火箭配電器測試系統設計

黨 琳,王曉暉,劉 琨

(中國航天科技集團公司第四研究院第四十一研究所，西安 710025)

火箭配電器測試系統設計

黨 琳,王曉暉,劉 琨

(中國航天科技集團公司第四研究院第四十一研究所，西安 710025)

火箭配電器作為箭上電氣系統的重要部件，對火箭飛行試驗起著至關重要的作用；配電器測試直接反映其各項功能達標情況，測試方法的優劣會影響對配電器性能的評價高低；配電器測試系統以加固計算機為開發平臺，通過PXI數據采集板卡對調理后的信號進行采集和控制，并在顯示器上顯示測試結果與數據，從而完成配電器的各項功能測試；測試系統原理樣機測試某箭上配電器，比較測試值與設計值結果相符，可以得出系統設計可行、可靠；該測試系統大大改進了以往的測試手段，具有體積小、可靠性高、易于攜帶等優點。

火箭；配電器；測試

0 引言

火箭供配電系統是整個火箭的能源基礎，整個供配電系統主要包括電池、電纜網和配電器三部分。配電器是供配電系統中的重要部分，負責接收地面測發控系統指令實現轉電、上電等，并將參數傳輸到地面完成參數和狀態監測。箭上系統中的探測部件、控制部件、執行機構等大部分為電氣化設備，其穩定、可靠的正常工作都需要有高精度、高穩定性的配電器供電，能有效地提高采集與檢測系統的供電能力，從而確保配電器更好的工作[1]。因此，配電器是否正常工作直接決定了火箭供配電系統的可靠運行和飛行任務的順利完成。

供配電測試設備是火箭地面總體測試系統的重要組成部分，它通過測試電纜對配電器進行供電檢測、限流電阻檢測、轉電控制、斷電控制和火工品是否正常點火的檢測，實現對配電器各項功能和性能的考核。以往的配電器測試設備功能單一且體積較大，不利于外場試驗排故時對配電器的排查檢測[2]。

為了優化配電器測試方法，達到測試高效性和便攜性，本文設計了一種新型配電器測試系統。系統以加固計算機為開發平臺，通過數據采集辦卡對調理后的信號進行采集和控制，從而完成配電器各項功能的測試。該系統具有體積小、重量輕、可靠性高及攜帶方便等優點，并為后續各項型號任務的系統構建以及測試方法優化提供了參考。

1 系統結構及原理

配電器測試系統需要對配電器內部電路各電阻阻值進行測量，實現配電器控制母線、遙測母線和電池的上電檢測，完成配電器轉電及電壓檢測，實現火工品點火功能并進行信號檢測及判定[3]。

按照測試設備功能要求進行合理可行的方案設計，配電器測試系統主要由計算機、數據采集控制卡、調理板硬件電路、面板接口以及內外部電纜組成，系統原理框圖如圖1所示。

圖1 配電器測試系統原理框圖

配電器測試系統以加固計算機為主控設備，作為系統測試的核心實現信號采集與控制。被測配電器通過外部測試電纜與計算機主機相連接，計算機內部輔助電源為配電器供電。配電器的被測信號通過測試電纜進入計算機后，經過調理電路進行信號調理再進入工控機。計算機通過數據采集控制卡對調理后的測試信號進行采集與控制，并在顯示器上顯示測試結果與數據，從而實現對配電器各項功能的測試。

2 系統硬件設計

2.1 數據采集

配電器測試系統選用2種PXI板卡，型號分別為NI公司的PXI-6723和PXI-6255。

PXI-6723板卡作為信號輸出控制卡，主要提供被測產品所需的輸入信號以及控制繼電器的吸合釋放。PXI-6723板卡提供了32路模擬輸出通道，每條通道均有最高輸出速度45 MS/s、13位分辨率以及數字觸發。除模擬輸出外，該板卡還有8條數字I/O線和2個24位計數器/定時器。單通道時采樣速率為每通道800 KS/s，32通道時為每通道45 KS/s。

