电雷管无损检测技术简介_吴国祥
第19卷 第2期
2005年 6月 五邑大学学报(自然科学版) JOURNAL OF WUYI UNIVERSITY (Natural Science Edition) V ol.19 No.2Jun. 2005文章编号:1006-7302(2005)02-0064-04
电雷管无损检测技术简介
吴国祥,魏 冬,王志坚,宋国华,倪 琪
(1. 南通大学 电子信息学院,江苏 南通 226007;2. 常州艾思玛电器有限公司,
江苏 常州 213011;3. 南通大学 理学院,江苏 南通 226007;
4. 合肥工业大学 电气与自动化工程学院,安徽 合肥 230009) 12334
摘要: 电雷管无损检测技术是最近几年发展起来的对电雷管的性能进行无损的、智能的
一种检测技术,它是在不损伤被测电雷管的情况下,应用热瞬态测试方法来确定其物理
性能 、状态和内部结构,检测其完整性 、均匀性及质量可靠性,从而确定检测电雷管合
格与否. 本文讨论了电雷管无损检测技术的发展、智能化及可靠度.
中图分类号:TP216 文献标识码:A
A Brief Introduction to the Nondestructive Inspection Technology for EED
WU Guo-xiang , WEI Dong , WANG Zhi-jian 3, SONG Guo-hua 3, NI Qi 4
(1. Electronics & Infor. College, Nantong Univ., Nantong 226007, China; 2. Changzhou
Aisima Electric Apparatus Co., Ltd., Changzhou 213011, China; 3. College of Sci.,
Nantong Univ., Nantong 226007, China; 4. School of Electrical Eng. and
Automation, Heifei Univ. of Tech., Heifei, 230009, China)
Abstract : The nondestructive inspection technology for testing EED is a new comprehensive and
intelligent application technology developed in recent years. It uses thermal transient testing to test
the physical performance, state and inside structure of EED, measure its integrity, homogeneity and
quality dependability, and determine whether it is qualified or not. This paper discusses the
development, degree of intelligence and reliability of the nondestructive inspection technology.
Keywords : Electrical explosive device (EED); nondestructive inspection; thermal transient test;
destructive experiment; intelligence; dependability
1 2
1 无损检测技术的发展
无损检测技术的发展经历了三个阶段:无损探伤(NDI )阶段、无损检测(NDT )阶段和无损评估(NDE )阶段,这是因为随着现代科技的发展,对产品的质量要求越来越高,特别是兵器、航天、航空、核电、化工、交通等领域.
无损检测的方法很多,按照不同的原理和不同的探测方式,分为射线检测(X 射线、γ射线、高能X 射线、中子射线、质子和电子射线等);声和超声检测(声振动、声撞击、超声脉冲反射、收稿日期:2004-10-28
基金项目:江苏省教育厅自然科学基金资助项目(02KJB140008).
作者简介:吴国祥(1968- ),男,安徽桐城人,硕士,讲师,研究方向:电力电子与电力传动.
第19卷 第2期 吴国祥等:电雷管无损检测技术简介65超声透射、超声共振、超声成像、超声频谱、声发射和电磁超声等);电学和电磁检测(电阻法、电位法、涡流法、电热法、磁粉法、核磁共振、微波法、外激电子发射等);力学和光学检测(目视法 、内窥镜、荧光法、着色法、脆性涂层、光弹性覆膜法、激光全息摄影干涉法、泄露检测和应力测试等)以及化学分析方法(电解检测法、激光法、离子散射等). 工业CT 无损检测技术是80年代发展起来的无损检测方法,它同时具有优良的空间和密度分辨率. 现代无损检测技术还应该包括计算机数据和图像处理、图像的识别与合成及自动化检测技术等.
对电雷管点火头的无损检测采用电磁检测中的电热响应检测法,一种重要的无损检测技术,它是一种瞬态脉冲试验[1],适用于测量电雷管点火头桥丝、药剂及它们界面的状态和电参数,可以对电雷管的性能作出精确的判断.
电雷管的性能试验是利用电雷管点火头桥丝电阻随温度升高而增大的特性,在无损的条件下,向电雷管点火头输入单次恒流脉冲,测出桥丝两端电压增量随时间变化的曲线——温升曲线,该曲线反应了输入到桥丝的电能转变为热量并向药剂扩散而使桥丝药剂界面温度升高的过程,此过程与电雷管点火头的发火过程具有相似的电热反应过程,因此可以反应电雷管点火头的感度信息. 根据国内外大量研究表明,只要最大温升不大于75℃,试验不会引起电雷管点火头桥丝性能发生永久性变化,可以保证试验的无损性.
桥丝式电雷管点火头和爆炸装置的检测历来都是采用抽样统计的方法,但此法对于库存电雷管及爆炸装置的性能检测,显然是不合时宜的. 特别是电雷管点火头及爆炸装置配于弹药及引信中,进行大量破坏性试验无疑是一种浪费. 更值得重视的是当经过长期存放,电雷管点火头性能发生了变化,对于电雷管点火头,尤其是当电阻值变化并不大,但质量已经变坏,甚至不能可靠地作用的时候,用传统的导通或测量电阻所得到的信息也许认为产品是正常的,这是一个现实的严重问题,所以对电雷管点火头的性能进行无损检测更为重要,确保实验品百分之百的无损检测, 以判断质量性能.
