某型號導彈慣組絕緣電阻測試儀的研制

引言

某導彈控制系統采用慣組作為導彈的敏感測量元件。“慣組+彈載計算機”構成了某導彈控制系統的核心，它作為某導彈控制系統最重要的部分，在控制系統其它單機的配合下，完成導彈的姿態穩定控制和導航控制，保證導彈準確地擊中目標。確保系統電纜絕緣和導通性能良好是慣測組合可靠工作的前提，通常人們的做法是用表手工測量，這樣做一是精度低容易誤判，二是速度慢耽誤浪贊時間，三是容易人為漏測、誤測帶來事故隱患。慣組的絕緣測量要求萬無一失。因此我們提出研制高精度快速專用絕緣測試儀器，解決上述三個問題。

在充分吸收國內外先進技術的基礎上，我們研制了基于PC／104通用總線的“慣測組合絕緣電阻測試儀”，其具有技術先進，操作方便，實用性強，較高的測試精度，擴充性強，便于攜帶等突出特點，可以使某導彈慣測組合絕緣電阻測試時間及電纜的測試時間大大縮短，具有重大的軍事和經濟效益。

儀器功用與組成

功用

“慣組絕緣電阻測試儀”是對某導彈慣組系統的絕緣電阻進行自動測試的儀器。其具有最多64路接點的測試通道，可根據用戶設定的測試過程自動完成對被測裝置的測試，自動判別被測慣性組合絕緣電阻是否合格，可顯示測試結果，并具備完善的自檢功能。此外，可以通過設置接點表，對彈上電纜進行導通和絕緣電阻的自動測試。

組成

在深入了解國內外電纜絕緣測試儀相關檢測技術的基礎上，結合某導彈慣組特點，提出了系統的總體技術方案、系統主機采用高可靠性的PC／104嵌入式工業控制計算機作為測試儀的核心，通過高精度的信號調理電路和數模轉換電路對某導彈慣性測量組合及轉接電纜的絕緣電阻和導通電阻進行自動測試。

系統的總體結構如圖1所示，它主要由控制器單元、PC／104總線、邏輯控制單元、測試總線單元、導通測量單元、絕緣測量單元、繼電器矩陣單元、人機接口單元和電源單元等組成。

解決的關鍵技術

慣組絕緣電阻測試儀是用于檢測慣組及其電纜絕緣和導通的專用測試儀器、并能夠對測試結果進行自動判定和記錄，測試安全，結果準確，操作方便，實現了導彈慣組及電纜的自動快速測試。

完善的自檢功能的實現

只有具備完善的自檢功能，才有可能對被測對象進行準確測量。該儀器自檢內容包括切換繼電器功能自檢、測量電路精度自檢和輸出插座自檢。切換繼電器自檢主要檢查繼電器通斷功能及絕緣性能。測量精度自檢通過測量測試儀內部預設精密電阻值并與標稱值相比較來完成。輸出插座自檢主要對儀器自帶的轉接電纜進行檢查。

(1)繼電器檢查：用于檢查繼電器，首先進行觸點閉合導通檢查，檢查到觸點接觸電阻大于0.5Ω的繼電器時計算機鳴叫并停止檢查，按任一鍵繼續檢查。在觸點閉合導通檢查測試過程中按ESC鍵可以退出導通檢查，開始進行觸點絕緣性檢查，檢查到觸點絕緣電阻小于1000MΩ的繼電器時計算機鳴叫并停止檢查，按任一鍵繼續檢查。

測試檢查時注意點號和繼電器號的關系，每個點號對應兩個繼電器號。點號為1～32，即系統測試接點的點號，繼電器號為1～64，進行觸點絕緣性檢查時可以準確地定位第幾個繼電器有問題，在進行觸點閉合導通檢查時只能確定某個點所對應的繼電器有問題，每個點對應于兩個繼電器，這其中是哪個有問題只能取下來測試之后才能確定。沒有問題的繼電器可以焊上去繼續使用。

(2)精度檢查：用于檢查測試系統的測試精度。包括導通電阻精度檢查和絕緣電阻精度檢查。導通電阻阻值為：(0.0±0.3)Ω、(47.0±3.0)Ω、(477.0±30)Ω、(4.8±0.3)KΩ、(47.8±3.0)KΩ；絕緣電阻阻值為：(10.0±1.0)MΩ、(110.0±11.0)MΩ。如果測量值在阻值誤差范圍之內、則認為自檢合格。

(3)輸出插座檢查：用于對系統的輸出插座、轉接電纜和轉接設備進行絕緣檢查。如果有絕緣不合格的點出現，說明轉接電纜等轉接設備有問題需要進行檢查。

通過自檢模塊，可以保證儀器自身的準確性，確保測量結果正確。

絕緣測量單元的研制

絕緣測量單元的原理方框圖如圖2所示，繼電器矩陣單元在控制器單元和邏輯控制單元的控制下，將被測點切換至總線模板的測試線上，同時絕緣測試單元內部的接口電路根據接收到的控制信號將測試總線上的測試線切換到測試電路中，測試電路完成測試后，將測試結果通過測試總線上傳。

絕緣電阻測試的工作原理如圖3所示。圖中R_x為待測絕緣電阻，R₁、R₂分別為已知的標準限流、分壓電阻，當激勵電壓加在測試電路后，根據歐姆定律可知：

U_o=U_i*R₂／(R_x+R₁+R₂)

