一种能够对制导火箭静态电气性能进行高精度测试的电路设计与实现

王 瑞，母勇民，李嘉旭，方 莉

(西安现代控制技术研究所，西安 710065)

0 引言

某型制导火箭系统是我国新研制的一种配装于陆航主战机种的武器系统，为了确保制导火箭上机前的状态正常，需要对其状态进行检测。人工测量时，需要使用低阻仪分别对每一路点火回路的电阻值进行检测，使用万用表分别对每一路信号线对地阻值进行检测，该方法速度慢、精度低，无法完成繁重的检测任务.

为了保证上机检测任务高效完成，考虑在原有测试装置的基础上设计新的测试电路以达到测试精度和安全性的要求，考虑到测试的安全性以及提高测试精度，本测试电路采用恒流恒压源电路以及硬件电路结合软件同步采样的方法完成对电阻阻值的测试，测试结果表明该方法达到了预期的测试精度要求。

1 测试装置及测试电路简析

1.1 测试装置简析

图1是检测仪的电路组成系统示意图，通过自检电路的切换来确定测量信号的切换控制，从而选择测量电路进行数据采集和数据储存，最终完成制导火箭电阻的数据测试和储存。

图1 检测仪电路组成

对被测对象的特征进行分析可以发现：火箭检测仪检测的主要是微电阻信号，传统的电源会导致漂移过大，因此通过对被测通道的电阻施加恒定的电流或者恒定的电压，并对测量的电阻两端的压差进行检测，即可完成点火阻值及信号线对地阻值的检测。因此本装置选用4 mA恒流源和1.5 V恒压源作为参考源，确保测试电流在安全电流下，消除了电源带来的漂移。

1.2 测试电路设计思路

由于考虑到微小电阻的测量会因为环境温度的变化而使测量结果受到影响，原有采集方案无法满足测试要求。为此设计了一种硬件电路结合软件同步测量点火通路电阻值的方法，

根据上述要求，设计如图2～图5所示的测试电路模块。

检测时检测装置根据测量信号的不同自动切换测量电路，如图2所示，欧姆级电阻切换到4 mA恒流源电路，使用千欧和兆欧电阻切换电路进行恒流恒压源的切换，1.5 V恒压源电源如图3所示。通过对被测通道的电阻施加恒定的电流或者恒定的电压，如图4所示的检测电路核心部分硬件将测量电阻两端压差信号进行放大，经如图5所示的高精度16位AD转换后再还原为电阻值，通过选用两个同型号的放大器和精密电阻，结合软件同步采样AD值消除由于电子器件的离散性产生的干扰，使电阻测试值不受环境影响，实现对制导火箭点火通路电阻值的高精度检测。

图2 4 mA恒流源

图3 1.5 V恒压源

图4 信号采样电路图

图5 AD采样电路

2 测试原理分析

2.1 恒流恒压源漂移性分析

由于原有的电源会带来过高的漂移性，影响测试结果，因此需考虑设计电路时消除器件本身的漂移。

恒流源电路如图2所示，选用MAX6126AASA30来稳压。

反馈电阻R13选用RM型片式薄膜固定电阻，其阻值允许偏差±0.1%，电阻温度特性为±25×10-6/K。

恒流源电路在温度变化的情况下会产生漂移。设计时要求在最大漂移、最大误差情况下，对被测阻值产生的最大影响不能大于0.1。温度漂移对被测阻值的影响可表示为：

(1)

式中：ΔR为恒流源电路温度漂移对被测阻值的影响；V0为恒流源芯片的输出电压；δV为恒流源芯片输出电压的允许误差,最大值为0.02%；PV为恒流源芯片在-40～+55 ℃范围内的输出电压温度特性；ΔTMAX为以+25 ℃为基点,在-40～+55 ℃范围内的最大温差；RL为限流电阻的阻值；δR为限流电阻的允许误差；PR为限流电阻在-40～+55 ℃范围内的阻值温度特性；R为被测阻值；I0为恒流源芯片的输出电流。

