施長軍，周 濤，鄭 松，杜永龍，李公法

（1.西安近代化學研究所，陜西 西安，710065；2.機電工程與控制國家級重點實驗室，陜西 西安，710065）

直列式安全起爆系統(tǒng)是國外20世紀70年代以來不斷研究、80年代迅速發(fā)展、90年代趨向成熟、21世紀推廣應用的新一代最安全、最先進的彈藥起爆系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的隔爆型安全系統(tǒng)相比有極好的安全性、高可靠性、較高的瞬發(fā)度和多點引爆同時性等優(yōu)點，是大型戰(zhàn)斗部最理想的起爆系統(tǒng)[1-3]。隨著電磁環(huán)境越來越復雜，由電磁干擾、雷電、靜電導致的爆炸事故已成為武器系統(tǒng)的新危害[4-5]。而直列式安全起爆系統(tǒng)在解除保險、恢復保險過程中使用了多達百余計的電子線路元件，其中高壓轉化器產生諧波干擾，開關、電容、二極管等容易對電子線路產生電磁干擾[6-7]，因而必須進行電磁兼容性以及安全性分析，以滿足大型戰(zhàn)斗部高安全性、高可靠性的要求。

本文針對大型戰(zhàn)斗部用直列式安全起爆系統(tǒng)工作過程中電子電路、敏感易擾元件本身的電磁危害，以及在與彈電氣接口工作中電磁兼容性、電磁安全性等問題，采用隔離屏蔽、瞬態(tài)電壓抑制器等方法有效地減少電磁危害，從而改善直列式安全起爆系統(tǒng)的電磁兼容性；并采用國軍標電磁安全性方法，對直列式安全起爆系統(tǒng)在包裝、裸露、工作狀態(tài)下的電磁環(huán)境危害進行了試驗評估分析。該研究對直列式安全起爆系統(tǒng)的進一步應用具有一定的參考價值。

1 直列式安全起爆系統(tǒng)電磁危害分析

1.1 直列式安全起爆系統(tǒng)

大型戰(zhàn)斗部用直列式安全起爆系統(tǒng)主要由安全起爆系統(tǒng)組件和爆炸序列組件組成，其組成框圖如圖1所示。其作用過程為：安全與解除保險電路接收到多重解保信息，解除保險之后，外置高壓電源給高壓起爆電容充電，電容充電后，起爆電路接收到起爆指令，觸發(fā)電路工作，高壓開關導通，高壓起爆電容器通過高壓開關向沖擊片雷管放電，起爆沖擊片雷管，進而起爆傳爆序列。

圖1 直列式安全起爆系統(tǒng)原理框圖Fig.1 Principle diagram of in-line electronic safety and arming device

1.2 電磁危害分析

直列式安全起爆系統(tǒng)除了爆炸序列組件外，主要由電子線路、電子元器件組成，所以對外界電磁干擾特別是強電磁環(huán)境：彈上電氣工作時產生的涌浪電壓、電磁干擾、靜電等電磁危害尤其敏感，這種電磁危害直接影響到直列式安全起爆系統(tǒng)的工作可靠性和安全性。

電子安全起爆系統(tǒng)包含了電源系統(tǒng)、信息識別系統(tǒng)、低壓-高壓轉化系統(tǒng)等，包含了電源、開關、繼電器、變壓器、二極管、插接件等電子元器件以及電子線路，通過測試分析發(fā)現(xiàn)，主要有以下的電磁危害隱患：（1）直列式安全起爆系統(tǒng)中的電子電路與彈上電氣接口工作時產生電磁干擾；（2）低壓-高壓升壓過程由于電流、電壓變化大容易產生大脈沖電磁干擾，以及變壓器、繼電器工作時本身產生的電磁干擾會影響其他敏感的易擾元器件工作可靠性；（3）噪聲容易通過電子電路中的電子線路進入系統(tǒng)，產生大量的諧波干擾；（4）敏感、易擾元器件在工作過程中，易產生脈沖電磁干擾，影響其工作可靠性，從而影響整個安全起爆系統(tǒng)的工作可靠性。

2 直列式安全起爆系統(tǒng)電磁兼容性改善

針對直列式安全起爆系統(tǒng)中全電子線路存在的電磁危害隱患，采用隔離屏蔽、增加瞬態(tài)電壓抑制器來抑制干擾源，切斷干擾路徑，提高直列式安全起爆系統(tǒng)抗電磁危害能力，以及直列式安全起爆系統(tǒng)的作用可靠性和安全性。

2.1 隔離屏蔽

2.1.1 隔離設計

針對直列式安全起爆系統(tǒng)的電子電路與彈上電氣接口工作時產生電磁干擾的問題，在直列式安全起爆系統(tǒng)設計中考慮電磁兼容性設計，采用隔離DC/DC電源模塊、數(shù)字隔離器、光耦等器件使電子電路與彈上電子設備完全隔離，降低接口工作時產生的電磁干擾；同時將高壓電路單元和低壓電路單元在物理上完全隔離，防止解保時升壓電路輸出的高壓脈沖對其他電路造成影響；其次對整個直列式安全起爆系統(tǒng)采用屏蔽措施，減少電磁輻射干擾。

