飛控計算機導通絕緣測試方法探索與實踐*

王勇，陳春歌，粘朋雷

(中國人民解放軍 91550部隊，遼寧 大連 116023)

0 引言

飛控計算機是飛行器執(zhí)行任務(wù)成功的關(guān)鍵環(huán)節(jié)[1]。飛控計算機單元測試期間，需要進行導通檢查和絕緣性能測試。主要做法是采用萬用表、飛控計算機單元測試系統(tǒng)配置的測試電纜、以及細銅絲(通常用一只金屬膜電阻的金屬引腳)作為檢測工具，通過人工查點、手工逐一測量的方式進行測試。測試方法上存在諸多問題，影響了技術(shù)準備效率和操作安全性。為此，研制單位配套研制一種“絕緣測試盒”使得絕緣測試方法有所改進。絕緣測試主要做法是采用萬用表、“絕緣測試盒”、飛控計算機單元測試系統(tǒng)配置的測試電纜作為檢測工具，仍然通過人工查點、手工逐一測量的方式進行測試。與配置“絕緣測試盒”前相比較，絕緣測試點通過測試電纜引入到“絕緣測試盒”上，人工查點和點選測試點的操作更加方便(測試盒上是較粗的“測試孔”，可以使用萬用表測試探針直接點選測試)，在一定程度上，解決了絕緣測試中，操作效率低、安全隱患大的問題。但是改進后的測試方法，仍存在測試工具簡陋、操作過程復(fù)雜、人為因素多、安全隱患高的問題[2]。為了加強飛控計算機導通檢查和絕緣測試過程狀態(tài)控制，減少人為操作失誤，提高工作效率，解決使用中遇到的難題，開展導通絕緣測試方法研究。

1 傳統(tǒng)測試方法及其存在的問題

在實際使用中，通過導通檢查和絕緣測試，目的是確定飛控計算機是否具備通電檢查或通電使用條件的基本操作。導通檢查實際上是對飛控計算機的各功能板卡的“保護地”信號進行測試，確保信號“保護地”(或屏蔽層)均連通。絕緣測試實際上是對飛控計算機各功能板卡的信號處理電路的隔離情況進行測試，確保各關(guān)鍵功能信號電路均不連通(而各功能模塊電路之間的地線相互獨立)。傳統(tǒng)導通、絕緣測試存在的問題主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

(1) 飛控計算機導通絕緣測試涉及到7根J7型電纜插頭和插座。這些插頭和插座的插針和插孔尺寸都比較小(與萬用表的測量表筆探頭端相比較，直徑僅為其1/4左右)。對于“插孔”內(nèi)信號無法直接用萬用表的測試表筆插入到電纜插頭或插座對應(yīng)的插孔中進行測量;對“插針”上信號，直接用萬用表的測試表筆進行接觸式測量時，需要躲避周圍插針信號(由于插針尺寸較小，各插針排列緊密，插針間距較近)。

(2) 由于用萬用表的探針無法直接接觸到被測電纜插孔的金屬信號端子，測試時通常是找一個非標準件的細銅絲(例如一個電阻元件的一條金屬引腳)插入到電纜插孔內(nèi)，再通過萬用表接觸該引腳，將被測信號引出，這樣的測試方法存在的問題是會因為非標準件(金屬引腳)的插入對電纜插孔的鍍層、卡簧彈性等的造成難以估量的永久性損傷，直接影響到飛控計算機的信號傳輸性能。

(3) 無論是對插針信號檢測還是插孔信號檢測，每次插入或?qū)誓骋粋€孔或針之前都要核對位置，操作復(fù)雜，容易點錯點號、漏掉點號，引起錯操、漏操。

(4) 在絕緣測試盒上進行的操作，也是人工查點、逐點兩兩測量，同樣，容易出現(xiàn)錯操、漏操現(xiàn)象。

2 測試方法改進總體思路與實現(xiàn)

