一种落销深度测试仪的制作方法

本发明涉及安全机构测试技术领域，具体为一种落销深度测试仪。

背景技术：

安全机构是安装导弹发动机上的一种高可靠的阀门装置，通常安装在电发火管和火药之间的通道上，可以根据需要可靠地切断或接通固体导弹发动机的传火、传爆通道。

安全机构具有两种状态，即保险状态和工作状态。安全机构所处的状态只能是这两种状态之一，即要么处于保险状态，要么处于工作状态。

当安全机构处于保险状态时，安全机构内部的电磁销处于拔销状态。此时给安全机构内部的电机通电一定时间，安全机构从保险状态转换到工作状态，安全机构内部的电磁销插入锁位孔，安全机构被电磁销锁定在工作状态。但是，申请人在实际测试过程中发现，若电磁销插入锁位孔的深度(即落销深度)较浅，安全机构受到振动或强烈冲击时，电磁销就易脱出锁位孔，安全机构在内部蜗线弹簧的作用下返回保险状态，因此，电磁销的落销深度直接影响着安全机构工作状态的可靠性。

通过理论分析，申请人发现当安全机构处于工作状态时，只有在电磁销插入锁位孔的深度超过2mm的情况下，才认为安全机构被电磁销可靠地锁定在工作状态；所以只有明确得到电磁销插入锁位孔的深度后，才能确定安全机构是否被电磁销可靠地锁定在工作状态。然而电磁销安装在金属外壳的安全机构的内部，不可能使用卡尺等量具直接测量电磁销插入锁位孔的深度，往往只能靠装配工人的经验来确定电磁销的安装位置。

技术实现要素：

在导弹发动机安全机构的装配过程中，当安装电磁销时，装配工人目前是凭借经验确定电磁销的安装位置，导致电磁销装入安全机构后，当安全机构从保险状态转换到工作状态，电磁销插入锁位孔时，有可能电磁销插入锁位孔的深度较浅，导致在安全机构受到振动或强烈冲击时，电磁销脱出锁位孔，安全机构在内部蜗线弹簧的作用下返回保险状态，从而大大降低了安全机构工作状态的可靠性。

为此，需要研制一种落销深度测试仪来精确测量电磁销的落销深度，由于电磁销安装在金属外壳的安全机构的内部，无法通过卡尺等机械测量方式直接进行测量，所以本发明出创造性的使用电学的方法，通过对电磁销提供交流电激励电源，测量安全机构内部电磁销线圈的感抗变化，换算得到电磁销插入安全机构内部锁位孔的深度。

基于上述原理，本发明的技术方案为：

所述一种落销深度测试仪，其特征在于：包括cpu、滤波电路、隔直放大电路、测试电路、信号处理电路、继电器阵、继电器控制电路、按键和显示电路以及安全机构状态指示电路；

所述cpu产生正弦pwm信号输入滤波电路，滤波电路对pwm信号进行滤波处理后输出正弦波信号sin；正弦波信号sin经过隔直放大电路后输出sin_out信号，供测试电路使用；

所述继电器控制电路接收cpu产生的控制信号，并依据控制信号控制继电器阵动作；所述继电器阵能够控制安全机构进行状态转换，以及控制安全机构的电磁销接入测试电路；

所述测试电路接收sin_out信号，sin_out信号在测试电路中经过限流后，能够通过闭合的继电器阵流经被测电磁销和标准电阻，在被测电磁销和标准电阻两端都产生电压，被测电磁销和标准电阻上产生的电压经过放大后分别输入模拟开关电路，得到被测电磁销对应的输出信号ek3_a和标准电阻对应的输出信号ek3_b；

所述信号处理电路对被测电磁销和标准电阻对应的输出信号进行处理后分别输入cpu，所述cpu根据经过信号处理电路处理后的被测电磁销和标准电阻上产生的电压信号v1和v2，计算得到被测电磁销的感抗x，其中v1＝a+jb，v2＝c+jd，则

rs是标准电阻阻值；并根据感抗x的变化量换算得到电磁销的落销深度；

所述cpu与按键和显示电路相连，通过按键和显示电路进行人机交互并显示测试信息；

所述cpu与安全机构状态指示电路相连，所述安全机构状态指示电路能够接收安全机构状态开关信号，并依据安全机构状态开关信号进行状态信息显示，以及将状态信息发送给cpu，cpu根据状态信息控制安全机构的状态转换方向。

