可配置高精度火工裝置測試儀的設計與實現*

雷峰成，程鵬，邵云峰

(北京電子工程總體研究所，北京，100854)

可配置高精度火工裝置測試儀的設計與實現*

雷峰成，程鵬，邵云峰

(北京電子工程總體研究所，北京，100854)

為提高型號火工裝置阻值測量設備的通用性和測量的自動化程度，提出了一種基于四線制測量方法的測試方案，通過開關矩陣的切換配置不同測量通道，對不同測量通道被測電阻上產生的mV級電壓值進行差分運算放大，對放大后的電壓值進行A/D轉換得到電壓的數字量，通過微處理器進行數字濾波處理，將最終的電阻值進行顯示、存儲和傳輸處理。相對于目前使用的火工裝置阻值測量設備極大的提高了測量通用性和測量自動化程度。

火工裝置；小電阻測量；可配置通道；自動測試；四線制測量；導彈測試

0 引言

導彈火工裝置阻值測量是導彈綜合測試的重要步驟，是關系到導彈是否能正常發射及飛行的重要參數。一般而言，彈上火工裝置的阻值比較小，一般單橋電火工裝置阻值在(1±0.1) Ω左右[1]，并聯橋路的阻值在(0.5±0.05) Ω左右，對測試精度要求較高。此外，從測試安全性角度出發，要求采用長電纜遠距離測試，對測試電壓和電流也有嚴格規定。多年來，各個型號導彈火工裝置測試中，大多采用手動方式進行火工裝置阻值測量。一般采用專用電纜網及開關切換的方式，將彈上的對應火工裝置兩端引入專業測試儀表進行阻值測量，這些傳統的火工測量裝置存在通用性、兼容性差，測量誤差較大，測試自動化程度低；體積大，質量大[2-5]。

針對現有火工裝置阻值測量設備存在的局限性。本文提出了具有遠程控制功能的小型化自動化通用火工裝置阻值測量方案，在安全測試的條件下大大提高了測試的自動化程度。

1 測量設備需求分析

針對現有火工裝置測量設備存在的局限性，從以下幾個方面進行需求分析：

(1) 通用性、兼容性需求：目前各個型號使用的火工品阻值測量設備，是根據本型號彈上火工品的特性和電氣接口特性量身定制的設備，測量通道數量和測量精度各不相同，也不利于不同型號之間的通用，增加了型號應用的研制周期和研制成本；需要研制測量通道可以根據不同型號的需求，進行靈活配置，并且預留擴展空間和能力。

(2) 測量精度需求：目前的測量裝置多是采用內嵌三用表的兩線制測量方法，引入了測試回路線纜阻值，影響測量精度和測量效率。

(3) 測量自動化需求：目前的火工品阻值測量設備多是人工讀取、記錄測量數據，且采用手動方式切換測試通道和測量量程，自動化程度低，隨著武器裝備的批量生產，對自動化測試的需求非常迫切。

上述局限性嚴重阻礙了導彈火工裝置測量的自動化程度，不能適應導彈測試的快速化要求。

2 四線制測量小電阻原理

在傳統的小電阻阻值測量方法中普遍使用二線制的測量方法，當被測電阻的阻值與測量導線的阻值相近時，測量導線引入的測量誤差將大大增加測量誤差。

四線制測量[6]原理如圖1所示，在待測火工裝置的兩端分別引出測量導線，將待測火工裝置上產生的電壓值引到電壓采集模塊。其中R1，R2為供電回路線阻，R3，R4為測量回路線阻。測量回路中電壓采集模塊的內阻很大，則在R3，R4電阻上不產生電壓，電壓采集獲得的數值即為待測火工裝置上產生的電壓值。采用四線制的小電阻測量方法有效的消除了測量導線引入的測量誤差[7]。

基于上述分析在本文的設計中對小電阻的測量采用四線制的測量方法，以消除測量電纜帶來的測量誤差。

3 系統方案設計

3.1 總體方案

本文提出的火工裝置測量設備如圖 2所示。為了滿足上述可配置高精度火工裝置測試儀的研制需求，將復雜的電路控制功能集中在測量通道配置模塊和測量控制模塊功能模塊上。

3.2 測量通道配置模塊設計

基于A/D轉換電路和恒流源電路的分時復用設計原理，測量通道配置模塊接收來自測量控制模塊發出的I/O控制信號，控制對應測量通道繼電器的通/斷，完成待測火工品與采集模塊和恒流源模塊的連接，構成對外部被測火工品的閉合回路，如圖 3所示。

