基于AD590的新型藥溫測(cè)量裝置的原理與使用

引言

現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)火炮和火箭炮的基本要求是不經(jīng)試射就獲得較高的首發(fā)命中率或首群覆蓋率。而要實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的精確命中，就必須用精密法來決定射擊開始諸元，彈藥溫度的精確測(cè)量是其中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

藥溫測(cè)量的特點(diǎn)

傳統(tǒng)的彈藥溫度測(cè)量大多都直接使用彈藥箱內(nèi)的氣溫，藥溫檢測(cè)手段是使用測(cè)溫彈和溫度計(jì)。在彈藥箱內(nèi)放入一只水銀溫度計(jì)，每隔l或2小時(shí)觀察一次，認(rèn)為箱內(nèi)氣溫即是藥溫。這樣會(huì)帶來很大的誤差，在野戰(zhàn)條件下發(fā)現(xiàn)，炮車或送彈車藥倉內(nèi)的溫度不僅變化幅度大，且嚴(yán)重不均勻。因此，任一時(shí)刻彈藥箱或藥倉內(nèi)的任一點(diǎn)溫度都不可作為藥溫。此外，當(dāng)周圍環(huán)境或彈藥箱內(nèi)溫度變化時(shí)，裝藥溫度在開始很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)滯后于外界的溫度，所以這種方法根本不能滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)精度的要求。

此外，野戰(zhàn)條件下發(fā)射裝藥溫度的測(cè)量，試圖通過測(cè)量藥筒表面或其內(nèi)部某一固定點(diǎn)溫度作為實(shí)時(shí)平均藥溫，也是不可行的。這種方法不僅煩瑣不方便，同時(shí)也無法保證精度。一般火炮裝藥近似于一個(gè)圓柱體，外部為藥筒或包裝筒，內(nèi)部附有鈍感襯里及點(diǎn)傳火機(jī)構(gòu)和其它裝藥輔助元件，藥粒散裝或分成藥包，均勻或非均勻地置于藥筒內(nèi)，藥筒內(nèi)部的溫度也是不均勻的。


圖1 藥溫測(cè)量系統(tǒng)框圖

當(dāng)彈藥的初始溫度與外界溫度不一致時(shí)，彈藥的溫度變化是一個(gè)很復(fù)雜的非穩(wěn)態(tài)變化過程，某一時(shí)刻彈藥內(nèi)某一點(diǎn)的溫度是時(shí)間、空間坐標(biāo)、初始溫度和外界溫度的函數(shù)。因此，藥溫精確測(cè)量的方法是采用非接觸測(cè)量法，精確實(shí)時(shí)地給出裝藥質(zhì)量加權(quán)平均溫度值。

彈藥溫度的測(cè)量在不允許打開彈藥外殼及鉆孔的情況下，可選方案一般有兩種：一種是用模擬相似的方法。如在彈藥箱中放置測(cè)溫彈。測(cè)溫彈是一種引信和底火都去掉，但保持裝藥不變的炮彈，把水銀溫度計(jì)插入測(cè)溫彈內(nèi)，認(rèn)為測(cè)溫彈的溫度就是彈藥的溫度，該種方法簡(jiǎn)單易行，但因?yàn)橛盟y溫度計(jì)所以反應(yīng)較慢，且測(cè)溫彈的溫度并不能代表所有彈藥的溫度。這種方法適用于裝藥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單系統(tǒng)的需要。

另一種方法是用求解彈藥溫度分布的方法來得出平均溫度。采用間接式電子采集與計(jì)算機(jī)解算法，然后與火控計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)信息傳輸。即把不同裝藥號(hào)在不同存放區(qū)的藥溫隨環(huán)境溫度的變化規(guī)律制成計(jì)算軟件，并和環(huán)境溫度的數(shù)采系統(tǒng)揉為一體，研制出一種微機(jī)控制的非接觸式實(shí)時(shí)測(cè)溫系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)不同存放位置不同裝藥號(hào)藥溫的自動(dòng)實(shí)時(shí)顯示與傳輸。這種測(cè)量系統(tǒng)可以精確測(cè)量裝藥結(jié)構(gòu)復(fù)雜、型號(hào)多樣炮藥的溫度。本文介紹這種測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理。