进一步的优选方案，所述一种落销深度测试仪，其特征在于：滤波电路中，pwm信号经过2级rc滤波后，使用运放进行跟随处理，再经过3级rc滤波后，输出正弦波信号sin。

进一步的优选方案，所述一种落销深度测试仪，其特征在于：信号处理电路中，信号ek3_a和ek3_b输入模拟开关后受控输出ek3_c信号，k3_c经两级运放的处理后进入模拟开关，受控输出ek5_c，ek5_c经2级rc滤波后放大，最后进入cpu的ad转换器输入端。

有益效果

本发明提出的落销深度测试仪在申请人单位内部已经应用于安全机构的研制、生产及产品检验验收中。应用结果显示，该测试仪能够正确控制安全机构进行状态转换、指示安全机构的状态，同时也能准确测量安全机构电磁销落入锁位孔的深度，测量数据稳定、具有较高精度，完全满足安全机构生产和使用的要求。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1：落销深度测试仪的结构框图；

图2：电磁销的结构示意图；

图3：测量电路原理图；

图4：pwm发生电路图；

图5：pwm信号的滤波处理图；

图6：正弦波交流电信号；

图7：测试电路图；

图8：信号处理电路图；

图9：继电器控制电路图；

图10：按键电路图；

图11：显示电路图；

图12：安全机构状态显示电路图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

本实施例中的安全机构具有两个通道，所以落销深度测试仪在测试安全机构落销深度时，需要控制安全机构的两个通道从保险状态转换到工作状态，也需要控制安全机构的两个通道从工作状态转换到保险状态，为了方便操作人员识别安全机构的状态，还需要显示安全机构两个通道的状态。

1、测试理论和原理

电磁销的结构如图2所示，外部是线圈，在电学中，线圈是一个电感，当安全机构转换到工作状态后，电磁销内部弹簧推动插销(纯铁)插入锁位孔，由于插销的移动，引起了外部线圈的电感感抗的变化，通过测得的感抗，我们就知道了电磁销的移动距离(即落销深度)。

测量原理如图3所示，v0sinωt是测量电路使用正弦的交流电，r0是限流电阻，zx是被测电阻(或电感)，rs是标准电阻。

运算放大器是一个高增益放大器，理想情况下开环增益ko→∞，输入阻抗zi→∞，输出电阻为0，因此q点可认为是虚零点，且运放在q点的输入电流为0，根据基尔霍夫电流定律，q点各支路的电流和为0，所以，流过被测电阻zx的电流与流过标准电阻rs的电流相等。即：

即

上式中，zx、v1和v2都是复数，假设zx上的电压v1＝a+jb，rs上的电压v2＝c+j，d那么，根据式(2)可以得到：

假设zx＝r+jx，那么：

zx的实部：

zx的虚部：

事实上，对于被测电磁销，它是由多匝线圈绕制而成，既包含了一个直流电阻r，也包含一个电感x，实际上就是一个直流电阻和一个电感的串联。

对应于被测电磁销zx，公式(4)表示的是zx的实部r，它是电磁销的直流电阻；公式(5)表示的是zx的虚部x，它是电磁销的感抗。

当电磁销内部插销移动时，由于移动距离较短，可以认为电磁销的内部铁芯移动距离与电磁销的感抗的变化量成线性关系，使用公式(5)得到的感抗，利用线性关系就可以换算出电磁销的落销深度来。

2、框图说明：

基于上述原理，如图1所示，本实施例中的一种落销深度测试仪，包括cpu、滤波电路、隔直放大电路、测试电路、信号处理电路、继电器阵、继电器控制电路、按键和显示电路以及安全机构状态指示电路。

所述cpu产生正弦pwm信号输入滤波电路，滤波电路对pwm信号进行滤波处理后输出正弦波信号sin；正弦波信号sin经过隔直放大电路后输出sin_out信号，供测试电路使用。

所述继电器控制电路接收cpu产生的控制信号，并依据控制信号控制继电器阵动作；所述继电器阵能够控制安全机构进行状态转换，以及控制安全机构的电磁销接入测试电路。

所述测试电路接收sin_out信号，sin_out信号在测试电路中经过限流后，能够通过闭合的继电器阵流经被测电磁销和标准电阻，在被测电磁销和标准电阻两端都产生电压，被测电磁销和标准电阻上产生的电压经过放大后分别输入模拟开关电路，得到被测电磁销对应的输出信号ek3_a和标准电阻对应的输出信号ek3_b。

