導(dǎo)彈電氣設(shè)備在線絕緣測試儀的設(shè)計與實現(xiàn)

引言
     導(dǎo)彈能否順利發(fā)射，很大程度上取決于電氣設(shè)備絕緣 的可靠性，電氣設(shè)備絕緣測試是導(dǎo)彈發(fā)射前必須要做的一 項工作。隨著導(dǎo)彈武器裝備自動化測試水平的提高，電氣設(shè) 備的絕緣裕度相應(yīng)減少，目前導(dǎo)彈電氣設(shè)備絕緣測試的方法 是在儀器設(shè)備不供電的前提下，通過外部絕緣測試儀進行檢 查，具有一定盲目性，并且測試時間相對較長，本文在此基 礎(chǔ)上提出了導(dǎo)彈電氣設(shè)備在線絕緣測試儀的設(shè)計研究。導(dǎo)彈 電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測是在不改變儀器設(shè)備連接的情況下， 從被測設(shè)備上取得電壓、電流信號，從中分析計算出設(shè)備絕 緣泄漏電流、絕緣電阻等參數(shù)，并由此判斷設(shè)備絕緣狀況。 由于它能迅速、準(zhǔn)確地監(jiān)測工作中設(shè)備的絕緣狀況，為導(dǎo)彈 順利發(fā)射并準(zhǔn)確命中目標(biāo)提供可靠的保證。

1 國內(nèi)外現(xiàn)狀分析
目前絕緣在線監(jiān)測技術(shù)正往兩個方向發(fā)展，一個方向 是多功能、全自動的絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)，即用計算機控制 實現(xiàn)自動監(jiān)測、自動記
錄、自動報警。這種監(jiān) 測系統(tǒng)引入專家系統(tǒng)， 發(fā)展成為絕緣檢測診斷 系統(tǒng)，可以對所有需要 監(jiān)測的電氣設(shè)備實行巡 回監(jiān)測，也可對特定電 氣設(shè)備跟蹤監(jiān)測，靈活方便，實現(xiàn)絕緣監(jiān)測的

圖1  信號采集原理圖
全面自動化和綜合自動化。另一方向是發(fā)展便攜式絕緣監(jiān)測儀，可由工作人員帶 到現(xiàn)場，對設(shè)備進行的絕緣狀況進行定期或不定期的在線 監(jiān)測。便攜式絕緣監(jiān)測儀與絕緣在線監(jiān)測系統(tǒng)最大的不同在 于：后者是利用PC機通過高級語言編寫的程序進行數(shù)據(jù)處 理及控制功能的，而前者是利用單片機或者DSP通過固化在 芯片中的程序?qū)崿F(xiàn)各種功能的。
針對導(dǎo)彈電氣設(shè)備絕緣測試的特殊性，汲取兩者的優(yōu) 點設(shè)計了便攜式導(dǎo)彈電氣設(shè)備絕緣在線監(jiān)測儀，由于具有儀 器體積小、重量輕、攜帶方便、價格低廉等優(yōu)點，并且由于 傳感器直接安裝固定在被測設(shè)備附近，省去了集中式控制系 統(tǒng)所必需的多路開關(guān)及龐大繁雜的屏蔽電纜布線系統(tǒng)，具有 較好的應(yīng)用前景。

2  絕緣檢測的原理與方法
絕緣監(jiān)測的任務(wù)是要確定設(shè)備的絕緣狀況，評估絕緣 的缺陷及劣化的程度。對于發(fā)射車等地面設(shè)備的絕緣在線監(jiān) 測，常常選擇測量其工作電壓下流過設(shè)備絕緣的電流I，絕 緣的電容量C，以及其絕緣電阻R等參數(shù)。
由于所要測得的參數(shù)均為微弱信號（小于10mA），直 接測量比較困難，需要通過程序控制，在數(shù)據(jù)采集端對被測 電器施加激勵電壓，測取流經(jīng)回路的微電流并傳輸至DSP處 理模塊進行處理。在忽略導(dǎo)彈測試電纜電阻誤差及環(huán)境溫度 等因素影響的前提下，信號采集原理如圖1所示。
通過對導(dǎo)彈上的儀器設(shè)備施加相應(yīng)的激勵電壓，可以 測量得到標(biāo)準(zhǔn)電阻R2上的電壓值，然后依據(jù)歐姆定律，將
圖2  系統(tǒng)硬件組成框圖

