静电感度仪放电波形的测试校准系统及方法

技术领域

本发明涉及计量检测技术领域，尤其涉及一种静电感度仪放电波形的测试校准系统及方法。

背景技术

静电感度仪是衡量火药、炸药、火工品、引信等静电易燃易爆品安全性能的测试仪器，用来评价和描述样品对静电放电信号的敏感程度，并以此定义其静电安全级别。静电感度仪通过储电电容储存静电能量，再通过静电放电对受测样品进行击发测试，对易燃易爆品静电感度进行检测与确定军方各类枪炮弹药、战斗部装药、引信等火工/电火工产品、烟火剂、推进剂以及工程炸药均是典型的静电易燃易爆品。在研制、生产、出厂等环节均用到火花放电静电感度仪对其进行静电感度测试以明确静电感度数值。

然而，目前对于静电感度仪并没有规范性校准标准与校准方法，也没有统一的、专业的校准设备。

发明内容

有鉴于此，本公开实施例期望提供一种静电感度仪放电波形的测试校准系统及方法。

本公开的技术方案是这样实现的：

一方面，本公开提供一种静电感度仪放电波形的测试校准系统。

本公开实施例提供的静电感度仪放电波形的测试校准系统，包括：

探测电极，用于接收静电感度仪的静电放电电流信号；

屏蔽支架，所述探测电极固定在所述屏蔽支架的顶端，其中：所述屏蔽支架内部设置有信号传输线，所述信号传输线的第一端与所述电极电连接，所述信号传输线的第二端透过所述屏蔽支架与信号处理单元电连接；

所述信号处理单元，设置在所述屏蔽支架外围，用于记录所述静电放电电流信号的波形，并记录的信号波形与标准波形进行比对，得到比对结果；

底座，与所述屏蔽支架的底端固定连接。

在一些实施例中，所述信号处理单元，包括：

信号衰减器，与所述信号传输线的第二端电连接，用于对所述静电放电电流信号进行衰减，并转换所述电流信号为电压信号；

波形显示器，与所述信号衰减器电连接，用于显示所述记录的波形，和/或，所述比对结果。

在一些实施例中，所述屏蔽支架上设置有调节装置；

所述调节装置，用于调节所述屏蔽支架的高度。

在一些实施例中，所述探测电极采用电流靶击柱电极形式。

在一些实施例中，所述屏蔽支架为金属材质制作的内部中空结构。

在一些实施例中，所述屏蔽支架上开设有传输口，所述信号传输线通过所述传输口透过所述屏蔽支架。

在一些实施例中，所述波形显示器为波形显示记录设备，包括数字示波器，和/或数字存储示波器。

另一方面，本公开还提供一种静电感度仪放电波形的测试校准方法，包括：

根据测试目的，调节所述静电感度仪的放电针电极与测试校准系统内探测电极之间的相对位置；

在调节完所述相对位置之后，控制所述静电感度仪进入工作状态；

记录所述静电感度仪在所述工作状态下静电放电电流信号的波形；

将记录的波形与所述测试目的对应的标准波形进行比对，得到比对结果。

在一些实施例中，所述根据测试目的，调节所述静电感度仪的放电针电极与测试校准系统内探测电极之间的相对位置，包括：

在测试所述静电感度仪的回路电学特性时，控制所述静电感度仪的放电针电极与所述探测电极接触；

在测试所述静电感度仪的空气放电击穿特性时，控制所述静电感度仪的放电针电极与所述探测电极间距设置；

在测试所述静电感度仪的带载工作能力时，在所述静电感度仪带负载的状态下，控制所述静电感度仪的放电针电极与所述测试校准系统的所述探测电极间距设置。

在一些实施例中，所述负载包括绝缘介质块或绝缘介质粉末。

本公开实施例通过探测电极接收静电感度仪的静电放电电流信号，并通过信号处理单元记录所述静电放电电流信号的波形，并记录的信号波形与标准波形进行比对，得到比对结果，从而获得静电感度仪放电的波形特性，进而得到静电感度仪放电能量的集中程度，为有效分析静电感度仪是否具有击发受测样品的能力，提供可靠及精确的判断依据。

