導彈電氣設備在線(xiàn)絕緣測試儀的設計與實(shí)現

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

1 國內外現狀分析
目前絕緣在線(xiàn)監測技術(shù)正往兩個(gè)方向發(fā)展，一個(gè)方向 是多功能、全自動(dòng)的絕緣在線(xiàn)監測系統，即用計算機控制 實(shí)現自動(dòng)監測、自動(dòng)記
錄、自動(dòng)報警。這種監 測系統引入專(zhuān)家系統， 發(fā)展成為絕緣檢測診斷 系統，可以對所有需要 監測的電氣設備實(shí)行巡 回監測，也可對特定電 氣設備跟蹤監測，靈活方便，實(shí)現絕緣監測的

圖1  信號采集原理圖
全面自動(dòng)化和綜合自動(dòng)化。另一方向是發(fā)展便攜式絕緣監測儀，可由工作人員帶 到現場(chǎng)，對設備進(jìn)行的絕緣狀況進(jìn)行定期或不定期的在線(xiàn) 監測。便攜式絕緣監測儀與絕緣在線(xiàn)監測系統最大的不同在 于：后者是利用PC機通過(guò)高級語(yǔ)言編寫(xiě)的程序進(jìn)行數據處 理及控制功能的，而前者是利用單片機或者DSP通過(guò)固化在 芯片中的程序實(shí)現各種功能的。
針對導彈電氣設備絕緣測試的特殊性，汲取兩者的優(yōu) 點(diǎn)設計了便攜式導彈電氣設備絕緣在線(xiàn)監測儀，由于具有儀 器體積小、重量輕、攜帶方便、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，并且由于 傳感器直接安裝固定在被測設備附近，省去了集中式控制系 統所必需的多路開(kāi)關(guān)及龐大繁雜的屏蔽電纜布線(xiàn)系統，具有 較好的應用前景。

2  絕緣檢測的原理與方法
絕緣監測的任務(wù)是要確定設備的絕緣狀況，評估絕緣 的缺陷及劣化的程度。對于發(fā)射車(chē)等地面設備的絕緣在線(xiàn)監 測，常常選擇測量其工作電壓下流過(guò)設備絕緣的電流I，絕 緣的電容量C，以及其絕緣電阻R等參數。
由于所要測得的參數均為微弱信號（小于10mA），直 接測量比較困難，需要通過(guò)程序控制，在數據采集端對被測 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(jìn)行處理。在忽略導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(guò)對導彈上的儀器設備施加相應的激勵電壓，可以 測量得到標準電阻R2上的電壓值，然后依據歐姆定律，將
圖2  系統硬件組成框圖

表1 測試結果
電壓值轉換成所對應的電阻值，模數轉換電路將所測得的電 阻模擬量轉換為數字量，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為已知的標準限流電 阻 、 R 2 為 已 知 的 分 壓 電 阻 ， 當 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)
由于現場(chǎng)信號較容易受到干擾，必須采用質(zhì)量?jì)?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。對采集到的電壓電流信號，經(jīng)過(guò)硬件的、軟件的抗干 擾處理，使用DSP進(jìn)行數學(xué)運算，然后顯示或者打印處理結 果。在采集過(guò)程中，由于需要對所采集的信號進(jìn)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(jìn)行模數 轉換，這可以通過(guò)估計阻值以及漏電流范圍，并調節回路阻 抗來(lái)實(shí)現。同時(shí)，由于要進(jìn)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(jìn)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(jìn)而可以計算出 所測量的絕緣電阻值。相比較傳統的測量方法，本裝置最大 的特點(diǎn)是充分利用現代數字信號處理技術(shù)對信號進(jìn)行有的放 矢的處理，以得到所要求的結果。