表1 測試結(jié)果
電壓值轉(zhuǎn)換成所對應(yīng)的電阻值，模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將所測得的電 阻模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，提供給DSP處理器，從而可以判斷 電路的絕緣性能。
圖1中待測的絕緣電阻為R x，R1為已知的標(biāo)準(zhǔn)限流電 阻 、 R 2 為 已 知 的 分 壓 電 阻 ， 當(dāng) 測 試 電 路 中 加 上 激 勵 電 壓 后，由歐姆定律可得：
Uo=Ui*R2/(Rx+R1+R2)
因此，Rx = Ui * R2/ Uo－( R1+ R2)
由于現(xiàn)場信號較容易受到干擾，必須采用質(zhì)量優(yōu)良、 抗干擾能力強的傳感器 ，以使微弱信號不畸變地傳到采集 系統(tǒng)。對采集到的電壓電流信號，經(jīng)過硬件的、軟件的抗干 擾處理，使用DSP進行數(shù)學(xué)運算，然后顯示或者打印處理結(jié) 果。在采集過程中，由于需要對所采集的信號進行快速傅立 葉頻譜分析，所以采得的信號電壓范圍要適合DSP進行模數(shù) 轉(zhuǎn)換，這可以通過估計阻值以及漏電流范圍，并調(diào)節(jié)回路阻 抗來實現(xiàn)。同時，由于要進行頻譜分析，所以采樣率必須高 于所要分析頻譜的2倍。在對信號進行頻譜分析處理之后， 可以得到基波、各次諧波的幅值以及相位，進而可以計算出 所測量的絕緣電阻值。相比較傳統(tǒng)的測量方法，本裝置最大 的特點是充分利用現(xiàn)代數(shù)字信號處理技術(shù)對信號進行有的放 矢的處理，以得到所要求的結(jié)果。

3 系統(tǒng)硬件設(shè)計與實現(xiàn)
根據(jù)導(dǎo)彈電氣設(shè)備絕緣測試的應(yīng)用需求，在對絕緣檢 測理論分析總結(jié)的基礎(chǔ)上，結(jié)合該導(dǎo)彈電氣設(shè)備絕緣測試的 原理和特點，以小型化和智能化為目標(biāo)，利用成熟的嵌入式 DSP系統(tǒng)和先進的智能檢測技術(shù)，確定了以DSP為核心的導(dǎo) 彈電氣設(shè)備在線絕緣測試儀的硬件結(jié)構(gòu)，如圖2所示。由圖2可以看出， 信號轉(zhuǎn)接箱主要是
為了適應(yīng)不同型號不同批次的導(dǎo)彈而設(shè)計 的，在信號轉(zhuǎn)接箱上有針對各種型號不同 批次的接插件，測試過程中要根據(jù)具體導(dǎo) 彈的型號和批次，連接相應(yīng)的插座，在設(shè) 計過程中，采用了防插錯技術(shù)，確保導(dǎo)彈 型號批次選擇正確。
導(dǎo)彈電氣設(shè)備在線絕緣測試儀以嵌入 式DSP系統(tǒng)為核心，采用模塊化設(shè)計，設(shè) 計了信號隔離模塊、信號處理理模塊、數(shù) 據(jù)采集模塊、測試儀自檢模塊、電源及管 理模塊、外圍接口模塊等6個模塊，提高
了系統(tǒng)的集成度，并實現(xiàn)了測試儀的小型化。
測試儀自檢模塊主要是為測試儀提供激勵信號源。在 儀器自檢時，DSP系統(tǒng)控制自檢激勵信號接入測試系統(tǒng)，同 時斷開外部輸入通道，使測試儀在不影響被測設(shè)備的前提 下，保證測試儀能夠可靠地工作。
信號隔離模塊是針對所需測量的信號數(shù)量多、部分信 號可能對被測點進行干擾等問題，根據(jù)導(dǎo)彈測試的流程， DSP系統(tǒng)適時控制相關(guān)測點信號接入測試儀的數(shù)據(jù)處理模 塊，同時斷開無關(guān)測點與測試儀的電氣連接，從而保證測試 儀不會對被測試導(dǎo)彈產(chǎn)生影響。
信號處理部分主要是對接入系統(tǒng)的監(jiān)測信號進行電壓 變換、濾波等處理，以滿足測試儀信號采集模塊對被測信號 各測量參數(shù)的技術(shù)要求。
數(shù)據(jù)采集模塊根據(jù)導(dǎo)彈的測試流程和工作狀態(tài)，適時 地在絕緣測試與阻抗測量之間進行狀態(tài)轉(zhuǎn)換，對不同信號采 用不同的方法分別進行采集，之后進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，供DSP系 統(tǒng)讀取和分析處理。
外圍接口模塊根據(jù)系統(tǒng)的實際要求，完成對鍵盤指令 的讀取、測試信息的顯示及測試結(jié)果的打印等，系統(tǒng)還可以 通過串口采用RS232總線的方式與上位機進行數(shù)據(jù)交換，方 便測試程序的及時更新。