2.1.2 電子線路屏蔽

在電子線路布線時，晶振與微控制器引腳盡量靠近，利用金屬編織的屏蔽線將輸入以及輸出信號線屏蔽起來，利用金屬屏蔽板將信號回路進行隔離，屏蔽干擾源；同時在印刷電路時，布線應避免垂直布線，降低電子線路產生的高頻干擾問題。在元器件自身電磁兼容改善的基礎上，對驅動電路采用線圈隔離的方法，以減少電磁干擾。

2.2 增加抑制器和電路回路

2.2.1 增加瞬態(tài)電壓抑制器

針對直列式安全起爆系統(tǒng)與彈接口工作時產生的電磁干擾，在物理隔離屏蔽設計的基礎上，所有的電源線和信號線，無論是輸入還是輸出，并聯(lián)合適的瞬態(tài)電壓抑制器，防止涌浪電壓、電磁干擾、靜電等瞬態(tài)高壓損壞直列式安全起爆系統(tǒng)的接口電路，同時有效減小導彈對直列式安全起爆系統(tǒng)的電磁干擾。

2.2.2 針對敏感性元器件增加電路回路

針對低壓-高壓升壓過程中以及元器件本身的電磁干擾等問題，采取對電磁危害源變壓器、升壓驅動電路進行屏蔽的方式，以減少電磁干擾。首先對其干擾源自身進行電磁兼容改善：變壓器、繼電器等在工作過程中由于dU/dt或者dI/dt變化大，產生不同程度的電磁干擾，采用增加二極管、電阻等方式實現(xiàn)電磁兼容改善。其抗電磁干擾原理如圖2所示。

圖2 變壓器、繼電器電磁兼容改善原理圖Fig.2 Improve methods of electromagnetic compatibility for transformer and relay

通過增加續(xù)流二極管、穩(wěn)壓二極管、電阻，可以消除斷開線圈時產生的反電動勢干擾，屏蔽變壓器和繼電器自身產生的輻射干擾，從而減小電磁危害。

3 電磁安全性試驗驗證

3.1 電磁輻射

對電磁兼容性改善后的直列式安全起爆系統(tǒng)在包裝、裸露等狀態(tài)下，根據(jù)GJB 5292-2004電磁輻射試驗方法進行電磁輻射環(huán)境中安全性評估，輻射種類為A：10kHz～2MHz，（10V/m）；B：2MHz～18GHz，（50V/m）；測試結果如表1所示。

表1中在8種包括了裸露、包裝、加電、不加電以及正常工作狀態(tài)的測試條件下，雷管橋箔輸出情況均為正常。試驗結果表明：在不同狀態(tài)的電磁輻射條件下該系統(tǒng)正常作用，滿足戰(zhàn)斗部對直列式安全起爆系統(tǒng)在電磁輻射危害環(huán)境中具有較強的安全性需求。

表1 不同狀態(tài)條件的電磁輻射測試Tab.1 EMR testing on different condition

3.2 電磁干擾

對電磁兼容性改善后的直列式安全起爆系統(tǒng)在電磁干擾環(huán)境下，即存在干擾電纜信號、并降低信號完好性的電子噪音環(huán)境下，根據(jù)GJB 151A（152A）-1997進行了8項試驗項目，完成電磁干擾安全性能的評估，測試結果如表2所示。

表2 電磁干擾試驗測試結果Tab.2 Testing result of EMI

測試結果表明：直列式安全起爆系統(tǒng)在進行了電磁兼容改善后，滿足國軍標GJB 151A-1997、GJB 152A-1997中的8項試驗要求。

3.3 靜電放電

針對在操作、裝填等過程中由于人員操作引起的靜電放電不安全性問題，根據(jù)GJB 573A-1998中方法601對電磁兼容性改善后的直列式安全起爆系統(tǒng)進行了25kV的靜電放電危害性能測試。放電回路參數(shù)：人體放電形式，充電電壓為（25±5%）kV，電容量為（500±5%）pF，放電回路電感次數(shù)小于5。測試結果如表3所示。

表3 靜電放電試驗測試結果Tab.3 Testing result of ESD

對直列式安全起爆系統(tǒng)（不含沖擊片雷管、導爆管、傳爆管）和沖擊片雷管進行人體放電測試，試驗數(shù)量均為2發(fā)，每發(fā)產品放電沖擊3次，人體靜電放電試驗后，經委托方現(xiàn)場測試，直列式安全起爆系統(tǒng)和沖擊片雷管功能正常、外形完好。

4 結論

（1）本文針對直列式安全起爆系統(tǒng)在設計以及工作過程中產生的電磁危害問題，通過采用隔離設計、電子線路屏蔽、輸入及輸出中增加瞬態(tài)電壓抑制器以及對敏感性元器件增加電路回路的方法，提高了敏感易擾元器件的抗干擾性能，切斷了干擾途徑，改善了直列式安全起爆系統(tǒng)的電磁兼容性，提高了直列式安全起爆系統(tǒng)的作用可靠性和安全性。

（2）對改善后的直列式安全起爆系統(tǒng)進行了電磁安全性分析，發(fā)現(xiàn)直列式安全起爆系統(tǒng)在電磁輻射（EMR）、電磁干擾（EMI）、靜電放電（ESD）環(huán)境危害中，外形完好、系統(tǒng)功能正常，符合國軍標涉及電磁安全性的相關標準，在電磁危害環(huán)境中具有較強的安全性，滿足大型戰(zhàn)斗部對起爆系統(tǒng)電磁安全性的需求。

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