附图说明

图1是根据一示例性实施例示出的静电感度仪放电波形的测试校准系统结构示意图；

图2是根据一示例性实施例示出的测试校准方法流程图；

图3是根据一示例性实施例示出的接触放电模式校准方法示意图；

图4是根据一示例性实施例示出的空载放电模式校准方法示意图；

图5是根据一示例性实施例示出的标准负载放电模式校准方法示意图；

图6是根据一示例性实施例示出的电流探头测量法原理示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图及具体实施例对本发明的技术方案做进一步的详细阐述。这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本发明相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本发明的一些方面相一致的装置和方法的例子。

静电感度仪使用过程普遍采用

本公开提供一种静电感度仪放电波形的测试校准系统。图1是根据一示例性实施例示出的静电感度仪放电波形的测试校准系统结构示意图。如图1所示，该测试校准系统包括：

探测电极11，用于接收静电感度仪的静电放电电流信号；

屏蔽支架12，所述探测电极固定在所述屏蔽支架的顶端，其中：所述屏蔽支架内部设置有信号传输线14，所述信号传输线14的第一端与所述电极电连接，所述信号传输线14的第二端透过所述屏蔽支架与信号处理单元电连接；

所述信号处理单元，设置在所述屏蔽支架外围，用于记录所述静电放电电流信号的波形，并记录的信号波形与标准波形进行比对，得到比对结果；

底座15，与所述屏蔽支架的底端固定连接。

在本示例性实施例中，屏蔽支架连接在探测电极和底座之间，对探测电极起到支撑作用。信号传输线在屏蔽支架内部，将静电放电电流信号传输给信号处理单元。信号传输线可以是带有绝缘橡胶皮的传输导线。

在本示例性实施例中，探测电极可以是金属导电电极。

在本示例性实施例中，测试校准系统通过探测电极接收静电感度仪的静电放电电流信号，并通过信号处理单元记录所述静电放电电流信号的波形，并记录的信号波形与标准波形进行比对，得到比对结果，从而获得静电感度仪放电的波形特性，考察静电感度仪放电能量的时间分布性质，为有效分析静电感度仪工作能力，提供可靠的判断依据。

在一些实施例中，所述信号处理单元，包括：

信号衰减器，与所述信号传输线的第二端电连接，用于对所述静电放电电流信号进行衰减，并转换所述电流信号为电压信号；

波形显示器，与所述信号衰减器电连接，用于显示所述记录的波形，和/或，所述比对结果。

在本示例性实施例中，信号衰减器接收到静电放电电流信号后，按比例对该电流信号进行衰减处理，衰减比例可以为5:1～100:1中的任一比例，并将衰减后的电流信号转换为电压信号。波形示波器对转换得到的电压信号进行波形显示，并记录，同时将电压信号波形与标准波形进行比对，分析电压信号波形的波形特性，包括峰值、上升沿的宽度、下降沿的宽度和/或脉宽等，以通过波形特性反映电流信号随时间的分布情况。

在一些实施例中，如图1所示，所述屏蔽支架上设置有调节装置13；

所述调节装置，用于调节所述屏蔽支架的高度。

在本示例性实施例中，屏蔽支架上设置调节装置。该调节装置可调整屏蔽支架在竖直方向的高度，从而调整探测电极的高度。该调节装置可以是手动调节装置，也可以是自动调节装置。该调节装置可以是调节旋钮。

