周富强，韩体飞，侯寒冬，孙 倩，马志钢

(1.淮南舜泰化工有限责任公司，安徽 淮南，232001；2. 安徽理工大学化学工程学院，安徽 淮南，232001)

现行的工业电雷管延期时间的测试方法有探针法、光电法、靶线法和声电法[1]，研究人员可根据不同的测试目标和目的选择不同的测试方法。光电法是利用光电传感技术建立的测试系统，用于电雷管作用时间的测量以及点火元件和延期元件喷火状态的测试[2-3]。但目前光电测试系统均在敞口环境中进行测试[4]，主要测试目标外界输出燃烧和爆炸参数，而无法进行内部参数的测量。

本文自行设计了一套工业电雷管分段测时系统，分段测雷管各元件各序列的作用时间，包括桥丝通断时间、点火药头喷火时间、延期药点火延迟期、延期体延期时间和工业电雷管总延期时间，并判断影响雷管精度的因素，对于研制高精度多段别的毫秒延期雷管具有重要的作用。

1 测试系统的介绍

1.1 工业电雷管延期时间的构成

毫秒延期电雷管的发火过程为[5]：点火→点火能量传递→引燃延期药→延期药稳定燃烧→装药爆炸。根据发火过程，毫秒延期雷管的延期时间构成为：

式（1）中：t为毫秒延期雷管总的延期时间；t1为点火元件接受激发能到发火的时间；t2为点火元件发火到延期体接受点火能开始稳定燃烧的时间；t3为延期药稳定燃烧的时间；t4为延期药燃烧后引爆起爆药直至猛炸药爆炸的时间。以上所列延期时间中，t2为延期药点火延迟期，此时间很短[6]，在光电测试中无法进行直接测量，本文采用间接测量，利用回归分析计算t2值。对于常规的起爆药而言，由于起爆药在极短的时间内可达到稳定爆轰，又在极短的时间内引爆猛炸药，故t4极小，一般只有几十微秒，在毫秒雷管的设计中可忽略不计。因此，可以假设：t=t1+t2+t3，其中t1、t2、t3是构成总延期时间的重要部分，依据此理论研制分段测试系统。

1.2 专用密封器的设计

工业电雷管在点火过程中，气室内的压强会达到数兆帕以上[7]，在该压强环境下点火药头能够可靠点燃延期体端面药剂，延期药稳定燃烧并将能量传递至下一序列。专用密封器的设计为雷管或半成品雷管提供真实的爆炸或燃烧压强环境，通过多个密封透明的信号传输孔输出雷管内部药剂爆炸或燃烧的光信号，从而进行雷管内部参数测量。专用密封器截面图和实物图见图1。

图1 密封器截面图和实物图Fig.1 Sectional view and actual picture of the sealer

密封器包括雷管固定模块、自制密封垫片、透明有机玻璃和加压模块，另有附件螺栓、螺帽和防护箱等。雷管固定模块的中心为雷管固定孔，被测雷管管壳的固定位置处钻有圆孔，将该成品或半成品雷管装入雷管固定孔中，使圆孔与对应的信号输出孔位置一致。在信号输出孔处先后装配带有圆孔的自制密封垫片和透明有机玻璃块，在加压模块的作用下，透明有机玻璃压紧密封垫片，保证待测雷管完全密封的同时，测量雷管内部药剂爆炸或燃烧的光信号，探测孔处的光电传感器采集该信号。

1.3 电雷管延期时间分段测试系统

测试系统由专用密封器、光电传感器、恒流源、数字存储示波器及计算机组成，如图2所示。

测试系统的主要部件及作用：（1）专用密封器：密封样品管壳上的预留圆孔，同时通过透明有机玻璃输出光信号；固定光电传感器；作为防护装置确保测试过程中的安全。（2）光电传感器：采用2CU2B光敏二极管，在一定测试条件下，该型号二极管最高工作电压为30V，响应时间为5～50ns，灵敏度极高，能将雷管壳内的光信号转换成电信号输出。（3）恒流源：提供恒定电流，引爆实验样品，并将信号以电压形式输出。（4）数字存储示波器：采用日置 HIOKI8841数字存储示波器对输出信号进行动态采集，记录、存储时间——电压曲线，可将所测数据存盘，通过专用软件在计算机上进行数据分析。