測量通道配置模塊通過微處理的配置文件對測量通道的測量順序進行可控性配置管理，進而滿足不同型號測量要求。

3.3 測量控制模塊設計

被測火工裝置上產生的毫伏級電壓值[8]作為運算放大電路的輸入模擬量[9]。經過運算放大電路將輸入的電壓模擬量按照一定的比例進行放大，放大后的電壓值通過A/D轉換處理為數字量，微處理器對數字量電壓值進行算術濾波處理，即得到測量值。A/D轉換采用16位/輸入范圍-5 V～+5 V的轉換器。

圖2 系統組成框圖Fig.2 Block diagram of system composition

圖3 測量通道配置模塊示意圖Fig.3 Schematic diagram of measurement channel configuration module

為了降低小電阻上毫伏級電壓值的變動對測量精度的影響，采用N倍的放大系數。原理如圖4所示。

由低功耗、低噪聲的運算放大器和電阻共同組成差分輸入運算放大電路，作為測量信號差分輸入放大電路。通過電阻的匹配實現不同放大倍數，提高A/D的采樣精度，減小了地環流對測量精度的影響，提高了測量精度[10-12]。

3.4 軟件設計

火工測試軟件控制火工裝置測量設備完成各種火工裝置阻值的測試。采用WINCE操作系統，實現測試儀的人機交互功能、測量方案配置功能、結果顯示功能、遠程控制功能和文件存儲功能。如圖5所示。

4 測量精確度優化

圖4 差分運算放大電路圖Fig.4 Differential operational amplifier circuit

圖5 軟件流程圖Fig.5 Flow chart of software

圖6 差分運算放大器Fig.6 Differential operational amplifier

基于上述分析，對上述4個電阻進行精確篩選，選用R1=1.986 kΩ，R2=1.982 kΩ，R3=3.975 kΩ，R4=3.971 kΩ，R3/R1=2.001確保阻值精確相等和放大倍數無限接近于2。同時修改處理器中運算放大倍數參數數值為2.001。有效地提高了測量精度。如表1所示為實際測量數據。

表1 小電阻測量結果對比表Table 1 Comparison of results of small resistance testing

5 本方案特點

本文設計的可配置高精度火工裝置測量設備具有以下特點：

(1) 較高通用性、可擴展性。具有15通道小電阻測量能力，通道配置可以根據不同型號的需求，進行靈活配置，能夠滿足不同型號的測試需求，并且預留擴展空間和能力。

(2) 高精度小電阻測量。使用電阻四線制測量方法，使得測量回路線纜電阻與測量對象無關，減少誤差；同時，裝置內部采用16位高精度AD轉換器，數據分辨率高，加上成熟的軟件算法，有效提高火工品小電阻測量精度。

(3) 全自動化測試。配套友好的人機交互界面和型號配置文件，一鍵式操作實現自檢、測試、校準，根據配置文件自動進行測量通道切換和測量結果記錄、存儲和上傳遠端操作。

6 結束語

本文設計的可配置高精度火工裝置阻值測量設備方案合理可行，并進行了小批量生產。在相關型號的研制、批產過程中進行測試、使用。能夠滿足型號研制生產需求。經過實際使用，比對測量時間成倍縮減，測量精度大幅提高。有效地提高了導彈火工裝置測量的自動化程度。

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Design and Implementation of Configurable High Precision Tester for Initiating Device

LEI Feng-cheng，CHENG Peng，SHAO Yun-feng

(Beijing Institute of Electronic System Engineering，Beijing 100854，China)

In order to improve the generality of the initiating device tester and the automation of the measurement, a test scheme based on a four-line small resistance measurement method is presented. The measure channels can be configured through the switch.The voltage(mV) is amplified, A/D translated and processed in MCU. The small value of resistance is displayed,stored and transmitted. This test scheme greatly improves the automation and precision of the tester.

initiating device；small resistance testing；configurable channel；automatic testing；four-line small resistance measurement；missile testing

2016-06-20；

2016-11-18

有

雷峰成(1979-)，男，北京人。高工，碩士，研究方向為導彈發射控制技術

10.3969/j.issn.1009-086x.2017.03.026

TJ768.2；TP273

A

1009-086X(2017)-03-0167-05

通信地址：100854 北京市142信箱30分箱