PXI-6255板卡作為信號輸入采集卡，主要完成被測產品輸出信號的采集。PXI-6255是一款高速M系列多功能DAQ板卡，在高采樣率下也能保持高精度。該板卡采用16位模數轉換器，80路模擬輸入，2路16位模擬輸出(2.8 MS/s)，24條數字I/O線，32位計數器。采樣率最大為1.25 MS/s，多路采樣率為750 KS/s。

2.2 信號調理

調理板為測試系統的關鍵部分，主要完成控制信號的輸出、輸入信號的變換采集、控制電源供電輸出和電阻測試等功能。

2.2.1 控制電路

配電器測試系統需要對被測配電器的轉電斷電、供電電壓和內部電阻進行控制和測量。供電控制包括控制母線和電池給被測配電器供電的轉或斷控制，電路原理如圖2所示。

圖2 電源控制電路原理圖

采集卡PXI-6723的輸出控制信號作為達林頓陣列ULN2803的控制輸入，同時為增大驅動電流，采用上拉5 K電阻到+15 V的方式。繼電器的供電電壓+15 V由輔助電源±15 V供電直接給出，±15 VGND和采集卡PXI-6723共地。控制供電輸出通過達林頓陣列ULN2803控制繼電器觸點的吸合釋放來完成。

配電器測試系統需要以機械開關的方式產生點火控制指令和斷電控制指令。該類信號都屬于開關量信號，仍采用“采集卡PXI-6723的AO輸出控制信號+達林頓陣列ULN2803+繼電器”的方式來實現，通過繼電器的吸合釋放來完成信號的通斷[4]。電路與電源控制電路原理一致。

2.2.2 電壓采集

配電器測試系統需要對母線電壓檢測信號、轉電電壓檢測信號和電池電壓檢測信號進行測試。電路原理圖如圖3所示。

圖3 電壓采集電路原理圖

由于測試系統中控制電(27 V)與采集卡PXI-6255共地，采集卡PXI-6255的采集范圍為-10～+10 V，當采集信號電壓范圍為0～27 V時，超出了采集卡PXI-6255的采集范圍，因此在進行控制電測量時采用“電阻分壓+運算放大器跟隨”的方式進行1/4分壓后進行采集，最后，在軟件中進行同比例放大還原，達到真實反映被測輸入電壓的目的[5]。

2.2.3 電壓隔離采集

配電器測試系統需要對近二十個點火信號進行采集。由于系統中功率電(30 V)與采集卡PXI-6255不是共地的，因此需要使用隔離運放進行電壓采集，功率電(30 V)通過電源模塊轉換為±15 VH為隔離運放IS0122P前端供電，輔助電源±15 V為隔離運放后端供電，PXI-6255采集卡通過“運放+隔離運放”對功率電進行電壓采集，示意電路圖如下圖4所示。

圖4 電壓隔離采集電路原理圖

由于該類信號的電壓范圍為0～30 V，超出了采集卡PXI-6255的采集范圍(-10 ～10 V)，因此將輸入信號按1/4比例進行電阻分壓后再進行數據采集。最后，在軟件中進行同比例放大還原，達到真實反映被測輸入電壓的目的。

2.3 轉接電纜

轉接電纜分為內部電纜和外部電纜兩部分。內部電纜包括：1)連接調理板和采集板卡，完成采集卡測試采集調理板的輸出信號；2)連接調理板和加固計算機外部接口，完成外部信號輸入到調理板。

外部電纜用于連接計算機和被測產品，完成計算機和被測產品之間信號的傳輸。外部電纜與測試計算機連接端使用兩個J599圓形連接器，另一端為配電器連接器對接端。為了防止計算機端電纜的誤插，外部電纜計算機端選用不同型號的連接器，避免轉接電纜連接錯誤。

3 系統軟件設計

在測試系統的軟件設計時，采用LabVIEW軟件來實現采集數據的計算、分析、處理和顯示。LabVIEW采用圖形化編程語言，能夠為用戶提供簡明、直觀、易用的圖形編程方式，能夠將煩瑣復雜的語言編程簡化成以菜單提示方式選擇的圖形編程，大大地節省了程序開發時間，且其運行速度快，效率高。

