多環路精密導電滑環自動化檢測系統設計開發

摘 要：導電滑環是實現兩個相對旋轉機構之間信號、功率傳送的電連接器件。基于國標試驗方法對轉臺、滑環檢測的相關規定，文章針對多環路精密導電滑環絕緣電阻、靜/動態接觸電阻等檢測項目設計了自動化檢測系統，為導電滑環在批量生產、出廠檢驗、交付驗收環節提高測試工作效率、及準確性提供保證。

關鍵詞：自動化檢測；絕緣電阻；接觸電阻；多環路導電滑環

引言

導電滑環又稱集電環、旋轉電氣接口等，主要實現兩個相對旋轉電連接構件之間的信號和功率傳送。多環路精密導電滑環因環路數多，對于其各環路靜、動態接觸電阻和各環路間絕緣電阻的測試，若采用傳統測試儀器按環路分別檢測，測試工作量大，人工易疲勞影響檢測結果可靠性。為提高檢測準確性和效率，設計了多環路導電滑環自動化測試系統，可實現對多環路精密導電滑環在生產、檢驗和交付過程中的高效檢測。某型號待測多環路精密導電滑環如圖1所示。

1 多環路精密導電滑主要檢測項目及檢測方法

在導電滑環工作過程中其主要技術特性參數與其工作穩定性、可靠性及壽命有很大關系。根據國軍標GJB 1801-93《慣性技術測試設備主要性能試驗方法》對轉臺、滑環等檢測的相關規定，導電滑環主要檢測項目為：絕緣電阻、靜態接觸電阻、動態接觸電阻變化量、電磁噪聲及傳輸可靠性等技術參數指標。

1.1 多環路導電滑環絕緣電阻檢測方法

多環路導電滑環絕緣電阻是指滑環各環路與外殼、或滑環各環路之間的絕緣電阻值，一般采用500V直流兆歐表檢測。將兆歐表高壓輸出端、地電位接線分別連接到兩不同環路上，并加載規定測試電壓，通過對其泄漏電流的測量，得到其相應絕緣電阻值，從而判斷導電滑環的絕緣性能。

1.2 導電滑環動/靜態接觸電阻檢測方法

導電滑環各環路接觸電阻的測試不僅需要進行靜態測試，還需要在導電滑環按設定旋轉速度使滑環運轉時，對各環路的動態接觸電阻進行檢測，檢測滑環連續轉動時同一環路電刷與環之間的動態接觸電阻值及電阻變化量。將被測滑環安裝于檢測轉臺上，控制電機帶動滑環體連續轉動，按上位機總控程序設定的時間控制驅動滑環旋轉電機運轉，完成導電滑環運轉時各環路動態接觸電阻的測量。

2 導電滑環集成自動化檢測系統設計

多環路導電滑環產品測試項目包括各環路靜、動態接觸電阻測試，以及各個環路之間的絕緣電阻測試，滑環環路數量可達壹佰多路，其生產、交付過程中測試工作量很大。為提高導電滑環產品生產及交付過程中的檢測效率及準確度，在前述單項檢測方法的基礎上，改進設計多環路導電滑環自動化集成測試系統。

根據導電滑環產品的測試需求，為提高測試效率與自動化程度，構建導電滑環集成自動化檢測系統框架。此系統擬采用集線器與程控開關完成對各環路、各測量模塊之間的有序切換，可實現滑環試品各環路一次性裝夾，完成多個測試項目的檢測。使用GPIB或RS232接口完成上位PC機與測量儀器的程序控制和數據交換，選用LabVIEW測控軟件平臺可方便實現上位PC機自動化測試程序及系統人機界面的開發。測試系統結構框架如圖2所示。

對于圖2所示導電滑環自動化集成測試系統，為了實現多環路導電滑環的穩定、可靠測試，主要有兩個問題要解決：其一，根據測試要求實現對各環路的穩定切換；其二，低阻值測量模塊的實現及其與多通道切換的協調控制。下面分別進行簡要介紹。