4 系統(tǒng)軟件設(shè)計與實現(xiàn)
一般來說，DSP的軟件開發(fā)大體有兩種形式：一種是直 接編寫匯編語言進行編譯連接；另一種是編寫C語言程序， 用C語言優(yōu)化軟件進行編譯連接。 為了標(biāo)準(zhǔn)化軟件開發(fā)流 程，系統(tǒng)采用成熟的C++語言進行編寫，采用由頂向下的編

圖3   軟件系統(tǒng)測試流程圖
程方法，就是把整個問題劃分為若干大問題，每個大問題分 為若干小問題，如此把整個設(shè)計分成多個層次，上一層的程
序可以調(diào)用下一層的程序塊，這樣便于調(diào)試和檢驗。根據(jù)DSP應(yīng)用系統(tǒng)的特點，結(jié)合導(dǎo)彈的測試流程，在完 成了系統(tǒng)硬件設(shè)計的基礎(chǔ)上，為便于調(diào)試、檢查和修改，采 用模塊化設(shè)計思想對系統(tǒng)軟件進行了設(shè)計，主要包括監(jiān)測主 程序、自檢程序、數(shù)據(jù)采集程序、絕緣測試程序、阻抗測試 程序、超限報警程序等。本測試診斷儀各功能的實現(xiàn)是由鍵盤操作來完成的， 當(dāng)鍵盤上有鍵按下時，通過邏輯控制接口向DSP發(fā)出中斷申 請，根據(jù)鍵值和所處的菜單的編號執(zhí)行相應(yīng)的程序，因此， 測試主程序是等待鍵盤命令，根據(jù)鍵盤編碼和所處的程序應(yīng)該執(zhí)行的功能轉(zhuǎn)入相應(yīng)的程序。完成后的軟件系統(tǒng)測試流程圖如圖3所示。

5 測試結(jié)果分析
利用現(xiàn)有的條件及儀器，我們以某一導(dǎo)彈電氣設(shè)備上 標(biāo)準(zhǔn)的100mΩ定值電阻為對象進行試驗，所測得的阻值結(jié) 果如表1。
由表1測量結(jié)果知， 對同一試品進行多次測量所得的 絕緣阻值最大值為100.334mΩ，最小值為99.751mΩ，滿足
0.5%的精度要求，達到了系統(tǒng)的設(shè)計目標(biāo)。
6 結(jié)束語
本文針對導(dǎo)彈測試發(fā)射過程中電氣設(shè)備絕緣測試速度 較慢、智能化程度低的問題，提出了基于DSP的集數(shù)據(jù)采 集、顯示、分析診斷于一體的小型化和智能化絕緣測試儀的 設(shè)計，建立了絕緣檢測診斷的數(shù)學(xué)模型，采用抗干擾性能 好、高精度的I/V轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)了對絕緣電阻及漏電流等弱信 號的采集與處理；通過對DSP芯片及其外圍電路的設(shè)計，解 決了導(dǎo)彈電氣設(shè)備絕緣測試速度慢的問題，能實時地將測試 數(shù)據(jù)進行保存，并實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的自動判讀；采用快速傅立葉 變換進行頻譜分析，分離各次諧波，設(shè)計了數(shù)字濾波器，提 高了系統(tǒng)的抗干擾能力。
經(jīng)多次實驗應(yīng)用，結(jié)果表明，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定，可靠 性高，操作方便，提高了導(dǎo)彈電氣絕緣測試的速度和精度， 縮短了導(dǎo)彈測試發(fā)射準(zhǔn)備時間，具有較好的軍事應(yīng)用價值。

參考文獻 [1]崔洪亮等．某型號導(dǎo)彈慣組絕緣電阻測試儀的研制[J]．電子產(chǎn)品世 界，2012(2):41-43 [2]王岡．信號電纜絕緣測試的研究[J]．鐵道通信信號，2013(07):17-
19 [3]權(quán)赫等．運載火箭電氣系統(tǒng)箭上電纜網(wǎng)自動導(dǎo)通絕緣測試儀的設(shè)計[J]
．電子測量技術(shù)，2014(10):37-40
[4]林占江．電子測量儀器原理與使用[M]．電子工業(yè)出版社，
2006:364-373 [5]常莉麗等．基于光電耦合的耐壓絕緣測試系統(tǒng)設(shè)計[J]．電子設(shè)計工 程，2014(4):15-18
[6]蘇建軍等．便攜式電纜測試儀的設(shè)計[J]．計算機測量與控制，
2006(11):1585-1588