因此，R_x=U_i*R₂／U_o-(R₁+R₂)

A／D轉換電路在測量出U_o后，便可根據上式計算絕緣電R_x。

由于被測絕緣電R_x阻值一般都很大，因此在電阻R：₂上分得的電壓U_.通常都很小。例如，當R_x=100MΩ，R₂=1MΩ時，忽略電阻R₁，R₂兩端的電壓U_o約為50mV。為了將這樣微弱的信號準確地測量出來，在信號調理電路上，我們將電壓信號經過兩級R_C濾波電路接至增益為1的高阻運放AD711(輸入阻抗達1012Ω)，再由A／D轉換電路測量出U_o。兩級RC濾波電路可以較好地濾去干擾信號。采用高阻運放可以使運放的輸入電流盡可能地減小，從而減小了測量的誤差。運放增益之所以取為1而不將電壓信號進行放大，一方面是為了使被測絕緣電阻阻值很小(如短路)時，不超過A／D轉換的量程。另一方面，如果將信號放大，勢必引入反饋電阻，這樣就降低了運放的阻抗，增大了測量誤差。

在測量絕緣電阻時，印制板上產生的寄生電容引起的充放電將影響測量結果，為了消除這個影響，我們采用了多次測量取平均值的辦法。A／D轉換電路對被測電阻進行連續8次采樣，然后取平均值，如果平均值大于系統設置的標準絕緣電阻值，則認為合格。如果小于標準絕緣電阻值，則過一段時間后再進行連續8次采樣取平均值，如果還小于標準值，則認為絕緣電阻不合格：如果超過標準值則可認為絕緣合格。并且兩次采樣之間的時間間隔可以根據充放電程度自動進行調整。這樣既滿足了測量的精度，又保證了測量的速度。

導通測量單元的研制

導通測量單元主要由測量電路和總線接口電路組成，其原理方框圖如圖4所示。工作過程如下：繼電器矩陣單元在控制器單元和邏輯控制單元的控制下，將被測點切換至總線模塊的測試線上，同時導通測量單元內部的接口電路根據接收到的控制信號將測試總線上的測試線切換到測量電路中，測量電路完成測試后，將測試結果通過測試總線上傳至控制器單元。

導通測試的工作原理如圖5所示。導通測試實際上是測量被測點之間的電阻值，并與標準閾值相比較，進而確定通路狀況是否合格。圖中R_x為待測電阻，恒流源產生電流為I的恒定電流，恒流源流經R_x產生的電壓為U_o，則：

U₀=I×R_X

因此，R_X=U₀／I

經過信號調理電路和A／D變換電路測量出U_o后，即可根據上式求出被測點之間的電阻。

為了提高測量精度，儀器中將導通電阻的量程設為四檔，分別是：50Ω、500Ω、5KΩ和50KΩ。每一檔對應的恒流源電流值依次為：80mA、8mA、0.8mA、0.08mA。用戶可以通過軟件設置導通電阻的量程。這樣既提高了測試精度，又不會使A／D轉換超量程。

儀器的可靠性問題

為了確保測量儀器工作的可靠性、在儀器研制中主要采取了以下措施：根據系統工作原理，優化組合儀器電纜布線走向及敷設。通過與系統匹配實驗、尋找干擾源，避免干擾信號對測量精度的影響。不同信號線共走一股電纜，線路上采取相應的屏蔽、隔離措施。合理設計接地線以防外界電磁場干擾，保證系統安全可靠地工作。各種不同頻率信號線、零線、供電母線、系統供電線采用不同顏色相互區別，各焊點套軟聚氯乙烯管。使用的原材料、外購件、標準件除了按國軍標有關規定選用外，根據用料情況制定了原材料質量控制措施。全部電路板采用“三防”處理，以確保惡劣環境下儀器的安全可靠。

主要技術進步點

(1)采用超高阻抗放大隔離、信號調理技術和高精度模數轉換模塊對微弱電信號進行測量，提高了測試精度，使低測試激勵電壓能夠滿足慣測組合絕緣測試的要求，保證了被測產品的安全；

(2)采用靈活、獨特的繼電器拓撲結構，實現了面向點的切換及雙向測試；

(3)設計了完善的自檢功能，可以實現系統的測試精度檢查、繼電器的導通功能和絕緣性能檢查以及輸出插座、轉接電纜的絕緣檢查。確保了儀器自身絕緣和精度合格，測試結果準確可信；

(4)軟件采用獨特的遞推比對測試算法，能夠自動適應被測對象的阻抗特性，保證測試精度；

(5)軟件設計采用多測量點的排列組合優選算法，提高了測量的速度；

(6)具備計量檢定接口，可以使用標準計量器具對儀器測量精度進行檢定；

(7)采取屏蔽隔離、合理設計接地、優化布線走向及敷設等方法，避免了干擾信號對測量精度的影響；

(8)結構設計模塊化，便于拆裝維護。

結束語

“慣組絕緣電阻測試儀”采用先進的檢測技術，使該儀器具有檢測準確，精度高，使用方便、可靠等優點，可用于對某導彈的慣組系統進行快速的絕緣電阻測試，并可對轉接電纜的絕緣電阻和導通電阻進行自動測試，能自動判別被測系統合格與否，并顯示測量結果。經試驗和部隊試用證明，其性能穩定可靠，操作簡便，為某導彈慣組絕緣電阻快速準確測試提供了有效的保障手段，具有重大的軍事意義和顯著的經濟效益。