為了便于程序日后的升級和維護，程序的軟件采用模塊化結構。整個程序主要分為：主函數、自檢測試模塊、功能測試模塊和報表輸出模塊。其中功能測試模塊包括：供電測試模塊、轉電測試模塊、火工品點火測試模塊、斷電測試模塊以及電阻阻值測試模塊等。其流程圖如圖5所示。

圖5 配電器測試系統軟件流程示意圖

3.1 供電模塊設計

在整個系統中，供電測試、轉電測試及斷電測試的軟件流程基本相同，都是通過AO輸出控制信號，然后通過AI進行電壓信號的采集，然后經過軟件的分析處理，因此這里以供電模塊為特例進行說明。供電模塊的程序流程圖如圖6所示。首先軟件發送供電控制指令，然后采集相應的輸出電壓信號，進行判定后顯示在界面上。

圖6 供電控制流程圖

3.2 點火模塊設計

火工品點火測試程序流程圖如圖7所示。首先向配電器發送點火測試脈沖信號(200 ms)，然后通過測試系統AI采集點火信號輸出波形，判斷波形脈寬及時間是否符合要求。

圖7 火工品點火測試流程圖

4 試驗結果與分析

為了驗證所設計的配電器測試系統能夠快速、穩定、可靠獲得配電器的各項測試數據，真實反映配電器性能，我們設計了一套原理樣機，并測試了某火箭箭上配電器例試機，測試示意圖如圖8所示，測試結果如表1所示。

圖8 配電器測試系統測試示意圖

配電器測試項目設計值測試值電壓檢測限流電阻6．7～7．4Ω6．85Ω點火回路限流電阻2．2～3Ω2．5Ω電池電壓檢測28V28．1V轉電電壓檢測28V28．1V斷電電壓檢測V母線=0V母線=0火工品點火測試200ms方波脈沖200ms方波脈沖

通過比較可以看出，配電器測試系統測得的各項數據都與配電器設計值相符，此系統可以為配電器檢測所用，且測量結果真實、可靠，直觀性強。

5 結束語

本配電器測試系統以加固計算機為開發平臺，通過PXI數據采集板卡對調理后的配電器內部相關信號進行采集、控制，與輸入信號進行對比并顯示，從而完成配電器電壓電阻測試、轉電斷電及火工品點火功能的測試。現已完成一套原理樣機的研制，測試結果表明系統穩定、可靠，解決了傳統配電器測試方法復雜、可靠性低、耗時耗力等弊端。本系統具有測試功能較強、結構簡單、體積小攜帶方便等優點，提高了火箭電氣系統配電器測試的效率，相較以往的測量方法有很大改進。

[1] 范建英，彈載慣導配電器實時監測系統設計[J].計算機測量與控制,2013,21(11):3023-3025.

[2] 雷 斌.便攜式電源檢測儀[J].鐵道通信信號，2010,46(6):49-50.

[3] 李 立.衛星供配電測試設備接口設計技術[J].航天器工程,2002(1):66-72.

[4] 沈蘭莉.數據采集技術[M].合肥:中國科學技術大學出版社,1990.

[5] 蔣煥之,孫 續.電子測量[M].北京;中國計量出版社,2001.

Design of Testing System for Rocket Distributor

Dang Lin, Wang Xiaohui, Liu Kun

(The 41st Institute of the Fourth Academy of China Aerospace Science and Technology Corporation,Xi’an 710025, China)

As an important component of the electrical system on the rocket, the distributor plays an important role in the rocket flight test. The test of the distributor directly reflects the situation of the various functions, and the test method will affect the evaluation of the performance of the distributor. The testing system for distributor is designed which uses reinforced computer as hardware to develop platform. The testing system uses PXI data acquisition board to collect and control the conditioning signal, which test results and data is displayed on the monitor, to complete the functional test of the distributor. The prototype of the testing system is used to test the distribution device of an arrow, which is consistent with the design value. The testing system which has the advantages of small size and high reliability has greatly improved the previous test methods.

rocket; distributor; test

2017-02-08；

2017-03-07。

黨 琳(1986-)，女，陜西西安人，工程師，主要從事導彈火箭電氣系統設計方向的研究。

1671-4598(2017)05-0010-04

10.16526/j.cnki.11-4762/tp.2017.05.004

TM933

A