高適配度通用化導通絕緣測試儀的設計及應用

作者 張怡文 周毅然 上海航天控制技術(shù)研究所(上海 200233)

張怡文(1985-)，女，工程師，研究方向：測試測量。

摘要：本高適配度通用化導通絕緣測試儀主要用于對多通道的被測對象進(jìn)行自動(dòng)化導通絕緣測試，且具有高適配性，多通道數等特點(diǎn)，通過(guò)預先的配置可實(shí)現一鍵式全自動(dòng)測試，并將測試結果按要求進(jìn)行分析、判斷、保存、打印。本導通絕緣測試臺可測對象阻值范圍廣，且對于非純阻性等特殊被測點(diǎn)可通過(guò)測試模式的設置等方式準確的測試其阻值大小，其測試程序基于LabVIEW語(yǔ)言開(kāi)發(fā)，且留有多個(gè)可配置接口，可以滿(mǎn)足用戶(hù)不同的測試需求及使用習慣。

引言

　　隨著(zhù)現今軍工及電子產(chǎn)品復雜度及產(chǎn)量的日趨提升，對其導通絕緣的測試精度及效率要求也隨之上升。當今工業(yè)領(lǐng)域主要使用的檢測手段還十分落后，大多采用非標定制測試儀針對某一類(lèi)型產(chǎn)品進(jìn)行測試，且測試主要采用二極管亮燈或蜂鳴器發(fā)聲等物理顯示手段，不僅精度差，故障出錯率高，且無(wú)法對其量值進(jìn)行測試顯示。針對這一問(wèn)題，本項目設計的自動(dòng)導通絕緣儀不僅可實(shí)現全自動(dòng)流程測試，且可對其具體阻值大小進(jìn)行測試顯示并與標準值進(jìn)行比對判斷，且本測試儀采用通用架構的設計思路，提供多達198通道的路數，被測對象在滿(mǎn)足通道數的情況下均可通過(guò)更換接口連接電纜實(shí)現通用測試。本文詳細介紹了本導通絕緣測試儀的設計原理及應用情況，重點(diǎn)對其硬件及軟件的通用化、自動(dòng)化方面的設計進(jìn)行了詳細的描述。

1 系統組成及功能概述

　　本通用化導通測試儀在滿(mǎn)足功能的前提下，兼顧考慮使用方便，人性化智能化等特性，尊重用戶(hù)使用習慣及需求，可設計為多種結構外形，如桌式、臺式、便攜式等。目前已完成三個(gè)結構版本的設計，并已投入使用。外觀(guān)見(jiàn)圖1~圖3。

　　導通絕緣儀的功能實(shí)現主要分為前端采集、后端處理及顯示存儲三部分。其中前端采集部分分為導通測試、絕緣測試及智能通道選擇三個(gè)功能模塊，后端處理為測試項配置加載、數據處理及判斷三大功能模塊，顯示存儲包括顯示及存儲兩大功能模塊。其功能模塊關(guān)系示意圖見(jiàn)圖4。

　　本測試臺可以測試高達198通道中任意兩點(diǎn)之間的導通絕緣情況，測試儀對外的接口統一為4×50芯接口，可將被測點(diǎn)按需求配置后實(shí)現多測試項自動(dòng)順序測試，并將測試結果處理、與標準值比對后得出判斷結論并保存，保存格式可依照用戶(hù)需求設置，且存儲路徑、文件生成覆蓋與否等配置項可由用戶(hù)設置，方便用戶(hù)后續查看。

2 系統設計思路及功能實(shí)現

　　測試儀的主要功能為檢測被測對象的導通和絕緣情況，其前端主要功能為獲取被測對象并進(jìn)行硬件調理與阻值采集，由于本測試儀提供多通道自動(dòng)切換的測試模式，所以如何達到通道的智能選擇切換至關(guān)重要。兼顧多通道及成本控制等因素，系統選用單通道高精度的阻值采集模塊，既同一時(shí)間對一組被測節點(diǎn)進(jìn)行高精度采集，多通道之間采用順序循環(huán)切換模式采集，其主要采集模塊功能示意圖見(jiàn)圖5。

