一种导弹装备静态参数自动测试仪的设计

魏保华 王成

摘  要： 针对某导弹装备静态参数手动测试过程繁琐、效率低、受操作人员主观因素影响大等问题，设计一种自动测试仪。该自动测试仪采用USB总线多用表卡、矩阵开关，由通用计算机控制矩阵开关切换被测参数信号、控制多用表卡采集信号，实现多个静态参数的分时自动测试。结果表明，该自动测试仪能够快速地实现某导弹装备静态参数的自动测试，较好地解决了手动测试存在的问题。

关键词： 自动测试仪; 静态参数测试; 导弹装备; 多用表卡; 矩阵开关; 信号采集; 信号转接

中图分类号： TN98?34; TJ76                      文献标识码： A                      文章编号： 1004?373X（2019）13?0177?04

Design of an automatic test instrument for static parameters of missile equipment

WEI Baohua， WANG Cheng

（Shijiazhuang Campus of Army Engineering University， Shijiazhuang 050003， China）

Abstract： Since the manual test of static parameters of a certain missile equipment has the problems of tedious test process and low efficiency， and may be influenced by subjective factors of operator， an automatic test instrument （ATI） is proposed. The multi?meter card with USB bus and matrix switch are adopted in ATI. The general computer is used to control the matrix switch for measured signals switching and multi?meter card for signal acquisition to realize the time?sharing automatic test of multiple static parameters. The result shows that the ATI can realize the automatic test of static parameters of a certain missile equipment quickly， and the problems of manual test can be solved.

Keywords： automatic test instrument; static parameter test; missile equipment; multi?meter card; matrix switch; signal acquisition; signal transfer

0  引  言

战术导弹装备静态参数主要是指其电子设备加电状态下，一些相对稳定不变的主要参数，反映装备基本性能，通常也是装备日常维护测试的重要内容。某导弹装备静态参数测试采用通用仪器手动测试，测试过程繁琐、效率低，对操作人员素质要求较高，部分测试结果记录判读受操作人员的主观因素影响大，且不利于测试结果的信息化管理和有效利用。针对上述问题，本文提出一种导弹装备静态参数自动测试方法，基于USB总线仪器设计一种自动测试仪。

1  测试需求分析

某导弹装备静态参数主要分布在其搜索指挥系统、发射制导系统累计30个电子组合中，各组合面板分别设置相同的26芯测试插座，用来连接转接装置和测试仪器，实现装备加电情况下的静态参数在线测试。每个组合静态参数有5～21个，全部参数累计达300个左右，主要为电压、电流参数，少量为简单波形。综合分析，各参数电压均在150 V以下、电流均在1 A以下，波形信号主要为正弦信号或周期脉冲、频率在100 kHz以下。

总体而言，某导弹装备静态参数信号特征并不复杂，利用多用表、示波器等通用仪器基本可以完成测试。不过，由于参数的数量种类多，涉及电子组合和测试点多，各参数标称值差别较大，使得测试时需要频繁调整仪器量程、更换表笔触点，加之测试结果的人工判读与记录，使得测试耗时耗力。根据以往经验，具有熟练操作能力的2人完成所有静态参数的测试大约需2 h。同时，操作人员的主观因素包括判读误差、仪器量程选择及表笔触点连接错误等，都可能对测试结果和效率造成较大影响，而且纸质记录不利于测试结果的管理使用和汇总分析。

2  系统方案设计

为解决某导弹装备静态参数手动测试存在的问题，围绕整体测试需求，本文设计了一种自动测试仪。

2.1  总体方案

自动测试仪采用“通用计算机+多用表卡+矩阵开关”的总体技术方案。其中，多用表卡与矩阵开关装配形成测试装置。系统框图如图1所示。

图1  自动测试仪系统框图

2.2  多用表卡

自动测试仪多用表卡选用NI4070。NI4070由美国NI公司推出，可完成电压、电流及电阻测试，还可利用其内置高速采样电路实现波形测试。NI4070有PCI、PXI及USB总线型式，考虑小型化、便捷化等要求，系统选用USB总线型式。

NI4070可实现两路信号测试，能够满足某导弹装备所有静态参数的测试需求，主要性能如下：电压测量范围为0～300 V，电流测量范围为0～1 A，电阻测量范围为0～100 MΩ，分辨率为[6][?];波形测试的频率范围为1 Hz～500 kHz，采样率为1.8 MHz。

2.3 矩阵开关

由于NI4070同时只能完成2路信号的测试，而电子组合静态参数最多达21个，因此系统在NI4070与被测组合之间使用矩阵开关，通过控制开关切换，实现对多路待测静态参数的分时测试。经综合调研论证，系统选用KEYSIGHT公司的U2751A USB模块化矩阵开关。

U2751A为4个源和8个测试点的4×8开关矩阵，频宽45 MHz，矩阵切换关系如图2所示。其中，Col1～Col8代表8行，Row1～Row4代表4列。各行列、交叉点默认保持断开状态（OPEN），通过控制特定交叉点的闭合（CLOSe），可使得对应测试信号切换至相应源上。例如，执行命令代码“ROUTe：CLOSe（@202）”，可闭合图中标识第2行与第2列交叉点的继电器，实现Col2信号向Row2的切换。

显然，U2751A可以完成最多8路测试信号的转接切换。单就测试信号路数而言，为满足电子组合最多21个静态参数的测试，可将3块U2751A并行联接实现。事实上，1路静态参数信号通过组合面板26芯插座的某两个触点配对输出，理论上对应的配对最大可能有[C226]=325种。统计所有电子组合静态参数的实际情况，各信号对应组合面板26芯插座触点配对数量虽未达到最大可能，却也远大于3块U2751A卡并行联接24路（3×8路）信号的转接切换能力。