2.1 采用多路模擬開關實現多環路測試的穩定切換

多通路切換方法通常可選用手動撥檔開關、繼電器、以及集成多路模擬開關等多種方法實現。考慮到導電滑環接觸電阻阻值微小及動態測試的要求，測試系統中選用的多路開關各通路自身寄生電阻值必須均等，且應易于實現對各環路的自動切換控制。此系統選用了多路模擬開關，多路模擬開關作為固態電子開關器件，其各通路間各部分寄生電阻分布均衡，可通過程序控制選通信號來實現多通道自動化切換控制。

2.2 低阻值測量模塊實現方法及其與多環路切換測量的協調控制

導電滑環各環路的接觸電阻值在毫歐-微歐數量級，測試環路電流值僅為數毫安，設計中還需考慮測試線路中各部分的寄生電阻值對測量結果影響。在設計系統低阻值測試模塊時，選用了專業微阻測試儀來完成接觸電阻的測試，微歐計作為一種測量低值電阻的數字式儀表，采用了四端測量法，適用于對各種電纜導線電阻，開關、插頭、斷路器接觸電阻等低阻值精確測量。系統選用帶有RS232串行通信接口和GPIB儀器控制接口的微歐計，可與上位PC連接實現儀器控制。

在上位PC機與測試框圖中控制單元連接中，上位計算機測試總控程序通過GPIB、RS232端口完成與各測量儀器間的通信，并通過控制單元中的譯碼控制和步進電機驅動單元實現對多路程控開關及試品裝夾旋轉電機的控制。

上位計算機輸出測試指令到控制單元，通過多路程控開關依次選通導電滑環各環路連接，將相應時刻微阻儀所測得接觸電阻值傳送到上位PC機，由PC機界面實時顯示測試數據表格，并完成對測量試驗數據存儲歸檔，通過USB端口連接打印機可輸出打印測試證書及記錄文本。

在測試系統設計時，根據實際常見試品環路數，確定上述框圖中集線器端口數量，及選用的程控開關位數。集線器設計時采用絕緣性能良好的彈性連接端子，方便滑環試品引線連接，結構上采用分層、錯位設計結構，使用高壓絕緣引線確保絕緣/耐壓試驗要求。

3 測試系統的標定溯源及測試結果數據分析

3.1 測量系統的溯源

對測量系統的溯源，沿用了傳統量傳的檢定校準方式。根據生產檢測過程特點，采用了現場計量質量保證方案，增加各種量程阻值范圍的無源標準器，如圖3所示，實現對系統測量準確性的控制。

3.2 測量數據的處理及測量結果判定

以10環路導電滑環測試為例，廠家要求每環路需動態測試10秒鐘，選用GOM-802微歐姆計，采用15次/秒采樣率測試，測試結果如圖4所示。

對實測接觸電阻數據進行處理如表1。根據表1中對測試結果數據及其分析可以看出測試結果的分布區間一致，測試結果標準差小，動態接觸電阻測試值的置信度高，表明測量數據穩定可靠。

4 結束語

文章基于GJB 1801-93《慣性技術測試設備主要性能試驗方法》對轉臺、滑環等檢測的相關規定，通過對導電滑環的主要檢測項目分析，根據試驗特點設計開發了一套環路導電滑環自動化測試系統。在系統開發設計過程中根據滑環試品結構特點、參數范圍，在測量方法、器件選擇、設計工藝上進行充分考慮，采取相應保護措施，通過對系統測試數據分析，證明該測試系統可行。

參考文獻

[1]王陽，陳燕玲，等.導電滑環檢測方法研究[J].宇航測試技術，2012（12）：72-76.

[2]周小全，王智勇.精密導電滑環主要檢測參數的分析[J].計量與質量專題學術交流論文專輯，2007（27）.

[3]白慧賢，許良軍，等.微動接觸電阻測試儀控制程序設計[J].機電元件，2006（3）.

[4]賈惠，李壯.基于LabVIEW的導電滑環測試系統[J].杭州電子科技大學學報，2012（12）.

[5]王立吉.計量質量保證方案[M].北京：中國計量出版社，1992.

[6]苗生茹，康宇，蔣元源.一種新型量值傳遞方案：計量保證方案的興起[J].電子工程信息，1990（6）：27-30.

[7]刑立國，張居德.建立完善我國的計量保證方案[J].企業標準化，2003（7）：52-53.