电子安全系统备用解除保险模块逻辑设计.pdf
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1、第 卷 第 期兵 器 装 备 工 程 学 报 年 月 收稿日期:修回日期:基金项目:毁伤技术重点学科研究基金项目()作者简介:张欣港()男硕士研究生:.通信作者:彭志凌()男博士副教授:.:./.电子安全系统备用解除保险模块逻辑设计张欣港彭志凌段昊言陈子华(中北大学 机电工程学院 太原)摘要:基于引信电子安全与解除保险装置所强调的安全性与可靠性设计思想提出了一种备用解除保险模块的设计方案 该设计方案针对电子安全与解除保险装置中双逻辑控制芯片的组成结构在实现原有逻辑控制功能的基础上利用逻辑控制芯片上剩余的硬件资源同时对电子开关电路进行优化实现了在任何一片逻辑控制芯片失效的情况下另一片芯片依靠备用
2、逻辑控制模块仍能完成解除保险工作 使用 芯片搭建功能验证电路并通过测试软件对模块预设功能进行时序仿真验证(运用马尔可夫理论对所设计的备用保险模块的保险与解除保险逻辑进行分析验证能够满足提高引信安全性的要求)该模块在保证原有电子安全与解除保险装置结构与功能的同时提高了安全性与抗干扰能力对电子安全系统的安全性冗余设计提供新的思路关键词:引信电子安全系统逻辑设计软件仿真本文引用格式:张欣港彭志凌段昊言等.电子安全系统备用解除保险模块逻辑设计.兵器装备工程学报():.:.():.中图分类号:.文献标识码:文章编号:()():.(.).:引言引信电子安全系统即电子安全与解除保险装置()自 世纪 年代美国
3、首次公开以来伴随着冲击片雷管起爆技术的不断发展已经有了比较完善且成熟的结构与时序功能且本身能够实现重复功能测试便于后续系统调试作业得到了广泛的应用未来战场面临着高科技、高烈度、强电磁干扰的环境这对抗电磁干扰能力较弱的全电子安全系统在安全性方面提出了更高的要求 传统安全逻辑控制电路通过双专用集成电路()控制串联的解除保险开关电路以达到冗余保险的目的 这种结构的弊端是一旦单芯片及其外围电路出现故障仍会使整个安全系统失去工作能力无法彻底解决单点失效的问题 为了达到在解除保险周期前与周期内将单点失效降至最少的目的可对该结构进行相应的补偿设计随着引信中软件应用范畴的不断扩展和深入随之而来引信软件失效造成
4、的系统故障或事故也会不断增加同时过度防护会带来电子安全系统体积、质量增大限制了引信电子安全系统的小型化的问题 目前国内尚未有人研究双逻辑控制电路单点失效的应急补偿方案本文基于引信传统结构在若干特定情况下的需求设计出了一种在单芯片故障时启用备用解除保险模块的工作模式利用电子安全系统的专用集成电路()芯片中剩余的逻辑阵列资源进行设计同时对芯片以外的开关电路进行优化设计将传统的串联开关电路改成元器件并联型的电路 使电子安全系统在即使有一片 芯片失效的情况下另一片芯片可通过备用解除保险模块接管系统作为应急部件完成解除保险的流程从而在较低的改装成本下提高安全性与可靠性 系统结构设计.电子安全系统结构分析
5、电子安全按系统可分为接口电路、逻辑控制电路、开关电路和起爆电路 如图 所示以某型弹药中电子安全系统为例参考 引信安全设计准则的要求逻辑控制电路由 个“独立的实体”构成即逻辑控制电路中的、电子安全系统的输入端接入了由传感器电路处理好的 个环境电信号、其中 接入、接入 电子安全系统的输出端通常布局方式为 个静态开关分别控制电源与电路地线而动态开关控制高压转换电路同时设计两套独立的控制电路将个保险开关分置其上进而实现冗余保险、时序保险、延期解保等功能图 传统电子安全系统结构图.逻辑控制电路通过识别不同环境信号输入的时间来控制开关电路中开关的闭合来达到解除保险的目的 全电子安全系统用“顺序 阈值 时间
6、窗”的原则进行识别顺序的含义是环境信号随特定时间依次出现每个环境信号都有一个对应的时间范围成为时间窗环境信号只有在规定的时间窗内依次出现连接开关电路对应的输出引脚才会输出信号在全部开关闭合后开关电路导通为高压充电电容提供启动电压进而进入后续引爆步骤 环境信号只有在对应时间窗内出现才能闭合开关时间窗内未出现或出现在别的时间窗都会使安全系统报错并停止工作 提高引信安全性的主要途径有增加独立保险件的个数、巧妙地设计安全系统的逻辑等 由于采用了双 芯片控制开关电路的设计因而两片芯片都有较多资源与引脚的剩余 同时可以看出两片芯片虽然分别处理了不同的环境信息与开关电路但本质上是串联工作关系当一片芯片故障时
7、电子安全系统整体便会失去工作能力属于失效模式中的单点失效 因此利用芯片的剩余资源设计出独立于原有解除保险电路的备用电路使得在特殊环境下由一片芯片接管解除保险工作的逻辑设计具备可行性与实际意义.备用解除保险模块逻辑设计微处理器控制方式提高了引信电路的安全性备用解除保险模块本质上是通过对 芯片编程(此处以 芯片为例)用一片芯片即可完成对静态开关、动态开关 的控制任务的电路 由于 程序编写是将电路划分为不同的功能模块加以整合故将这部分电路称为备用解除保险模块 备用解除保险模块独立于其他的模块在电子安全系统正常工作时备用解除保险模块处于休眠状态不参与对解除保险过程的控制 只有当其中一片芯片出现故障时调
8、用备用解除保险模块作为应急方案接管工作同时将输入的 个环境信号均接入、中两片 芯片均输出 个引脚相对应的引脚两两取或逻辑后接入开关电路使每片 具备独立的环境信号接收能力与开关电路控制能力备用保险模块的软件编写与仿真具备兵 器 装 备 工 程 学 报:/./结构基础 改进后的电子安全系统结构示意图如图 所示图 新型电子安全系统结构示意图.这种设计的 芯片可分别接收全部的环境信号同时可分别控制全部的开关 控制输出开关信号的方式为逻辑上将对应的输出信号进行逻辑运算实现的方式有增加一个逻辑运算芯片整合输入输出接口或在每个功率开关的基础上并联一个功率开关分别接入、连接方法如图 所示图 功率电路连接方法.
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