图2  U2751A矩阵开关示意图

理论上，如果设法将各电子组合面板26芯插座各触点任意切换至NI4070测试通道的正、负极，便可实现26芯插座任意触点输出静态参数的自动测试。为达以上目的，本文在实现不同组合共用测试电缆、不增加U2751A数量及其他转接处理电路的条件下，通过优化U2751A连接方式的方法提升其转接切换能力，具体连接如图3所示。

图3  矩阵开关连接关系示意图

按照图3连接关系测试插座奇数序号触点被连接至U2751A（1）或U2751A（2）的Colx_H，即第[x]行的H触点;偶数触点则被连接至Coly_L，即第[y]行的L触点。奇数触点经U2751A（1）或U2751A（2）切换，由其Rowm_H连接至U2751A（3）的Cola_H，经U2751A（3）切换至其Rowc_H;相应地，偶数触点经U2751A（1）或U2751A（2）切换，由其Rown_L连接至U2751A（3）的Colb_L，经U2751A（3）切换至其Rowd_L。可为3块U2751A制定如下转接切换规则：

1） 被测参数由测试插座两个奇数触点输入，首先控制U2751A（1）与/或U2751A（2）切换将触点分转接至U2751A（3）的Cola1_H、Cola2_H（[a1≠a2]），再控制U2751A（3）切换，将两处触点分别转接至其Row1_H，Row2_H，与NI4070通道1的正、负极（Ch1+，Ch1-）连接。

2） 被测参数由测试插座两个偶数触点输入，首先控制U2751A（1）与/或U2751A（2）切换将触点分转接至U2751A（3）的Colb1_L，Colb2_L（[b1]≠[b2]），再控制U2751A（3）切换，将两处触点分别转接至其Row3_L，Row4_L，与NI4070通道2的正、负极（Ch2+，Ch2-）连接。

3） 被测参数由测试插座一个奇数、一个偶数触点输入，则可将其分别转接至U2751A（3）的Row1_H，Row2_L，或者Row3_H，Row4_L。

2.4  设备装配与使用

将NI4070与3块U2751A按图3方式连接，装配形成箱式测试装置，其面板设置USB接口及测试插座。设计制作26芯测试电缆，一端连接测试装置面板测试插座，另一端连接被测组合面板插座，实现两插座相同序号触点之间一一对应地连接。

系统对计算机无特殊要求，一般带有USB接口的通用型便携式计算机即可满足要求，如考虑野战条件下的使用，也可选用军用加固计算机。系统使用时，利用标准USB线缆连接计算机与测试装置，并连接测试插座与被测组合面板插座之间的测试电缆，运行被测组合对應的测试程序便可进行静态参数的自动测试。测试其他组合时，只需更换测试电缆并运行对应的测试程序即可。

3  软件设计

3.1  主程序

系统主程序流程如图4所示。

图4  系统主程序流程

待测试电缆、USB线缆连接后，计算机开机后运行静态参数测试主程序，完成系统初始化。开始测试后，选择被测组合，之后可选择单项测试或连续测试，系统默认模式为连续测试。连续测试模式下，测试程序自动完成该组合所有静态参数的测试;单项测试模式下，可依次或根据需要选择参数，测试程序完成相应参数的测试，直至退出单项测试模式。退出单项测试模式或完成连续测试后，可选择退出主程序，也可待更换测试电缆连接后选择新的组合实施测试。

3.2  测试程序

1） 单个参数测试程序

单个参数测试程序，即单项测试流程如图5所示。测试程序首先重置NI4070与U2751A，其中3块U2751A重置后各触点开关将处于默认的打开状态;根据选择的测试参数，读取其信号类型、取值范围/标称值及对应的测试插座触点配对等信息;系统按规则生成U2751A切换方案，测试程序按照方案控制3块U2751A执行相应命令，将被测参数信号传输至NI4070通道1或通道2;测试程序根据被测信号类型和参数取值范围设置NI4070测试档位，测量信号、采集参数数据，并根据标称值判断结果是否正常;最后存储参数及其结果判断数据，结束单个参数测试。

图5  单个参数测试程序流程

2） 连续测试程序

连续测试程序包含多个参数测试程序，其流程如图6所示。测试程序开始后，首先读取该组合静态参数集合的相关信息，然后依次运行单个参数测试程序，待完成所有参数的自动测试后退出测试程序，返回主程序。

图6  连续测试程序流程

4  实验分析

某导弹装备静态参数自动测试仪实验样机开发和调试完成后，进行实测实验，并与原手动测试结果进行对比分析。表1给出某电子组合的测试数据对比示例。

表1中，测试结果指利用本文自动测试仪测试得到的结果，对比结果为利用手动方法测试的结果;累计测试时间主要比对计算机开机、通用仪器加电能正常工作条件下完成组合各参数测试的时间。

结果表明：自动测试仪能够顺利完成测试，测试结果与手动方法基本一致;自动测试仪测试时间大幅度下降，接近手动方法的一半;自动测试仪可以给出更精细的测试结果，更有利于对有关参数的长期监控。另外，利用本文自动测试仪只需1人即可完成测试，根据完成所有组合测试的实验，总测试时间可缩短至1 h以内，且测试结果自动存储，便于信息化管理使用和汇总分析。

表1  测试数据对比示例

5  结  论

本文采用USB总线万用表卡、矩阵开关，设计实现一种导弹装备静态测试仪，尤其是矩阵开关的连接方式思路较为新颖。该自动测试仪可基于便携式计算机实现某导弹装备静态参数的自动测试，测试过程大大简化、测试效率显著提升，较大程度地消除了结果判读的主观因素，也为测试结果管理使用和汇总分析带来了便利，具有较高的应用价值，也给解决此类问题提供借鉴。

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