摘要：烟火制品可通过对其单位时间减重量的测试结果分析来选择药剂配比及生产工艺。同时，因单位时间内烟火制品减重量与单位时间发烟量直接相关，故烟火制品减重量测试在发烟装备设计、生产过程中应用广泛。本文根据多年测试经验及数据积累，完成了烟火制品减重量测试系统的研制，并探讨了数据处理方法。
关键词：烟火制品；减重量；数据处理
引言
烟火制品的发烟性能起着关键作用。一方面需稳定持续的产生烟幕形成满足遮蔽尺寸及遮蔽时间的需求，另一方面其成烟速度影响有效遮蔽烟幕的形成时间。在工程应用中烟幕形成时间与烟幕遮蔽时间二者之间存在一定矛盾。在烟火制品设计及生产过程中可通过对烟火制品的减重量测试平衡二者之间关系，达到既能在较短时间形成有效遮蔽烟幕，又能有足够的遮蔽时间。
1 烟火制品减重量测试系统设计
基于近年来烟火制品对减重量的测试需求，完成了烟火制品减重量测试系统的设计调试。
系统组成如下：
1.1 硬件部分
a.电子计数称：分度值不大于0.5g，数据采集速率大于10次/秒。配备Modbus串口无线通迅模块，具备远程数据传输功能。
b.隔热支架：连接计重称与受试品托架，以高温陶瓷材料做隔热材料。
c.受试品托架：配有限位槽防止产品串动。
d.便携电脑：具有RS232通迅端口，当不具备时，使用USB-RS232转换器进行转接。
1.2软件部分
采用Visual Basic6.0编写，具备数据采集显示、数据存储、数据修正、试验报告输出、数据分析等功能。
由于采用计算机与电子计数称进行实时数据传输，该系统具有操作安全性高、数据准确性高、测试结果多样性等优点。同时因设计加装了无线数据传输模块，使场地布设不受风向等气象条件影响，有效保障操作人员健康安全。
2 典型测试数据分析
下面对某型烟火制品减重量测试数据进行分析，并对数据处理方法进行探讨。
为避免发烟剂燃烧后残渣在受试品托盘积累影响测试结果，试验时受试品水平放置横向喷烟。这样放置还可以减小受试品喷烟过程中产生的反作用力对测试结果的影响。
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图1 某受试品减重量原始测试数据
2.1发烟起始时刻判定
图1中可以看到受试品在t1～t2区间减重量瞬间增加，而t2之后减重量反而变小并缓慢增加。这是因为受试品引燃药燃烧速率较高，剧烈的燃烧过程导致受试品产生震动，而这种震动传导至电子计重称，产生测量值突变。由于受试品工艺原因，此异常数据无法从系统硬件着手解决。
在本系统应用过程中操作人员根据测试经验判断发烟起始时间，并操作测试软件标记该时刻为ts。
2.2测试数据对受试品生产工艺的指导意义
图1中t2～t3区间为受试品发烟剂1燃烧时间段。为快速形成有效幕障，该层药剂要求燃烧速率较发烟剂2（对应t3～t5区间）相对快一些。由测试曲线可以看出t2～t3区间测试曲线斜率要大于t3～t5区间测试曲线的斜率。此为正常状态，因为减重量测试曲线的高斜率意味着发烟剂的高燃速，当燃速高于某一阈值时，同样容积的受试品所装填的发烟剂产生的烟幕持续时间将缩短。因此在t2～t3区间以高燃速保证成烟速率，t3～t5区间以相对低的燃速保证足够的发烟时间。
t4～t5为发烟剂燃烧结束过程，其间减重量数值变化不大。同样因药剂配方及加工工艺不同，发烟结束时间无法很难做统一判定标准。从测试现场观察，t4时刻受试品产生的烟幕已明显减少，可认为t4为发烟结束时间。通过测试软件标记该时刻te，发烟时间按公式（1）计算。计算减重量数据时以ts为零时刻基准，按规定时间间隔计算。
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式中：
t—受试品发烟时间，单位为秒（s）；
te—受试品发烟结束时刻，单位为秒（s）；
ts—受试品发烟起始时刻，单位为秒（s）。
2.3发烟起始时刻及终止时刻判定方法改进方案
2.3.1 发烟起始时刻判定改进方案
因为一般受试品引燃药的药量很小，很难在受试品内形成对应的均匀药层。因为上述药剂燃烧速率相对基本发烟剂要快得多，所以在假定形成上述几种药剂能够形成均匀药层且燃烧稳定的情况下，可根据受试品减重量的大小确定发烟起始时刻，既当减重量满足公式（2）时，认定发烟起始。
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式中：
Ws—受试品发烟起始时刻减重量，单位为克（g）；
w1—引燃装置的重量，单位为克（g）；
w2—引燃药的重量，单位为克（g）。
该方案建立在引燃药燃烧速率远大于发烟剂的假设基础之止。因为只有如此，才可忽略生产工艺造成的药剂层面不均匀带来的测试误差。
2.3.2 发烟终止时刻判定改进方案
图1（a）中t3～t4区间曲线斜率稳定，可反映出受试品该段药剂混和压制均匀，t4之后曲线斜率减小，反映药剂燃烧可趋近结束。若受试品发烟剂2燃烧平稳，可根据曲线斜率（既单位时间内减重量变化值）的变化判断发烟结束时刻。
3 减重量异点数据的处理方法探讨
在动态测试原始数据中会混入一些虚假数据，
称为异点。异点是粗大误差引起的，必须首先将这些异常数据剔除。剔除异点的关键是恰如其分地检测出异点。尽管手段并不十分完善，但还是有一些方法，如Tukey提出的稳健性的53H法，可检测出异点。
检测异点的基本想法是认为正常数据是“平滑”的，而异点是“突变”的。
由图1可以看出除测量值突变区间外其它时段测试数据变化缓和，曲线平滑，附合53H法的“平滑”构想。
本文采用改进的“滑动中值滤波法”剔除数据异点。
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所示，可以看出异点数据被有效抑制，且未对平滑数据区段产生明显影响。
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图2 图1（C）数据曲线局部放大剔除异点前后对比
4 结束语
该测试系统在研制完成后对多种烟火制品进行了测试，结果表明系统运行可靠。该系统测试数据量较直读法有很大提高，通过由测试数据形成测试曲线，通过测试曲线可直观分析烟火制品发烟过程不同阶段的状态，为发烟装备研制生产提供有力数据支撑。本文提出的发烟起始、终止时刻判定方法改进方案在受试品性能允许并与相关部门沟通后可作为评价烟火制品发烟性能的依据，从而提高测试结果的客观程度。
参考文献
[1]费业泰。误差理论与数据处理。机械工业出版社，2010
[2]姚禄玖，高钧麟等。烟幕理论与测试技术，国防工业出版社，2004