测试过程中，将钻有圆孔的成品或半成品雷管固定在密封器中，装配时确保圆孔与探测孔位置一致。将光电传感器分别插入探测孔中，并且与数字存储示波器相应的通道连接。调节恒流源电流值，将雷管脚线与恒流源相应电极连接，用传输线将恒流源与数字存储示波器相应通道连接，记录雷管从通电到断电过程中的电压信号。由示波器显示多个信号的时间——电压波形图，读出各段时间，将所测数据存入计算机。

2 分段延时测试

2.1 试验样品的制备

模拟工业电雷管延期过程，制备半成品雷管，这种半成品雷管无起爆药和猛炸药，装配在测试系统中的密封器中，能够确保点火环境和延期药剂燃烧环境与成品雷管一致，保证测试的真实、安全、环保。待测样品为四段半成品煤矿许用毫秒延期电雷管，其结构图及实物图如图3所示。

图3 半成品四段煤矿许用毫秒延期电雷管Fig.3 Semi-finished coal mine permitted MS-4 electric detonator

根据四段煤矿许用毫秒延期电雷管内部结构，分别在待测样品内部延期体前端面部位和后端面部位预留圆孔，孔径1.5mm。在装配过程中，先装延期体，使延期体处于两个圆孔之间，卡中腰；然后用塑料塞将底端封口；最后装配点火元件并封口。

2.2 测试程序

2.2.1 测试样品的装配

将制备好的半成品雷管装入密封器的雷管固定孔中，使样品管壳上的预留圆孔分别与信号输出孔a、b位置对齐；安装自制密封垫片和透明有机玻璃块，最后固定加压模块，此时亦确保加压模块上的探测孔与对应的信号输出孔位置一致。拧紧固定螺母，使点火过程中雷管壳内完全密封。

2.2.2 数字存储示波器及恒流源参数设置

数字存储示波器采用存储记录模式，采样频率设置为500kHz，采样点为100µs/div，记录长度为200ms，1通道触发，触发电压为20mV；恒流源在校检状态下设置电流值为1.2A，然后调至单发状态。

2.2.3 接线

先将光电传感器插入两个探测孔中，并与数字存储示波器2、3通道连接，将恒流源输出端与示波器的1通道连接，最后将雷管脚线与恒流源两电极连接。

2.2.4 数据记录

数字存储示波器处于等待触发状态，恒流源复位、起爆，存储并记录数据。

2.3 延期药点火延迟期t2值的测定

利用该套测时系统，按照上述试验样品制备方法，点火药头质量取（12±0.5）mg，气室长为13mm，延期体切长(X)约为4mm、6mm、8mm、10mm、12mm 5种长度，每种长度平行5组，制成试验样品，分别测量(t2+t3)（Y）值，假设此过程中延期体燃速恒定，建立方程：Y=a+bX，通过线性拟合求解a、b值，其中a为所测延期药点火延迟时间，b为常量。

2.4 测试结果分析

2.4.1 信号曲线的结果分析

所测信号曲线由数字存储示波器显示并存储，可以由示波器直接读数，也可将数据存储，由计算机通过专用软件或者图形分析软件进行数据分析，图4为半成品四段煤矿许用毫秒延期电雷管输出信号图。

