火药水分在线检测技术研究

郭金宝 邢泽民

河北省石家庄市井陉县天长镇南关村92207部队

前言：火药类物品在生产应用过程中，水分含量作为重要的技术衡量指标，被纳入火药产品的必备检测项目环节，并对火药类产品水分含量进行严格控制。火药产品的水含量一旦超标，其整体质量也会下降，爆炸性能受到很大的影响，如果质量不达标，会造成半爆或者不爆的不良现象，所以水分含量会对火药的性能产生直接的影响，甚至导致火药产品功能失效。

一、在线监测基础原理与方法

当前对于火药产品进行在线检测过程中通常采用的是电测法，主要包含电容法、激光法、红外法以及电阻法等方法，基础原理为针对火药产品当中不同的含水量情况，对物品的电磁性能产生不同程度的影响，如磁导率、介电常数等参数，不同的方法主要是对其实际具体敏感量进行具体测量，并进一步计算物料当中的实际含水量。

电磁波在导电媒介当中进行传播时，振幅会根据实际的距离逐渐增加，而指数规律会慢慢衰减，也影响着波在实际传播中相位逐渐发生改变的快慢情况。因为火药当中的电导率相对比较小，相差也不大，两者之间的磁导率大致相同，且同属于小量，在高频状况下，衰减因子的实际数值也会逐渐变小，电磁波衰减程度不明显，激光法、电阻法以及红外法等主要是测量衰减幅度，以上方法不适用于火药含水量测量。

电容法与微波谐振法主要是测量相位敏感量，并查看振幅变化情况，因为微波频率比较高，并且需要进行扫频，所以，从实际测量的复杂程度与灵敏度等方面进行综合分析与对比，都远不如电容法。通过实验可得知，电容法和其他电测方法相比较，具有明显的优势，所以，此次进行在线监测技术研究过程中主要采用的是电容法。

二、系统的主要组成与工作原理

具有一定检测功能的软硬件系统核心主要包含检测电路、数据采集、计算机以及传感器，在检测电路当中也包括自动平衡装置、单片机、前置放大功能、可调节放大、滤波以及相敏检波等模块。数据采集卡主要采用的是四通道数据采集卡，通过VC开发检测软件，能够满足检测参数的具体设定，实现对检测信号的记录、处理以及实际含水量的显示与报警等功能[1]。

三、电桥与前置放大电路

电容传感器作为电桥的桥臂，调节电容会使得桥路逐渐平衡，且输出电压几乎为零，传感器电容逐渐发生变化的情况下，电桥慢慢失去平衡，输出与电容呈正比的电压信号，并经过放大电路慢慢放大，通常情况下，交流电源频率是被测信号的5-10倍左右，该集团当中交流电源频率实际范围在0-5MHz。

四、可调增益放大电路设计

可调增益放大电路主要是由AD603级联而成，主要采用90MHz宽带进行连接，每片实际增益范围在-10dB～30dB。

五、对水分检测产生影响的物理因素简析

主要针对实际温度、水分、紧实度等参数进行了综合全面分析，并选择火药物料为样品，电容检测电路主要选择线性变换电路，样品电容值和电压成正比，将样品陆续倒进容积装置当中，并取出样品，称得具体质量，之后通过相同的方法再倒入传感器装置当中，选择在10、15、20℃温度环境下，并对数据结果进行分析，得出以下结论。

1.水分和电压之间的关系，火药电容值变化主要是表现水分实际变化方面，电容值的实际变化不仅仅只是依靠火药水分决定的，火药水分是重要的决定因素，通过采样数据可得出，样品中的水分逐渐升高的情况下，检测输出电压也会慢慢升高，电压和水分之间的函数主要为单调增值函数，并非线性函数，从拟合曲线能够看出，其有两个拐点，且拐点间，电压上升相对平稳，拐点之外，电压变化相对较大，当水分增加，样品电容值也会逐渐增大[2]。

2.电压和温度的关系，在进行实际检测过程中，样品的温度也会对实际的检测结果产生极大的影响，从结果能够看出，在相同含水量样品当中，温度在不断升高的同时，电容值也会不断增大，检测电路输出电压不断升高。温度逐渐下降到零下时，样品当中自由水会逐渐被冻结，样品电容值也会不断发生改变，因此，在进行火药水分检测过程中，温度如果小于或等于0℃时，应当保障其温度符合正常检测范围之内，这样才能够保障检测结果精准性。

3.水分和定容积质量的关系：在通过电容法进行检测过程中，样品的紧实度也是极为重要的影响因素，会对结果产生很大的影响，因此，在进行取样过程中，一定要保障样品紧实度具有代表性[3]。

六、实验环节

在15摄氏度状态下，输出电压和水分拟合曲线以及数据结果可得出，样品的水分逐渐升高的情况下，其输出电压也会逐渐升高，水分和电压的实际函数值为单调增值函数，并不是非线性函数。从拟合曲线状况能够看出，其有两个拐点，并且在两个拐点间，电压呈平稳上升的趋势，在两个拐点之后，电压变化比较显著，当水分增加时，样品的实际电容值也会不断增加。

七、结束语

通过对实验结果进行综合对比分析，此次进行试验研究的电容法在进行含水量测量过程中，分辨率相对较高，能够高效进行水分在线检测任务。