　　前端采集切換部分的難點(diǎn)在于對各類(lèi)不同特性采集對象的采集方式，如帶有容性和感性的被測對象，其通道切換及采集前的處理方式都與純阻性的對象有所不同，包括切換滯空時(shí)間、切換后的等待時(shí)間、采樣前的電路處理、采樣的次數、頻率以及有效值的篩選等。其中確定的采樣特性可在系統配置表中預先設置，后續的調試測試過(guò)程中也可按照實(shí)際情況進(jìn)行調整校準。

　　基于多對象的采集計算模式，本導通測試臺選用STC12C60S2單片機為核心，利用分壓測量原理，通過(guò)A/D轉換器進(jìn)行采樣，得到的采樣值經(jīng)過(guò)計算處理后實(shí)現電阻測量的功能，測量結果按照用戶(hù)顯示需求進(jìn)行界面顯示。

2.1 采集主控模塊的選型

　　測試臺整個(gè)采集過(guò)程，包括采集、處理、計算、顯示、保存等各個(gè)環(huán)節都依靠單片機的處理來(lái)完成，所以選擇一款滿(mǎn)足本項目特點(diǎn)的單片機芯片至關(guān)重要，綜合考慮整個(gè)項目，我們選擇了低電壓高性能的處理器控制芯片STC12C60S2作為核心控制單元，將前端A/D轉換器采集分壓電路的輸出電壓值輸入單片機進(jìn)行處理計算后，輸出到后端進(jìn)行顯示及保存，采集使用分壓測量，通過(guò)16位的A/D可有效減小測量誤差。

2.2 主要測試模塊的選型

　　電阻測量方案：電阻測量采用分壓測量法;

　　信號采集模塊：信號采集電路選用A/D模數轉換LTC1864;

　　檔位選擇模塊：采用多路繼電器開(kāi)關(guān)卡作為檔位開(kāi)關(guān)控制;

　　顯示模塊：顯示器根據不同外形結構，可由用戶(hù)自定義選擇;

　　基準電壓模塊：AD586(5V);

　　保存模塊：后端保存程序由Labview進(jìn)行開(kāi)發(fā)編輯，保存格式由用戶(hù)自定義。

3 硬件功能模塊設計

　　硬件采集測量設計原理圖如圖6所示。

　　如圖6所示，打開(kāi)導通測試儀后，用戶(hù)選擇進(jìn)入測試模式，通過(guò)單片機控制選擇被測對象通道，通過(guò)分壓電路和繼電器切換電路產(chǎn)生對應的電壓值，通過(guò)A/D轉換模塊將數字量輸入單片機進(jìn)行處理計算后顯示。

3.1 A/D采樣模數轉換器LTC1864

　　本測試儀的采樣A/D轉換模塊選用了凌力爾特的16串行A/D芯片，此款芯片由5V單電源供電，最大工作電流為850μA，最大采樣率為250ksps，且可在-40℃~+125℃的寬溫度范圍內正常工作。其與單片機的接口電路見(jiàn)圖7。

3.2 檔位選擇電路

　　本導通儀可對0~100MΩ的被測對象進(jìn)行測試，但由于電阻范圍跨度大，不同量級的被測對象對測試電壓電流的要求也不同，若統一采用同一檔位進(jìn)行測量，其精度會(huì )大大降低，故本測試臺對測試對象進(jìn)行了檔位的自動(dòng)匹配選擇，檔位選擇電路由多個(gè)繼電器陣列組成，測試開(kāi)始時(shí)，首先對被測對象進(jìn)行粗測，根據粗測結果控制繼電器切至匹配檔位進(jìn)行精測。本電路選用松下公司的TX2-5V繼電器，由于單片機的輸出電流無(wú)法直接驅動(dòng)繼電器動(dòng)作，故在中間加入一級三極管進(jìn)行放大后再驅動(dòng)繼電器工作，整個(gè)檔位選擇電路接口圖見(jiàn)圖8。