图4 输出信号的时间——电压曲线Fig.4 Time——voltage curve of the output signal

如图4所示，恒定电流通入桥丝后，通过恒流源输出电压信号，显示在示波器上，表示桥丝通、断信号；桥丝升温并将热量传给点火药剂，使药剂发生化学反应，药剂发生化学反应释放的热量使药剂继续升温，直至自动发火[8]，从而在探测孔a处获得发出的光信号，此信号为点火药头发火信号。探测孔a信号曲线上特征转折点C后出现波形突跃，为药头发火时刻。从C点开始3～4ms内药头燃烧发出的光强达到最大，也是在此刻药头开始加热延期体前端面的延期药剂，经过延期药的点火延迟期后，铅芯延期体开始稳定燃烧，至铅芯后端面喷火，在探测孔b获得一个延期药喷火信号作为延期体延期结束时刻。由以上分析可知，A、B点分别表示桥丝通、断电时刻，C点为点火药头开始喷火时刻，D点为延期体喷火时刻。从图中读出A、B、C、D 4点的横坐标分别为：-5.91、2.14、-1.76、70.29，单位为 ms。计算所测数据，结果如表1所示。

表1 测试参数记录结果Tab.1 Records of the test parameters

表1中桥丝通断时间XBA表示桥丝从点火到桥丝熔断的时间，t1（XCA或XDA）为点火元件接受激发能到发火的时间，t2+t3（XDC）为铅芯延期体总的燃烧时间，t（XDA）为被测半成品雷管从点火到喷火时间。其中t2通过试验测定。

2.4.2 测试结果分析

四段煤矿许用毫秒延期电雷管延期体点火延迟期t2测试结果如表2所示。

表2 点火延迟期测试结果Tab.2 Test records of the ignition delay time

根据表2，利用绘图软件，以延期体实际切长为横坐标，延期体总的燃烧时间为纵坐标做图，线性拟合，得方程Y=3.76+7.04X，由此可得四段延期体点火延迟时间：t2=3.76ms。

图5 测试结果回归分析Fig.5 Regression analysis of the test results

2.4.3 分段测试结果

根据以上实验结果，半成品四段煤矿许用毫秒延期电雷管延期时间分段测试结果如下：在1.2A恒流源作用下桥丝通断时间为8.05ms；点火元件接受激发能到发火的时间 t1=4.15ms；点火元件发火到延期体接受点火能开始稳定燃烧的时间 t2=3.76ms；延期药稳定燃烧的时间t3=68.29 ms；毫秒延期电雷管总的延期时间t=76.20ms。

3 结语

从测试结果分析可以得到如下结论：工业电雷管镍铬桥丝在 1.2A恒流源作用下的桥丝熔断时间为8.05ms，点火药头在密闭气室内发火时间为4.15ms，药头发火后，延期元件点燃时间试验值为3.76ms。

该装置比较准确地测量了铅芯延期体在雷管中自点燃至喷火的过程，相比目前常用的将延期体装配成成品雷管后测延期秒量的方法，该方法具有以下优点：（1）能够模拟雷管内部各延期元件真实的燃烧或爆炸反应环境，分段测量各序列延期时间；（2）避免了起爆药至猛炸药段所带来的延期时间测量误差及爆炸危害；（3）避免了装配成成品雷管所带来的材料浪费，提高了效率。

延期药点火延迟期t2为试验确定，其测试方法有待进一步研究。本测时系统的建立，更有助于认识延期雷管内部各序列（点火元件和铅芯延期体）对雷管延期时间精度的影响，为高精度延期雷管的研究和生产提供延期时间精确测试条件。

[1] 李国新，程国元，焦清介.火工品实验与测试技术[M]. 北京:北京理工大学出版社，1998.

[2] 黄寅生.延期体喷火能力的光电测量[J].煤矿爆破，1994，25(2):12-14.

[3] 张立.安全型毫秒雷管延期元件喷火状态的测试研究[J].爆破器材，1987，38(3):4-7.

[4] 鲁强，郭爱清，刘西广.工业电雷管延期时间的分段测量方法[J].火工品，2006(6):39-41.

[5] 杨祖一.毫秒延期电雷管（二）[J].爆破器材，1999，28 (5) :14- 18.

[6] 成一，陈守文.电点火头发火过程的时间结构的研究[J].爆破器材，2001，30(5):22-23.

[7] 黄寅生，张金城.电雷管气室压力与秒量精度[J]. 爆破器材，1990，59(6):16-20.

[8] 蔡瑞娇.火工品设计原理[M].北京:北京理工大学出版社，1999.