所述信号处理电路对被测电磁销和标准电阻对应的输出信号进行处理后分别输入cpu，所述cpu根据经过信号处理电路处理后的被测电磁销和标准电阻上产生的电压信号v1和v2，计算得到被测电磁销的感抗x，其中v1＝a+jb，v2＝c+jd，则

rs是标准电阻阻值；并根据感抗x的变化量换算得到电磁销的落销深度。

所述cpu与按键和显示电路相连，通过按键和显示电路进行人机交互并显示测试信息。

所述cpu与安全机构状态指示电路相连，所述安全机构状态指示电路能够接收安全机构状态开关信号，并依据安全机构状态开关信号进行状态信息显示，以及将状态信息发送给cpu，cpu根据状态信息控制安全机构的状态转换方向。

3、具体电路说明：

1)正弦波交流电的发生电路

测试所需要的正弦波是由cpu产生正弦pwm信号，如图4所示电路，使用mcs-51的p1.3引脚产生正弦pwm信号；

使用滤波电路对pwm信号进行滤波处理，如图5所示，pwm信号经过2级rc滤波后，为了使阻抗匹配，使用运放进行跟随处理；再经过3级rc滤波后，输出正弦波信号sin；

如图6所示，正弦波信号sin经过隔直后变为交流电，再经过放大后输出sin_out信号，供测试电路使用。

2)测试电路

测试电路如图7所示，通过继电器将被测安全机构的电磁销接入测试电路，当继电器k1和k3闭合时，安全机构第一通道电磁销接入测试电路；同理，当继电器k2和k4闭合时，安全机构第二通道电磁销接入测试电路。当正弦波信号sin_out经r9和r10限流后，通过闭合的继电器流经被测电磁销和标准电阻r11，这样被测电磁销和标准电阻r11两端都产生电压降，被测电磁销上产生的电压降经过仪表放大器u17放大后，进入模拟开关电路得到信号ek3_a；标准电阻r11两端产生的电压降经仪表放大器u18放大后，进入模拟开关电路得到信号ek3_b。

3)信号处理电路

信号处理电路如图8所示，信号ek3_a或ek3_b受设定的软件逻辑控制，经模拟开关后输出ek3_c信号，ek3_c经两级运放的处理后进入模拟开关ek5_b，由软件逻辑控制输出信号为ek5_c，ek5_c经2级rc滤波后放大，最后进入cpu的ad转换器输入端p10。

4)继电器控制电路

继电器控制电路如图9所示，使用cpu口线p23和p24控制i2c芯片pcf8574输出8路信号relay_con1～relay_con8，经74hc540反相后输出为r_con1～r_con8，最后通过uln2803输出控制继电器relay1～relay8。其中relay1～relay4用于控制落销深度的测试，见图7的k1～k4；relay5～relay8用于控制安全机构进行状态转换。

5)按键和显示电路

按键电路如图10所示，8个按键kbd_1～kbd_8和地线组成独立式按键，当按键key1～key8中有任意一个按键keyx按下时，信号kbd_x变为低电平，最后经过与门cd4082输出到cpu的外部中断引脚p32_int0，此时cpu内部产生中断信号，通过软件控制cpu口线p23和p24读取按键的信号kbd_x，cpu根据不同的按键完成不同的任务。

显示电路如图11所示，使用cpu的p0口线p01～p07控制液晶显示器lcd输出测试信息，或者通过显示信息配合按键电路进行人机交互。

6)安全机构状态显示电路

安全机构状态显示电路如图12所示，安全机构有四个状态开关，分别是第一通道保险开关(保险开关1)、第一通道工作开关(工作开关1)、第二通道保险开关(保险开关2)、第二通道工作开关(工作开关2)。当安全机构第一通道处于保险状态时，保险开关1处于闭合状态，工作开关1处于断开状态；此时safe1输出低电平，用于显示安全机构状态的发光二极管d15被点亮，同时光电耦合器输出信号s_safe1输出低电平，work1输出高电平，用于显示安全机构状态的发光二极管d16不亮，光电耦合器输出信号s_work1输出高电平；cpu通过读取光电耦合器的输出信号s_safe1和s_work1来控制安全机构的转换方向。相应第二通道也是如此。

上述落销深度测试仪在申请人单位内部已经应用于安全机构的研制、生产及产品检验验收中。应用结果显示，该测试仪能够正确控制安全机构进行状态转换、指示安全机构的状态，同时也能准确测量安全机构电磁销落入锁位孔的深度，测量数据稳定、具有较高精度，完全满足安全机构生产和使用的要求。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。