在一些实施例中，所述探测电极采用电流靶击柱电极形式。

在本示例性实施例中，探测电极可以是具有较强导电性的电流靶击柱电极，用于接收静电放电电流信号。

在一些实施例中，所述屏蔽支架为金属材质制作的内部中空结构。

在本示例性实施例中，屏蔽支架可以是金属材质制作的内部中空结构。中空结构内可以设置信号传输线，同时金属外壳可起到屏蔽外界干扰信号的作用。

在一些实施例中，所述屏蔽支架上开设有传输口，所述信号传输线通过所述传输口透过所述屏蔽支架。

在本示例性实施例中，屏蔽支架上传输口用于穿插信号传输线。传输口可以开设在屏蔽支架底端靠上的位置，以便于走线与信号处理单元连接。

在一些实施例中，所述波形显示器为波形显示记录设备，包括数字示波器，和/或数字存储示波器。

在本示例性实施例中，波形显示器可以采用数字示波器，显示波形的同时，进行记录波形，同时也方便与标准波形进行对比。

另一方面，本公开还提供一种静电感度仪放电波形的测试校准方法。图2是根据一示例性实施例示出的测试校准方法流程图。如图2所示，该测试校准方法包括：

步骤20、根据测试目的，调节所述静电感度仪的放电针电极与测试校准系统内探测电极之间的相对位置；

步骤21、在调节完所述相对位置之后，控制所述静电感度仪进入工作状态；

步骤22、记录所述静电感度仪在所述工作状态下静电放电电流信号的波形；

步骤23、将记录的波形与所述测试目的对应的标准波形进行比对，得到比对结果。

在本示例性实施例中，利用测试校准系统对静电感度仪进行放电波形测试，出于不同的测试目的，会调节调节静电感度仪的放电针电极与测试校准系统内探测电极之间的相对位置有所不同。在测试过程中，可通过信号处理单元记录静电放电电流信号的波形以及该波形与测试目的对应的标准波形的比对结果，从而获得静电感度仪放电的波形特性，通过比对分析，进而得到静电感度仪放电能量的集中程度，为有效分析静电感度仪是否具有击发受测样品的能力，提供可靠的判断依据。

所述相对位置可为：

接触；在一个实施例中，接触包括：对齐接触；

间距。

在一些实施例中，所述根据测试目的，调节所述静电感度仪的放电针电极与测试校准系统内探测电极之间的相对位置，包括：

在测试所述静电感度仪的回路电学特性时，控制所述静电感度仪的放电针电极与所述探测电极接触；

在测试所述静电感度仪的空气放电击穿特性时，控制所述静电感度仪的放电针电极与所述探测电极间距设置；

在测试所述静电感度仪的带载工作能力时，在所述静电感度仪带负载的状态下，控制所述静电感度仪的放电针电极与所述测试校准系统的所述探测电极间距设置。

在本示例性实施例中，测试目的可包括测试静电感度仪的回路电学特性、测试静电感度仪的空气放电击穿特性以及测试静电感度仪的带载工作能力。不同的测试目的，对应不同的测试方式。遍历三部分测试内容，可对静电感度仪整体工作能力实现考察。

例如，图3是根据一示例性实施例示出的接触放电模式校准方法示意图。如图3所示，用于测试静电感度仪的回路电学特性。在保持环境温度为25±5℃，利用调节装置调整测试校准系统电流靶击柱电极的竖直位置，使电流靶击柱电极与静电感度仪的放电针电极接触，同时将数字示波器或其他波形记录设备连接测试校准系统信号输出端。启动静电感度仪，使静电感度仪放电针电极与测试校准系统电流靶击柱电极之间接触放电。电流靶击柱电极接收放电电流波形信号，经由信号传输线传输至衰减器；衰减器对电流波形信号进行衰减处理，并转换电流信号为电压信号，经由信号输出端传输至数字示波器或其他波形记录设备进行记录。改变静电感度仪的放电电压，重复上述过程，形成波形测量记录。将波形测量数据与标准波形数据库进行比对，完成静电感度仪接触放电模式下的波形计量校准。其中，R1为充电电阻、R2为放电电阻、R3为静电泄放电阻、C为储能电容、K1为选择开关。

图4是根据一示例性实施例示出的空载放电模式校准方法示意图。如图4所示，用于测试静电感度仪的空气放电击穿特性。保持环境温度为25±5℃，利用调节装置调整测试校准系统电流靶击柱电极竖直位置，使电流靶击柱电极与静电感度仪的放电针电极间距为d1；将数字示波器或其他波形记录设备连接测试校准系统信号输出端。启动静电感度仪，使静电感度仪放电针电极击穿空气间隙形成火花放电。电流靶击柱电极接收放电电流波形信号，经由信号传输线传输至信号衰减器；信号衰减器对电流波形信号进行衰减处理，并转换为电压信号，经由信号输出端传输至数字示波器或其他波形记录设备进行记录。改变静电感度仪的放电电压，重复上述过程，形成波形测量记录。将波形测量数据与标准波形数据库进行比对，完成静电感度仪空载放电模式下的波形计量校准。其中，R1为充电电阻、R2为放电电阻、R3为静电泄放电阻、C为储能电容、K1为选择开关。