3 系統硬件設計與實(shí)現
根據導彈電氣設備絕緣測試的應用需求，在對絕緣檢 測理論分析總結的基礎上，結合該導彈電氣設備絕緣測試的 原理和特點(diǎn)，以小型化和智能化為目標，利用成熟的嵌入式 DSP系統和先進(jìn)的智能檢測技術(shù)，確定了以DSP為核心的導 彈電氣設備在線(xiàn)絕緣測試儀的硬件結構，如圖2所示。由圖2可以看出， 信號轉接箱主要是
為了適應不同型號不同批次的導彈而設計 的，在信號轉接箱上有針對各種型號不同 批次的接插件，測試過(guò)程中要根據具體導 彈的型號和批次，連接相應的插座，在設 計過(guò)程中，采用了防插錯技術(shù)，確保導彈 型號批次選擇正確。
導彈電氣設備在線(xiàn)絕緣測試儀以嵌入 式DSP系統為核心，采用模塊化設計，設 計了信號隔離模塊、信號處理理模塊、數 據采集模塊、測試儀自檢模塊、電源及管 理模塊、外圍接口模塊等6個(gè)模塊，提高
了系統的集成度，并實(shí)現了測試儀的小型化。
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(shí)，DSP系統控制自檢激勵信號接入測試系統，同 時(shí)斷開(kāi)外部輸入通道，使測試儀在不影響被測設備的前提 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量多、部分信 號可能對被測點(diǎn)進(jìn)行干擾等問(wèn)題，根據導彈測試的流程， DSP系統適時(shí)控制相關(guān)測點(diǎn)信號接入測試儀的數據處理模 塊，同時(shí)斷開(kāi)無(wú)關(guān)測點(diǎn)與測試儀的電氣連接，從而保證測試 儀不會(huì )對被測試導彈產(chǎn)生影響。
信號處理部分主要是對接入系統的監測信號進(jìn)行電壓 變換、濾波等處理，以滿(mǎn)足測試儀信號采集模塊對被測信號 各測量參數的技術(shù)要求。
數據采集模塊根據導彈的測試流程和工作狀態(tài)，適時(shí) 地在絕緣測試與阻抗測量之間進(jìn)行狀態(tài)轉換，對不同信號采 用不同的方法分別進(jìn)行采集，之后進(jìn)行模數轉換，供DSP系 統讀取和分析處理。
外圍接口模塊根據系統的實(shí)際要求，完成對鍵盤(pán)指令 的讀取、測試信息的顯示及測試結果的打印等，系統還可以 通過(guò)串口采用RS232總線(xiàn)的方式與上位機進(jìn)行數據交換，方 便測試程序的及時(shí)更新。

4 系統軟件設計與實(shí)現
一般來(lái)說(shuō)，DSP的軟件開(kāi)發(fā)大體有兩種形式：一種是直 接編寫(xiě)匯編語(yǔ)言進(jìn)行編譯連接；另一種是編寫(xiě)C語(yǔ)言程序， 用C語(yǔ)言?xún)?yōu)化軟件進(jìn)行編譯連接。 為了標準化軟件開(kāi)發(fā)流 程，系統采用成熟的C++語(yǔ)言進(jìn)行編寫(xiě)，采用由頂向下的編

圖3   軟件系統測試流程圖
程方法，就是把整個(gè)問(wèn)題劃分為若干大問(wèn)題，每個(gè)大問(wèn)題分 為若干小問(wèn)題，如此把整個(gè)設計分成多個(gè)層次，上一層的程
序可以調用下一層的程序塊，這樣便于調試和檢驗。根據DSP應用系統的特點(diǎn)，結合導彈的測試流程，在完 成了系統硬件設計的基礎上，為便于調試、檢查和修改，采 用模塊化設計思想對系統軟件進(jìn)行了設計，主要包括監測主 程序、自檢程序、數據采集程序、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(shí)現是由鍵盤(pán)操作來(lái)完成的， 當鍵盤(pán)上有鍵按下時(shí)，通過(guò)邏輯控制接口向DSP發(fā)出中斷申 請，根據鍵值和所處的菜單的編號執行相應的程序，因此， 測試主程序是等待鍵盤(pán)命令，根據鍵盤(pán)編碼和所處的程序應該執行的功能轉入相應的程序。完成后的軟件系統測試流程圖如圖3所示。

5 測試結果分析
利用現有的條件及儀器，我們以某一導彈電氣設備上 標準的100mΩ定值電阻為對象進(jìn)行試驗，所測得的阻值結 果如表1。
由表1測量結果知， 對同一試品進(jìn)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(mǎn)足
0.5%的精度要求，達到了系統的設計目標。
6 結束語(yǔ)
本文針對導彈測試發(fā)射過(guò)程中電氣設備絕緣測試速度 較慢、智能化程度低的問(wèn)題，提出了基于DSP的集數據采 集、顯示、分析診斷于一體的小型化和智能化絕緣測試儀的 設計，建立了絕緣檢測診斷的數學(xué)模型，采用抗干擾性能 好、高精度的I/V轉換，實(shí)現了對絕緣電阻及漏電流等弱信 號的采集與處理；通過(guò)對DSP芯片及其外圍電路的設計，解 決了導彈電氣設備絕緣測試速度慢的問(wèn)題，能實(shí)時(shí)地將測試 數據進(jìn)行保存，并實(shí)現了數據的自動(dòng)判讀；采用快速傅立葉 變換進(jìn)行頻譜分析，分離各次諧波，設計了數字濾波器，提 高了系統的抗干擾能力。
經(jīng)多次實(shí)驗應用，結果表明，該系統工作穩定，可靠 性高，操作方便，提高了導彈電氣絕緣測試的速度和精度， 縮短了導彈測試發(fā)射準備時(shí)間，具有較好的軍事應用價(jià)值。

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