智能彈藥電纜檢測模塊的設(shè)計

張萬發(fā)，陳 雷，單體強(qiáng)

（軍械工程學(xué)院 彈藥工程系，河北 石家莊 050003）

在智能彈藥內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，電纜在為控制器、探測器和安全起爆裝置等部件供電及各部件間的信號傳輸過程中起著至關(guān)重要的作用。長期儲存過程中會出現(xiàn)電纜絕緣材料的老化現(xiàn)象，老化嚴(yán)重時易使相鄰芯線間短路，以致電源供給或信號傳輸混亂，甚至還可能危及試驗(yàn)人員生命安全。為保證彈藥安全正常工作，需對電纜進(jìn)行適時檢測。當(dāng)前絕緣電阻測試的方法主要有串聯(lián)法、并聯(lián)法、電壓比法、電橋法、充放電法等幾種，普遍存在測試效率低、精度差的缺點(diǎn)[1]。

在智能彈藥光電參數(shù)靜態(tài)檢測系統(tǒng)中，結(jié)合電纜檢測需求，設(shè)計基于PXI總線技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)的電纜檢測模塊，可實(shí)現(xiàn)對電纜相關(guān)參數(shù)的測量、實(shí)時顯示測試結(jié)果、對檢測結(jié)果進(jìn)行記錄及根據(jù)測量結(jié)果對電纜質(zhì)量狀況進(jìn)行評估的需要，配合其他模塊完成對智能彈藥光電參數(shù)的靜態(tài)檢測。

1 檢測模塊構(gòu)成

模塊主要完成對智能彈藥電纜同軸芯線連接狀態(tài)及不同芯線間絕緣電阻的測試。為實(shí)現(xiàn)所需功能，模塊應(yīng)主要滿足以下要求：

1）高效完成對待測電纜相關(guān)參數(shù)的測試，并將測試結(jié)果通過軟件測試界面顯示。

2）可對檢測結(jié)果進(jìn)行整理、存檔、分析，由測試結(jié)果對被測電纜性能進(jìn)行評估。

結(jié)合測試指標(biāo)需求，設(shè)計圖1所示檢測模塊總體結(jié)構(gòu)框架。

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Structure diagram of the cable test system

2 檢測模塊工作原理及硬件設(shè)計

2.1 電纜測試模塊工作原理

測量原理如圖2所示，將電纜兩端通過適配接口與適配器相連，多路開關(guān)一端與萬用表相連，另一端與電纜芯線相連，利用程序控制相應(yīng)開關(guān)的通斷，實(shí)現(xiàn)對待測芯線相關(guān)參數(shù)的測量，以評估待測電纜是否符合彈藥正常工作需求：電纜芯線直流電阻≤0.2Ω/芯（包括電纜導(dǎo)線、兩端插座插針電阻及插針和導(dǎo)線的焊接電阻）；芯線間絕緣電阻在20%～80%濕度條件下應(yīng)≥20 MΩ。

圖2 檢測模塊原理圖Fig.2 Test principle of detection module

2.2 檢測模塊基礎(chǔ)硬件配置分析

檢測模塊利用PXI總線實(shí)現(xiàn)各模塊與控制計算機(jī)間的通信。硬件部分主要包括控制計算機(jī)、PXI總線儀器以及其它相關(guān)附屬硬件設(shè)備等，檢測模塊采用圖3所示資源[3]。

圖3 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖Fig.3 Structure diagram of the hardware system

其中主控制器可實(shí)現(xiàn)對各模塊的實(shí)時控制，并對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。19芯電纜通過適配接口，1～19號芯線一端分別與PXI-2527多路開關(guān)通道ch0～ch18相連，另一端分別與通道ch32～ch50相連，com0、com1則分別與萬用表PXI-4070測電阻對應(yīng)端口相連[4]。多路開關(guān)和萬用表通過PXI總線與控制計算機(jī)相連，利用程序控制相應(yīng)開關(guān)的通斷，實(shí)現(xiàn)萬用表對待測芯線連通狀態(tài)及不同芯線間絕緣狀態(tài)的測量，并對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，通過人機(jī)交互界面顯示萬用表測試結(jié)果[5]。其中PXI-2527多路開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 PXI-2527多路開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)示意圖Fig.4 Structure diagram map of the PXI-2527 multiplexer

3 模塊的軟件設(shè)計

測試軟件是整個電纜檢測模塊的核心，檢測模塊的正常工作依賴于測試軟件的良好控制。依據(jù)測試軟件的設(shè)計規(guī)范、硬件連接狀況和實(shí)驗(yàn)方案需要，在LabWindows/CVI環(huán)境下開發(fā)軟件，主要測試流程如下。

直流電阻測試：閉合多路開關(guān)通道ch0和ch32，測量芯線1的直流電阻。斷開通道ch0和ch32，閉合通道ch1和ch33，測量芯線2的直流電阻。斷開通道ch1和ch33，閉合通道ch2和ch34，測量芯線3的直流電阻。……斷開通道ch17和ch49，閉合通道ch18和ch50，測量芯線19的直流電阻。

絕緣電阻測試：閉合多路開關(guān)通道ch0后，依次閉合、斷開通道ch33～ch50，測量芯線1分別與芯線2～19間的絕緣電阻。斷開通道ch0，依次閉合、斷開多路開關(guān)通道ch34～ch50，測量芯線2分別與芯線3～19間的絕緣電阻。斷開通道ch1，依次閉合、斷開多路開關(guān)通道ch35～ch50，測量芯線3分別與芯線4～19間的絕緣電阻。……斷開通道ch16，閉合多路開關(guān)通道ch17后，閉合通道ch50，測量芯線18與芯線19間的絕緣電阻[6]。

萬用表將測試結(jié)果實(shí)時傳輸給控制計算機(jī)，通過人機(jī)交互界面顯示。

4 模塊設(shè)計關(guān)鍵及解決方法

1）測量絕緣電阻的可行性

檢測模塊主要通過程序控制相應(yīng)多路開關(guān)通道通斷，實(shí)現(xiàn)對通信電纜絕緣電阻的檢測。合理設(shè)置多路開關(guān)閉合、斷開延遲時間，可實(shí)現(xiàn)對絕緣電阻的測試。

2）測試精度

經(jīng)對待測參數(shù)指標(biāo)分析，六位半PXI-4070萬用表的電阻測量最高分辨率達(dá)到0.1mΩ，量程達(dá)到100MΩ，可滿足檢測試驗(yàn)要求，即電纜芯線直流電阻≤0.2Ω/芯，芯線間絕緣電阻在20%～80%濕度條件下應(yīng)≥20MΩ。

3）檢測模塊設(shè)計性價比

電纜檢測模塊與相關(guān)參數(shù)測試模塊共同完成對智能彈藥光電參數(shù)靜態(tài)檢測。相比傳統(tǒng)檢測方案，檢測模塊整體價格昂貴，卻可保證對電纜相關(guān)參數(shù)測試的高效、精確，設(shè)計模塊以實(shí)現(xiàn)對多種智能彈藥通信電纜的測試，可提高檢測模塊性價比。

5 結(jié)束語

基于PXI總線技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)的電纜檢測模塊，可實(shí)現(xiàn)對電纜待測參數(shù)的自動測量、實(shí)時顯示測試結(jié)果、對檢測結(jié)果進(jìn)行記錄及根據(jù)測量結(jié)果對電纜質(zhì)量狀況進(jìn)行評估的需要。測試效率高，精確度高，維護(hù)、升級方便。

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