经计算，ΔR的最大值为0.012 5 Ω，满足不大于0.1 Ω的设计要求。

恒压源电路如图3所示，恒压源芯片选用MAX6126AASA21芯片。

AD转换参考源用MAX6174，电压输出摆动为±0.06%。

采样回路中AD转换分辨率为1/m，流过被测电阻的电流等于回路电流,由此得出:

Rx=(SADXVcR1)/((m-1)Vh-SADXVc)

(2)

其中：Vh=(2.048±0.000963)V;R1为1‰精密电阻;SADX为AD转换结果;Vc为(4.096±0.003546)V。

Rx的误差最大为2.2‰，满足被测阻值2%的设计要求。

综上所述，恒流恒压源在消除漂移后，对测试电阻的误差影响均满足设计时的要求。

2.2 硬件电路精度分析

如图4所示，电流首先经过1个100 kΩ的电阻，将测量电路的电流降至安全范围，然后将被测电阻两端引脚引入两个同型号的精密放大器，放大器正负端串联同型号的100 Ω精密电阻，两端信号分别经过独立精密放大器放大后，引入AD进行采集电压信号，通过两路信号的压差(电流恒定)计算被测电阻的阻值。由于选用两个同型号的放大器和精密电阻，可以有效克服电路中由于电子器件的离散性产生的干扰，使电阻测试值不受环境影响，保证了测试精度。

再利用图5中的高精度16位AD同步采集被测电阻两端电压信号，通过两路信号的压差(电流恒定)计算被测电阻的阻值。采样AD转换采用真16位高精度电路ADS8332，参考电压4.096 V，由于AD转换分辨率为1/65536，因此AD电路对检测结果的影响可以忽略不计。

由上述分析可知，该方法在测量阻值时，克服了器件带来的干扰，并且自身的电路不影响最终测试结果。

3 测试结果与分析

3.1 一台测试装置两次测试制导火箭的结果与分析

表1为在某靶场用一台测试装置两次测试同一发制导火箭的结果。从中可以看出，主要测试指标的每一次测试结果都在规定参数范围之内，说明该测试设备达到了预期的设计要求。其中测量数量级在MΩ的六路信号测量结果均为5 MΩ，测量结果较为稳定。由于其他信号的测量数值较小，为证明剩余11路信号的测量结果较为稳定，计算对应的信号的数字特征，得到的结果如表2。从表2可以看出，该11路信号数值测量方差较小，说明测量结果波动较小，一台仪器在同一环境进行多次信号测量仍保持了测量精度的稳定性和准确性，从而达到了高精度测量的目的。

表1 一台装置测试两次结果 单位：Ω

表2 测试结果的期望与方差 单位：Ω

3.2 两台测试装置测试同一制导火箭的结果与分析

表3为用两个同一型号的测试装置测试另一发制导火箭的两次结果。从表中可以看出，数量级在×106Ω的信号测量稳定性较好，测量的结果都在参数范围之内，为证明其余测量数量级很小的信号在一批次不同设备中测量结果仍然稳定，计算对应的信号的数字特征，计算结果如表4。从表4可以看出，这部分信号测量数值的方差较小，说明测量结果波动较小，批次相同的2台不同的仪器进行多次测量仍保持了测量精度的一致性和稳定性，从而说明生产工艺对测试装置的测控精度影响较小，达到了测量预期效果。

表3 两台装置测试结果 单位：Ω

表4 测试结果的期望与方差 单位:Ω

4 结论

通过对原有测试装置的电路部分进行改进，通过设计一种恒流恒压源电路，确保安全的同时消除了电路本身的漂移性，理论分析表明其对被测阻值的影响均在误差范围之内，考虑到微小电阻测量易受环境影响等因素，设计了一种硬件电路，并结合软件同步采样AD值的方法进行阻值的测量，理论分析证明其消除器件带来的测试影响时，自身电路对测试也没有影响。两次对比测试实验证明该装置无论在进行重复测量还是用同一批次生产的两台装置进行上机检测时，测量结果均很好的达到了预期的测试精度，证明了该测试装置具有良好的稳定性。