传统的电雷管一次性抽样发火检测耗费极大,又不十分可靠. 自从60年代提出电雷管的电热特性以来,瞬态脉冲试验的电雷管无损检验,一直是人们关心的问题,并已在多种类型的电雷管上使用.
早期的无损检测,对其关键技术,采用手动调节电桥平衡和利用笨重的阴极射线管显示其性能曲线,对检测只能停留在感性认识上,无法进行深层次的分析与计算.
关于电雷管点火头无损检测仪,美国于70年代发表有类似的文章,我国买过他们的仪器. 国内军界于80年代制造出类似美国605B 型水平的检测仪. 这类仪器需人工调节平衡,检测费时,技术已过时.
随着计算机和大规模集成电路的广泛使用,尤其是单片机的使用,其关键技术电桥的自动调平衡和便携式显示[2]已经得到解决,并且可以保留模拟显示接口,电雷管的检测装置有了很大提高. 使用范围不再局限于简单的检测,可用于非电参数的瞬态检测,如电雷管的爆炸温度和压力、爆炸威力等等.
在以后的电雷管点火头无损检测中,必将会引入人工智能和神经网络技术,从而发展到无损评估阶段.
2 无损检测仪器的智能化
智能化的NDT 仪器, 70年代微机的问世和大规模集成电路及计算机的发展,使其很快地进
66五邑大学学报(自然科学版) 2005年 入无损检测领域. 80年代国内外推出各种由检测仪器加上微机系统组合而成,具备了高精度的运算、控制、逻辑判断和数据处理器的功能. 减少了检测误差,提高了检测可靠性,解决了记录存档问题.
2.1 智能化NDT 仪器的优点
抗干扰能力强:由于噪音一般是随机的,而信号是有序的,因而可以通过相关处理、包络识别等数字信号处理技术来排除噪音,提高检测的信噪比.
检测精度高、速度快:智能化的NDT 仪器能以人们期望的检测精度对模拟信号进行高速数据采集、量化、计算和判别,其精度远高于传统仪器检测结果,并可根据预设置的程序进行高速运算,而且计算机所需的信息量远少于传统仪器以人工检测所需的信息量. 因此检测速度明显提高,在自动检测中尤为优越. 客观、全面地采集、存储和分析数据可以对采集到的数据进行实时处理和后处理,可对信号进行时域分析、频域分析或图像分析处理,以提高检测的可靠性. 亦可通过模式识别对被测对象的质量分级或对缺陷定量识别.
记录和存档:计算机系统可存储和记录检测的原始信号和检测结果. 甚至可将各种检测方法的检测结果存入计算机,对被检测对象的质量进行综合评价.
可编程性:计算机化的NDT 仪器的性能和功能的实现,很大程度取决于软件系统的支持,因此可方便地变更和扩充软件程序来增加仪器功能.
2.2 智能化NDT 仪器工作原理
电雷管的发火过程,是电能转变成热能形成热点自持化学反应,一直到爆炸的 “电热过程”. 其特性就决定该电雷管的发火感度. 影响“电热过程”的有宏观工艺因素 ,也有随机偶然因素 . 测量电雷管电热过程温升曲线的理论依据是Rosenthal L .A.提出的电热方程.
无损检测方法大多是间接测量法,并以声、光、电、磁、射线、热等物理方法为主. 这些物理检测仪器首先将被测对象的物理信息通过不同类型的传感器转换成为电量信号经放大、采样、A/D变换,将这些模拟信号转换成为离散的数字量进入计算机系统. 计算机执行事先编好的软件程序适时控制和监测机内的各执行部件和处理部件,如放大器的增益数控、自动补偿、自动设置检测灵敏度等,并进行自动运算和质量判别. 还可根据软件编程进行数字信号处理和图像处理. 计算机系统还将控制工序流程.
对于智能化NDT 检仪器来说,其性能主要取决于仪器的硬件的性能和软件的算法. 目前其主要采样方式为:峰值采样法(组合式)和全波采样法(数字式).
2.3 局限性
目前的智能化检测仪器尚存在相当大的局限性,其一:现有的检测理论本身的不完善而引起测量的不确定性. 因此对检测理论、传感器和检测方法的研究仍然是推动无损检测技术发展的主导方面,当然智能化检测设备的应用将成为研究工作的有力工具;其二:尽管计算机具有很强的运算和逻辑判断功能但并没有创造性的思维能力,它仅仅是在设计人员设置的程序下进行工作的. 仪器功能的完善程度取决于人,因此要求设计者有扎实的理论和工程基础知识及必要的实际经验.
智能化的检测仪器具有智能化的功能,同时对技术人员的素质要求更高,操作计算机化的仪器,要根据不同的情况设置必要的参数,对于不同的操作人员,其结果,可能有所差异.