图5是根据一示例性实施例示出的标准负载放电模式校准方法示意图。如图5所示，用于测试静电感度仪的放电能量的集中程度。保持环境温度为25±5℃，利用调节装置调整测试校准系统电流靶击柱电极竖直位置，使电流靶击柱电极与静电感度仪的放电针电极间距为d2；将标准负载(绝缘介质块或结缘介质粉末)置于电流靶击柱电极之上；将数字示波器或其他波形记录设备连接测试校准系统信号输出端。启动静电感度仪，使静电感度仪放电针电极形成火花放电。电流靶击柱电极接收放电电流波形信号，经由信号传输线传输至衰减器；衰减器对电流波形信号进行衰减处理，并转换电流信号为电压信号，经由信号输出端传输至数字示波器或其他波形记录设备进行记录。改变静电感度仪的放电电压，重复上述过程，形成波形测量记录。将波形测量数据与标准波形数据库进行比对，完成静电感度仪标准负载放电模式下的波形计量校准。其中，R1为充电电阻、R2为放电电阻、R3为静电泄放电阻、C为储能电容、K1为选择开关。

在一些实施例中，所述负载包括绝缘介质块或绝缘介质粉末。

静电感度仪能否击发受测样品的条件，不仅在于静电放电的总能量，还需考虑静电放电能量的集中程度，即静电感度仪放电的波形特性。因此静电感度仪工作能力及放电一致性的计量评价工作，应包含对其放电波形特性的测试校准。

所提出的静电感度仪放电波形测试校准技术方法基于“标准波形比对法”进行，采用上述的短接、空载、标准负载三种状态作为静电感度仪放电波形的比对模式，在多个电压值下进行静电放电，利用所提出的测试校准系统进行电流信号收集与记录。该方法能够更加客观、真实的反应静电感度仪对外输出静电放电的电流波形特性，直接考察其工作能力。短接、空载、标准负载三种测试校准模式，分别考察静电感度仪回路状态、放电状态以及带载状态下的波形输出能力，从而进行对静电感度仪工作能力较全面的测试校准。

静电感度仪放电波形测试校准系统中的放电电流波形高精确性、高一致性获取是静电感度仪放电波形测试校准技术方法中的关键问题。本公开提出的静电感度仪放电波形测试校准系统采用电流靶击柱电极做为放电接受电极参与静电感度仪的静电放电，对放电过程的波形数据进行直接接收和采样，并通过传输和处理形成低幅值电压信号，供外接的数字示波器或其他设备进行波形数据的显示和记录。电流靶连接的信号传输线，于金属支架中走线，形成屏蔽保护，防止外接电磁信号对传输信号的干扰。支架上设置位移调节装置，用于控制电流靶击柱电极的竖直位置，使电流靶击柱电极可上下调节位置，实现放电波形测试校准技术方法中的接触、空载、标准负载三种状态。衰减器用于对接收的电流信号进行处理和转换，并对外输出，用于后端设备的显示和记录。所提出的静电感度仪放电波形测试校准系统配套实现所提出的校准技术方法，从而实现对静电感度仪静电放电电流波形的测试校准。

本公开还提供一种电流探头测量法。电流探头测试法基于霍尔传感器原理，使传输线穿过电流探头的测试闭合截面。当有瞬变的放电电流流经传输线时，电流探头处还感受到磁通量的改变并产生感应电动势，电流探头内部处理电路解析此感应电动势或感应电流，从而推算得到放电电流信息，如图6所示。图6是根据一示例性实施例示出的电流探头测量法原理示意图。由于静电感度仪静电放电是非常快速的顺变过程，对其测试采样需要至少精确到纳秒或十纳秒量级，测量精度应至少达到十毫安量级，对于电流探头性能要求非常严苛。目前，Tektronix的CT系列探头在性能上满足要求。但在实际使用中，该类探头为了实现该精度要求下的测量能力，探头过线孔径很小(CT1、CT2探头过线孔径约2mm，CT6探头仅有1mm)，静电感度仪放电回路难以穿过，在实际测试上具有极大的不便利性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理模块中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

在一些情况下，上述任一两个技术特征不冲突的情况下，可以组合成新的方法技术方案。

在一些情况下，上述任一两个技术特征不冲突的情况下，可以组合成新的设备技术方案。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(Random Access Memory，RAM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。