成相互干扰现象。

当调整传感器之间的安装距离大于 500mm 时相互干扰现象消除,实际应用中若在传感器安装基础上采用适当的减震措施,将会完全消除相互干扰现象。

工业电雷管性能测试在雷管生产与使用企业是常规测试项目, 本文研制的雷管电参数综合测试仪能有效地解决测试雷管用量多的问题, 节约成本, 提高检验安全性和工作效率, 适合于雷管科研与生产企业检验产品质量及爆破作业工作者设计爆破网路时使用。

参考文献
1 魏小龙. MSP430系列单片机接口技术及系统设计实例 [M].北京航空航天大学出版社, 2002
2 胡大可. MSP430系列超低功耗 16位单片机原理与应用 [M].北京航空航天大学出版社, 2000
爆研所研制成功“双子型非离子乳化剂”
由煤炭科学研究总院爆破技术研究所宋家良等人研制的“双子型非离子乳化剂” 日前通过鉴定。

该项成果所要解决的技术问题是, 提供一种既能够提高乳化炸药的稳定性, 同时又能够提高其抗剪切能力的双子型乳化剂及其制作方法。

技术要点在于,双子型乳化剂的原料组分及其质量份数为乙二胺 1.5~ 10.5、油酸 40~80、丙烯酸甲酯 10~35和山梨醇 20~45。

经对比试验表明:双子型乳化剂的乳化性能明显好于现有的酯类乳化剂及其复合物, 而且抗剪切能力和泵送性能也明显优于 T 系产品, 其表面活性也明显高于现用的常规乳化剂,其 cmc 值约为它们的 11%。

通过储存试验,双子型乳化剂做成的乳化炸药基质稳定性明显高于现有的乳化剂, 储存时间大体上是用酯类乳化剂的两倍, 比用酯类复合型乳化剂也要长 30% 左右。

目前该项成果已申请国家发明专利。