3 无损检测技术可靠度分析
可靠度,即在规定的条件下,规定的时间里,完成规定功能的能力,或完成规定功能的概率.
第19卷 第2期 吴国祥等:电雷管无损检测技术简介67它是产品质量的基本指标之一.
电雷管点火头无损检测技术的可靠度,是对有缺陷的电雷管点火头进行无损检测的能力. 研究无损检测技术的可靠度,是无损检测技术研究的重要方面之一. 关于无损检测技术的可靠度的研究,开始于60年代对飞机零件中缺陷与断裂机理相互关系的研究. 1971年,美国实施了大规模的对组合结构无损检测技术的可靠性研究,检测的结论之一是,大多数无损检测技术的可靠度,低于通常所假定的95%的置信度和90%的检验概率.
80年代初,在对可靠度数据分析的基础上,提出了检验概率函数可以累加对数正态分布函数表示,其分布参数可用最大似然估计方法[3]进行统计估计,对不同类型的可靠度数据,可以采用标准的统计回归分析或方差、协方差来计算检验概率的置信下限.
本文对无损检测技术的可靠度概念、可靠性试验、检验概率函数、检验概率的统计估计方法等作一简要的初步介绍.
电雷管点火头无损检测技术可靠度概念,是利用无损检测技术对电雷管点火头进行无损检测,涉及到多方面的因素,如调节电桥平衡的恒流源、恒流脉冲的精确度检测仪器与设备、检测方法、判断依据、电雷管点火头桥丝的长短、药量的多少、检测人员的技术、经验等,每一方面因素的改变,都会导致采样结果的改变. 就是说,同一有缺陷的电雷管点火头,在重复检测时,被检出的可能性并不总是相同.
假定对X 个电雷管点火头进行无损检测,在所检测的X 个电雷管点火头中,有X 1个为不合格产品,X 2个为合格产品,即X 1+X 2=X
所得到的检测结果可能情况是:
X 11:检测为有缺陷的点火头 X 12:检测为无缺陷的点火头 其中:X 1=X 11+X 12,
X 21:检测为有缺陷的点火头 X 22:检测为无缺陷的点火头 X 2=X 21+X 22
即为:
(1)有缺陷的点火头,检测结果认为有缺陷; 如果记:P =POD =X 11/X 1——缺陷检验概率
(2)有缺陷的点火头,检测结果认为无缺陷; Q =1−P =X 12/X 1——错误接收率
(3)无缺陷的点火头,检测结果认为有缺陷; F =FCP =X 21/X 2——缺陷误检率
(4)无缺陷的点火头,检测结果认为无缺陷. M =1−F =X 22/X 2——正确接收率 则P 、Q 、F 、M 的关系如图1所示,称其为可靠度工作特性曲线,图中G 称为检验技术工作点,它由电雷管点火头的检测灵敏度(常为电雷管点火头随机
检测的缺陷概率)来确定,所选的灵敏度越高,G 在曲线
上的位置越高. 不同的检测技术具有自己特定的可靠性
工作特性曲线,曲线方程为双曲线. 从可靠度工作特性曲
线可以看到,当提高检测灵敏度时,即采用较高的缺陷检
验概率时,也将导致误检率的升高.
记: G M
F ε——电雷管点火头中无缺陷的概率与有缺陷的概
率之比
ζ——F /P ,误检比 Q POD
η——M /Q ,成功指数
(下移29页) 图1 特性曲线的可靠度分析
第19卷 第2期 杨书芳等:基于LabView 的摩托车离合器摩擦测试系统的研究
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图3 系统的用户界面 图4 试验系统的程序框图
参考文献:
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[2] 雷振山. LabView 7 Express实用技术教程[M]. 北京:中国铁道出版社, 2004.
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[5] 孙桥, 于梅. 基于虚拟仪器技术的比较法相位型振动测量系统[J]. 电工技术杂志, 2003. 8.
(上接67页)
那么,从条件概率的贝叶斯公式,可以得到对应上述检测结果的概率:
P 1=1/(1+εξ) ——正确拒收概率 P 2=1/(1+εη) ——错误验收概率
P 3=1/(1+1/εη) ——正确验收概率 P 4=1/(1+1/εξ) ——错误拒收概率
电雷管点火头无损检测技术的可靠度以缺陷检验概率表示,它是在其它条件固定下,给出缺陷检验概率与缺陷类型(小药头、大药头、露丝、断丝药头等)的函数关系. 检验概率定量地给出了检验技术对缺陷的检测能力,不同的无损检测技术,对同一类型的缺陷其检验概率可以不同. 即使同一检验技术,对不同的检验人员,其检验概率也会存在不同. 研究无损检测技术的可靠度,对提高无损检测结果的质量具有重要的意义.
目前,在我们国家已经实现了对电雷管点火头的100%无损检测. 其各项指标包括正确拒收率、错误验收率、正确验收率、错误拒收率均达到99.5%以上,计算机的发展和高性能集成模块的使用大大地改善了电雷管无损检测的性能指标.
参考文献:
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[3] Hu Xuexian. A research of the nondestructive inspection of EED[C]. Proc of the 15th Symposium on E&P,
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