基于虚拟仪器的某弹药电性能检测仪设计*

2012-12-10范志锋齐杏林刘加凯于春华

弹箭与制导学报 2012年5期

范志锋，齐杏林，刘加凯，于春华

(解放军军械工程学院，石家庄 0 50003)

0 引言

某弹药是近年来列装部队的一种含有电子部件的复杂弹药系统[1]。电子部件是该弹药的核心部件，电子部件性能的好坏是决定该弹药能否完成预定功能的关键所在。目前，部队缺乏具备定量检测和故障定位功能的检测仪。虚拟仪器技术充分利用计算机强大的运算处理功能，突破传统仪器在数据处理、显示、传输、存储等方面的限制，具有结构简单、成本低廉、一机多用、测量精度高、用户可自行开发软件等特点，适宜于构建层次体系明晰、功能强大且人机界面友好的数据采集系统和便捷高效的控制系统[2－3]。

文中的某弹药电性能检测仪以虚拟仪器技术为核心，以 Lab VIEW[4]为开发工具，采用 PXI总线[5]，基于单片机设计适配电路，完成了该弹药电性能的定量检测，满足了检测的安全性、可靠性、实时性、测量精度和扩展性等要求。

1 检测仪总体设计

某弹药电性能检测仪由硬件和软件两部分组成。检测时，将被测弹药放置在检测台架上，检测仪通过检测电缆与被测弹药的检测接口相连。弹药电子部件的整个检测过程，包括输入的直流工作电压、控制指令、输出耗电电流、控制电压均由检测仪通过检测电缆进行实时控制。为保证检测过程中弹药意外发火情况下的安全，应保证人弹隔离，即操作检测仪的人员与被测弹药通过检测电缆实现隔离。在有检测工房的条件下，人员和检测仪位于操作间，被测弹药位于测试间。检测原理如图1所示。

2 检测仪硬件设计

检测仪的硬件采用模块化设计思想，由PXI机箱(含控制器)、采集卡、适配电路、UPS电源、电源模块1及相应的连接电缆等组成，检测仪原理框图见图2。检测仪所有的功能模块均组装在一个箱体内。

图1 某弹药电性能检测原理图

检测仪的电源为 AC220V、50Hz，采用UPS电源进行供电。AC220V电压给电源模块1供电。电源模块1是AC/DC模块，用于将AC220V、50Hz交流电变化成直流电，为电源模块2供电。电源模块1的输出电压是DC24V。

PXI机箱(含控制器)是整个检测仪的控制器。通过运行自检程序，对检测仪进行自检;通过运行检测程序，用来管理检测过程，按时序检测弹药的电参数，进行处理数据，并将结果送到显示器或打印机。本检测仪选用了PXIS-2630机箱，具有8个PXI插槽，满足了某弹药检测和未来功能扩展的要求。控制器选用 PXI-3950 控制器[6]，具有主频 2.2GHz，内存4G，硬盘160G，满足运行速度和检测数据存储要求。

图2 检测仪原理框图

采集卡主要完成弹药电子部件静态耗电电流、功率放大器之间4个电压值和电位器状态、3种指令控制信号下电子仪器组件输出电压等参数的采集，同时也可对适配电路产生的3种指令信号、电源模块2的输出电压进行采集。根据信号采集频率的要求，选用NI PXI6254多功能数据采集卡[6]，其采样频率为1.25MHz，满足指令信号最大频率21kHz的采样要求，单端32路、差分16路模拟输入，满足多路信号同步采集和未来功能扩展要求。

适配电路由单片机、继电器、调理电路、信号发生器、自检电路和电源模块2组成。适配电路主要完成向弹药电路的供电，向功率放大器输入控制指令信号，产生3种指令控制信号，被测弹药输入输出信号进行调理，自检与检测功能切换等功能。整个适配电路的工作是在其内部的单片机的控制下完成的。适配电路与PXI机箱之间的通讯通过RS232接口完成。继电器主要用于自检和检测功能的切换。调理电路主要用于给弹药电子部件中的功率放大器输入控制指令，以及对弹药电子部件的静态电流，功率放大器之间4个电压值和电位器状态，3种指令控制信号下电子仪器组件输出电压以及电源模块2的输出电压等诸多信号进行调理。信号发生器用于产生3种指令控制信号。自检电路用于产生等效的正确信息和超出标注公差的信息。电源模块2是DC/DC模块，用于适配电路自身的供电以及为被检弹药提供电压。电源模块2的输出电压有4路，其中有两路电压为被测弹药的电路供电，另外两路电压为适配电路供电。

3 检测仪软件设计

整个检测过程(含自检)由PXI计算机中的测试软件进行控制。测试软件采用NI公司的虚拟仪器开发环境Lab VIEW开发。整个检测软件包括自检、检测、数据分析和处理以及参数标定等功能模块。检测软件的功能选择界面如图3所示。

图3 检测软件的功能选择界面

自检包括“自检1”和“自检2”。“自检1”时，检测仪内部产生在公差范围之内的正确的信息电压，然后与标注公差进行比较，最后在面板上显示结果;“自检2”时，检测仪内部产生超出公差范围的信息电压，最后在面板上显示结果。“检测参数设置”用来设置被测弹药的编号、测试时环境温湿度以及检测数据的存储路径。“连续检测”用来对被测弹药的静态电流、功率放大器之间4个电压值和电位器状态、3种指令控制信号下电子仪器组件输出电压进行连续检测，并显示每项检测值和结果，对不合格值给出故障部位。为保证检测的安全性，对弹药实施检测前，要求输入合格的电阻值，即在登录“连续检测”界面时，设置了“安全检测登录”界面。“分步检测”是在“连续检测”中某项参数出现不合格值时，对该项参数可以进行单独重复测试。“当前数据分析”可以查看检测数据的波形和具体检测结果的EXCEL报表，并自动储存检测结果。“历史数据分析”可以查看以往被测弹药的检测结果。“设置标定参数”用于输入电流系数、电压系数的标定值。

4 检测仪关键技术及特点

该检测仪研制成功后，进行了精度标定，用1发检测弹进行了20次测试，检测数据一致性较好。同时检测了5发实弹，检测结果均正常。该检测仪完成了某弹药电子部件定量检测功能，能够显示输入信号的波形和特征值，并有一定的故障定位功能，重点解决了含有炸药的实弹检测过程中的安全性、抗干扰性问题，实现了检测数据的有效管理，同时满足了未来某弹药部件分解后进行检测功能扩展的要求。

4.1 安全性

检测过程中的安全性主要从以下几个方面进行了设计:

1)在对实弹进行检测前，软件中设置了“安全检测登录”界面，检测人员只有输入合格的电阻值才能进行电性能检测，从源头上保证了实弹检测的安全性;

2)对弹药电子部件供电电路进行了多重防护。在检测过程中，由于弹药自身携带的电池不工作，需要利用检测仪向被测弹药供电。供电电压或输入电流过高，会导致弹药意外发火，造成安全事故。采用的主要防护措施有:电源模块1和电源模块2为军品电源，均具有过压和过流保护功能;给弹药供电的电路中设置有电压瞬态抑制二极管[7]，电压超过一定值能够将电压钳制住，防止输入弹药的电压过高;给弹药供电的电路上设置有保险管，过流时能够自动切断供电电路;检测过程中，实现了人弹隔离，保证弹药意外发火人员的安全。