2.1 總體思路

研制一臺具備接口匹配性好、安全性高，經(jīng)濟、實用的測試儀，實現(xiàn)對飛控計算機對應(yīng)芯線點號的安全可靠引入、快速測量和顯示。利用飛控計算機單元測試系統(tǒng)已經(jīng)配套的7根專用測試電纜和一根接殼測量線，將測試儀與飛控計算機連接在一起形成閉環(huán)，提高測試效率和測試操作安全性。

導通檢查和絕緣測試點位分配，通過測試儀操作面板上的波段開關(guān)固化下來，并設(shè)計清晰的信號標識，便于理解測試操作內(nèi)容;操作過程可直觀顯示操作狀態(tài);信號測量和顯示通過測量芯片自動進行，提高測試準確性并實現(xiàn)自動量程測試。

測試儀實現(xiàn)自檢和自校驗功能，提高自身狀態(tài)的易檢性和狀態(tài)“自檢”能力;設(shè)計監(jiān)測接口，實現(xiàn)使用外接測試設(shè)備進行監(jiān)測功能，可便于故障排查比對;供電控制和電池更換均在操作面板上實現(xiàn)，提高操作便捷性。

2.2 測試儀研制實現(xiàn)情況

機箱采用鋁合金材料加工而成的可拆卸上蓋的翻蓋式包裝箱結(jié)構(gòu)(圖1)，上下2部分由可分離合頁連接，操作使用方便，翻開或拆下上蓋，可操作;閉合箱蓋，使得放置、運輸更加安全可靠。采用CAD 技術(shù)和COREDRAW平面繪圖技術(shù)設(shè)計的操作面板(圖2)由鋁板加工而成，外表面覆彩印PVC貼膜。其上安裝操作按鈕、開關(guān)和接線端子，人機交互方便。

測試儀以臺灣富晶FS9721[3]測量芯片是核心測量部件，具備自動量程轉(zhuǎn)換[4]功能，可完成導通檢查和絕緣電阻測量任務(wù)。

圖2中K1實現(xiàn)供電控制功能，K2實現(xiàn)測量檔位選擇功能。K3和K4共同實現(xiàn)測試信號分配和控制功能，可將各路測量信號逐“對”引入K2控制的信號檢測儀表。將圖2中K4置“導通·絕緣”檔測試時，K3從“K.K0”檔至“K.7”7個檔位依次順時針旋轉(zhuǎn)，可快速、安全地完成所有導通項目檢查;K3從“K.-B”檔至“T.B”檔15個檔位依次順時針旋轉(zhuǎn)，可完成所有絕緣檢查項目。

該電路設(shè)計具有很好的實用性，實際工作中，某導通絕緣測試儀研制中應(yīng)用該電路設(shè)計方案設(shè)計制作了24路測量通道信號分選控制電路和5種標準電阻狀態(tài)下的自校驗電路。設(shè)備操作面板見圖2。圖2中的K1是測試儀電源開關(guān)，K2是設(shè)備內(nèi)部嵌入的測量儀表(以優(yōu)利德UT10萬用表作為嵌入式測量儀表)功能控制開關(guān)，K3是24檔4層波段開關(guān)，K4是12檔4層波段開關(guān)。

3 測試電路設(shè)計

3.1 信號控制與分段自檢結(jié)合的測試電路設(shè)計

多層多檔復(fù)合波段開關(guān)[5-8]為主體的測試電路設(shè)計和操作面板設(shè)計有機結(jié)合，實現(xiàn)測試信號通道轉(zhuǎn)換有效控制、合理分配與分段機內(nèi)測試(BIT)。測量控制電路如圖3所示。

(1) JC1，JC2分別和Ka-Mo，Ka-Mp相連;Kb-Mo，Kb-Mp分別和Ka-o-v，Ka-p-v相連;Kb-o-i，Kb-p-i分別和Aj，Bj相連。在Ka的第v檔、Kb的第i檔接通的情況下，2個前級測量點JC1，JC2和任意2個被檢測點Aj，Bj連通在一起，形成測量通道。

(2) Ka-o-u和Ka-p-u短路連接。在Ka的第u檔位接通的情況下，從JC1，JC2端可檢查JC1至Ka-Mo和JC2至Ka-Mp連通情況(通路正常、斷路、電路阻抗異常等，下同)。