藥溫測(cè)量系統(tǒng)的構(gòu)成

（1）測(cè)溫探頭：野戰(zhàn)條件下，裝藥環(huán)境溫度不斷隨時(shí)間變化，一般說在空間上也不可能均勻。因此環(huán)境溫度的采集應(yīng)使用多個(gè)探頭，并注意分布合理。以國內(nèi)某自行炮彈車為例，車內(nèi)配有8個(gè)探頭，兩個(gè)一組，均勻分布在車內(nèi)四個(gè)位置。

（2）誤差校正：在用模型運(yùn)算時(shí)，需要初始環(huán)境溫度和外界溫度值作為條件，所以測(cè)溫電路也是本設(shè)計(jì)的重要一環(huán)，其測(cè)溫精度直接影響輸出結(jié)果的精度。根據(jù)整體誤差小于1℃的要求，測(cè)溫環(huán)節(jié)的誤差應(yīng)小0.4℃。

為了實(shí)現(xiàn)溫度的高精度測(cè)量，我們采用兩點(diǎn)式測(cè)溫校正電路，如圖2所示調(diào)節(jié)電阻RP1和RP2，因?yàn)橛袃蓚€(gè)可變電阻，實(shí)際校正時(shí)需要反復(fù)調(diào)節(jié)兩個(gè)電阻值。需要說明的是，其中的放大器應(yīng)選高精度的集成運(yùn)放，因?yàn)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/AD">AD590正端上的電壓一般很小，AD590的靈敏度為1μA/K。

輸出電壓 的表達(dá)式為



（3）基準(zhǔn)電壓：基準(zhǔn)電壓源選用LM136，其輸出電壓為2.5V。

（4）A/D轉(zhuǎn)換：A/D轉(zhuǎn)換使用AD7891芯片，AD7891是8通道、12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)芯片，單電源供電，內(nèi)有8個(gè)具有過壓保護(hù)的模擬通道，功耗低，典型功耗只有90Mw。

（5）薄膜面板：開關(guān)操作使用薄膜面板。傳統(tǒng)的機(jī)械式開關(guān)，在安裝時(shí)需要焊接，甚至要配合固定支架。而薄膜開關(guān)的安裝為粘貼式，只要揭去背膠紙，就可以牢固地粘貼在整機(jī)表面，其引線出口插入整機(jī)后置電路的插座上，瞬間便可接通電路，省時(shí)、省力。薄膜開關(guān)集開關(guān)按鍵、標(biāo)記、商標(biāo)、透明窗口及顯示于一體，并且采用整體密封性結(jié)構(gòu)，開關(guān)的觸點(diǎn)不受有害氣體的侵蝕，不易氧化，具有防水、防塵、壽命長(zhǎng)、性能穩(wěn)定等特點(diǎn)。

圖2 藥溫測(cè)量誤差校正電路圖

結(jié)束語

本文通過討論火炮發(fā)射藥裝藥溫度的間接測(cè)量方法，設(shè)計(jì)了適合于裝藥溫度間接測(cè)量要求的環(huán)境溫度測(cè)量電路。設(shè)計(jì)電路已成功應(yīng)用于武器系統(tǒng)之中，精密環(huán)境溫度的測(cè)量保證了發(fā)射藥間接測(cè)量解算的結(jié)果符合戰(zhàn)技指標(biāo)。

本方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、實(shí)用性好、測(cè)溫精度高、使用方便，可有效改善以往落后的藥溫測(cè)量手段。自動(dòng)采樣存儲(chǔ)24小時(shí)內(nèi)溫度值，可以準(zhǔn)確掌握藥溫變化規(guī)律、分析變化趨勢(shì)。