(3) Kb-o-f和Kb-p-f短路連接。在Ka的第v檔、Kb的第f檔位接通的情況下，從JC1，JC2端可檢查JC2至Ka-Mp，JC1至Ka-Mo，Ka-p-v至Kb-Mp，Ka-o-v至Kb-Mo各段連通情況。

(4) 在上述(2)，(3)同時進行的情況下，可推測出Ka-p-v至Kb-Mp，Ka-o-v至Kb-Mo的連通狀態(tài)。

(5) Ka，Kb通過測量通道控制實現(xiàn)了Aj，Bj多組測量信號的選擇和分配，經(jīng)由JC1，JC2公共端將選中的第j組信號(Aj，Bj)送到測試儀內(nèi)部測量模塊檢測端，得出檢測結(jié)果。

(6) Ka，Kb通過檔位組合控制實現(xiàn)了對JC1，JC2至Kb之間的各段測量通道的分段機內(nèi)“自檢”，提高了系統(tǒng)的BIT設(shè)計，可在設(shè)備故障時精確定位故障點。

(7) 圖3中的JC1，JC2連接到圖2操作面板上K2對應(yīng)的嵌入式儀表;Ka，Kb分別對應(yīng)圖2操作面板上的K4，K3波段開關(guān)。K3和K4旋鈕開關(guān)一起實現(xiàn)對測試通道的分配和控制，運用圖3所示的電路原理將各路測量信號逐“對”引入信號檢測端，并實現(xiàn)對測量通道的分段機內(nèi)“自檢”。

3.2 信號控制與全通道閉環(huán)自檢結(jié)合的測試電路設(shè)計

如圖4所示， Kb-o-i(i=1，2，3，…，N為整數(shù)，下同)，Kb-p-i分別和Aj，Bj相連。Ka-o-v和Ka-o-u相連，Ka-p-v和Ka-p-u相連。Kb-q-i，Kb-r-i分別和Aj,Bj相連。Kb-Mq和Ka-Mq相連，Kb-Mr和Ka-Mr相連，Ka-q-v和Ka-r-v短路連接。

在Ka的第u檔、Kb的第i檔接通的情況下，JC2，JC1和Bj，Aj分別由過JC2，Ka-Mp，Ka-p-u，Kb-Mp，Kb-p-i，Bj的電路和過JC1，Ka-Mo，Ka-o-u，Kb-Mo，Kb-o-i，Aj點的電路連接在一起，形成測量通道;在Ka的第v檔、Kb的第i檔接通的情況下，Aj，Bj由過Aj，Kb-Mq，Ka-Mr，Bj點的電路短接在一起，形成自檢閉合回路H。可通過測量回路H的連通情況，診斷出JC1-Aj測量通道和JC2-Bj測量通道的連通情況。

圖4中的JC1,JC2連接到圖2操作面板上K2對應(yīng)的嵌入式儀表;Ka,Kb分別對應(yīng)圖2操作面板上的K4,K3波段開關(guān)。K3和K4旋鈕開關(guān)一起實現(xiàn)對測試通道的分配和控制，運用圖4所示的電路原理實現(xiàn)對多測量通道的控制和機內(nèi)閉環(huán)“自檢”。

3.3 對外測量接口設(shè)計

輸入接口采用7個50芯和38芯J7型、J7Ⅰ型、J7Ⅱ型防誤插座，便于使用和測試儀維修。7個測量輸入接口安裝在圖1所示測試儀的后側(cè)，如圖5所示。圖2操作面板左側(cè)設(shè)計“W1”和“W2”“外測”端子，內(nèi)部并聯(lián)到測量模塊的測試輸入端。通過 “W1”和“W2”從外部接入測量儀表(例如萬用表)，可以用外接測量儀表進行“監(jiān)測”比較和故障排查;通過“W1”和“W2”外接測量線，本測試儀可對外進行電壓、電阻等測量。接口設(shè)計提高了本測試儀實用性。

4 相對優(yōu)勢

(1)與萬用表比較：無論是模擬式還是數(shù)字萬用表[3-4]，均不具備信號控制與分段自檢結(jié)合、全通道閉環(huán)自檢結(jié)合的信號轉(zhuǎn)換控制和測試過程控制功能，測試效率和操作安全性無法保障。

(2) 李德堯和劉筠筠等研制的典型小型化自動電阻測量儀[9-10]具有體積小、精度高的特點，且具備自動量程切換和控制功能，但其一方面面向通用電阻設(shè)計，接口單一，無法直接用于飛控計算機導通絕緣測試使用;另一方面，在機內(nèi)自檢和“外測”接口“監(jiān)測“設(shè)計方面不及本測試方案。

(3) 唐宇等針對某種或某幾種電纜接口專門研制的帶有典型性的測試轉(zhuǎn)接盒[11]，比飛控計算機傳統(tǒng)測試方案中配套“絕緣測試盒”的測試方法先進一些，但其本身不具備測量功能且操作開關(guān)多達幾十個，信號分選和操作過程復(fù)雜，系統(tǒng)的集成度不高，相比之下，本測試方案提供的測試方法更方便、實用。

(4) 楊勝兵、柳穎、喬楠楠等研制的測試儀[12-15]一般都實現(xiàn)了自動測量，基本原理和測試方法與本測試方案有類似之處，但其信號的轉(zhuǎn)換和控制一般都是通過繼電器矩陣[12-15]實現(xiàn)，因此需要較強的供電能力，系統(tǒng)通常構(gòu)成復(fù)雜，體積較大，耗電量相對較大，用于測試絕緣電阻的電源電壓(根據(jù)國際電工委員會測試標準IEC6101[16]，測量前需要確定被測對象的耐壓情況，現(xiàn)場選擇儀器需要的作用電壓，通常最小的設(shè)計值為直流250 V)，無法直接用于飛控計算機導通、絕緣測試。相比之下，該測試方案提供的測試方法可實現(xiàn)低功耗，自供電，接口匹配性也好，應(yīng)用優(yōu)勢明顯。

5 結(jié)束語

針對使用單位技術(shù)準備中遇到的難題，研究改進的飛控計算機測試方案，嘗試采用波段開關(guān)實現(xiàn)了信號控制與BIT[17]設(shè)計相結(jié)合的測試電路設(shè)計方案，研制出一體化、小型化、低成本的導通絕緣測試儀，創(chuàng)新了飛控計算機的導通檢查和絕緣測試方法。經(jīng)應(yīng)用檢驗，檢測效率提高4.5倍左右。

參考文獻：

[1] 殷斌,陸熊,陶想林.非相似三余度飛控計算機設(shè)計和可靠性分析[J].測控技術(shù),2015(5):53-56.

YIN Bin，LU Xiong，TAO Xiang-lin.Design of a Prototype Flight Control Computer System with Triple Dissimilar Redundancy[J].Measurement & Control Technology,2015(5):53-56.

[2] 張志利,劉朋朋,周召發(fā),等.導彈地面電纜自動檢測儀的設(shè)計[J].計算機測量與控制,2009,17(10):2012-2014.

ZHANG Zhi-li,LIU Peng-peng,ZHOU Zhao-fa,et al.Design of an Automatic Tester for Missile’s Ground Cable[J].Computer Measurement & Control, 2009,17(10):2012-2014.

[3] 殷佳麗.測量儀器中萬用表模塊的研究與設(shè)計[J].電子質(zhì)量,2010(4):7-8.

YIN Jia-li.Study and Design of Digital Multimeter Module of Measurement Device[J].Electronics Quality,2010(4):7-8.

[4] 徐見煒.基于C8051F340的智能萬用表設(shè)計[J].機械制造與自動化,2012,41(4):189-192.

XU Jian-wei.Design of Intelligent Multimeter Based on C8051F340[J].Machine Building & Automation,2012,41(4):189-192.

[5] 韓慶田.基于仿真電路的投放裝置試驗器設(shè)計[J].國外電子測量技術(shù),2014,33(4):58-61.

HAN Qing-tian.Design Testing Equipment for Throwing Device Based on Simulation Circuit[J].Foreign Electronic Measurement Technology,2014,33(4):58-61.

[6] 蔡輝.機載魚雷投放控制系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[D].上海:復(fù)旦大學,2012.

CAI Hui.Design for the Torpedo-Lay Control System[D].Shanghai:Fudan University,2012.

[7] 韓少華.交通信號燈檢測裝置的設(shè)計研制[D].保定:河北大學,2015.

HAN Shao-hua.Design and Development of Detection Device for Traffic Signal Light[D].Baoding:Hebei University,2015.

[8] 呂琦,張佳,朱永剛,等.基于高分辨大線檢測器的設(shè)計研究[J].電子測試,2013(11):26-28.

Lü Qi, ZHANG Jia, ZHU Yong-gang,et al.Design and Research of High Resolution and Wide Line Detector Based on[J].Electronic Test,2013(11):26-28.

[9] 李德堯,張宇馳,徐小鵬,等.基于單片機的自動電阻測量儀設(shè)計[J].儀表技術(shù),2012(1):16-19.

LI De-yao,ZHANG Yu-chi,XU Xiao-peng,et al.Design of Automatic Resistance Measuring Instrument Based on Single Chip Microcomputer[J].Instrumentation Technology,2012(1):16-19.

[10] 劉筠筠,張軍,趙明冬.基于STC89C52單片機的自動電阻測量儀[J].電子世界,2012(5):31-33.

LIU Jun-jun,ZHANG Jun,ZHAO Ming-dong.Automatic Resistance Instrument Based on STC89C52[J].Electronics World,2012(5):31-33.

[11] 唐宇,張歡,鄭木廣.提高介質(zhì)耐壓、絕緣電阻測試效率的方法[J].機電元件,2012,32(2):50-52.

TANG Yu,ZHANG Huan,ZHENG Mu-guang.Method about How to Improve Insulating Resistance Test Efficiency[J].Electromechanical Components,2012,32(2):50-52.

[12] 楊勝兵,熊焱飛,徐鋒,等.電動汽車絕緣電阻測試系統(tǒng)的研究[J].湖北汽車工業(yè)學院學報,2012,32(2):5-8.

YANG Sheng-bing,XIONG Yan-fei,XU Feng,et al.Testing System of Insulation Resistance for Electric Vehicle[J].Journal of Hubei Automotive Industries Institute,2012,32(2):5-8.

[13] 柳穎,鐘建強,高明,等.新型電纜測試儀的方案設(shè)計[J].機電產(chǎn)品開發(fā)與創(chuàng)新,2011,26(2):162-163.

LIU Ying,ZHONG Jian-Qiang,GAO Ming,et al.Design Approach on a New Test Instrument for the Cable[J].Development & Innovation of Machinery & Electrical Products,2011,26(2):162-163.

[14] 喬楠楠.數(shù)字絕緣電阻測試儀的設(shè)計與應(yīng)用[D].成都:成都理工大學,2012.

QIAO Nan-nan.Design and Application of Digital Insulation Resistance Tester[D].Chengdu:Chengdu University,2012.

[15] 王勇,李曦.電纜故障檢測方法及其應(yīng)用[J].艦船電子工程,2016,36(4):128-132.

WANG Yong,LI Xi.Introduction and Application of Cable Fault Testing Method[J].Ship Electronic Engineering,2016,36(4):128-132.

[16] 李琳琳,王二寶,孫繼銀,等.電纜絕緣電阻測試儀中高壓電源的設(shè)計[J].電測與儀表,2013,50(5):101-104.

LI Lin-lin,WANG Er-bao,SUN Ji-yin,et al.Design of High-Voltage Power Supply of Cable Insulation Resistance Tester[J].Electrical Measurement & Instrumentation,2013,50(5):101-104.

[17] 王勇.機內(nèi)測試技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用[J].飛航導彈,2011(2):24-27.

WANG Yong.Development and Application of Built in Test[J].Aerodynamic Missile Journal,2011(2):24-27.