导弹电气设备在线绝缘测试仪的设计与实现

引言

1 国内外现状分析

目前绝缘在线监测技术正往两个方向发展，一个方向 是多功能、全自动的绝缘在线监测系统，即用计算机控制 实现自动监测、自动记

录、自动 警。这种监 测系统引入专家系统， 发展成为绝缘检测诊断 系统，可以对所有需要 监测的电气设备实行巡 回监测，也可对特定电 气设备跟踪监测，灵活方便，实现绝缘监测的

图1 信 采集原理图

全面自动化和综合自动化。另一方向是发展便携式绝缘监测仪，可由工作人员带 到现场，对设备进行的绝缘状况进行定期或不定期的在线 监测。便携式绝缘监测仪与绝缘在线监测系统最大的不同在 于：后者是利用PC机通过高级语言编写的程序进行数据处 理及控制功能的，而前者是利用单片机或者DSP通过固化在 芯片中的程序实现各种功能的。

针对导弹电气设备绝缘测试的特殊性，汲取两者的优 点设计了便携式导弹电气设备绝缘在线监测仪，由于具有仪 器体积小、重量轻、携带方便、价格低廉等优点，并且由于 传感器直接安装固定在被测设备附近，省去了集中式控制系 统所必需的多路开关及庞大繁杂的屏蔽电缆布线系统，具有 较好的应用前景。

2 绝缘检测的原理与方法

绝缘监测的任务是要确定设备的绝缘状况，评估绝缘 的缺陷及劣化的程度。对于发射车等地面设备的绝缘在线监 测，常常选择测量其工作电压下流过设备绝缘的电流I，绝 缘的电容量C，以及其绝缘电阻R等参数。

由于所要测得的参数均为微弱信 （小于10mA），直 接测量比较困难，需要通过程序控制，在数据采集端对被测 电器施加激励电压，测取流经回路的微电流并传输至DSP处 理模块进行处理。在忽略导弹测试电缆电阻误差及环境温度 等因素影响的前提下，信 采集原理如图1所示。

通过对导弹上的仪器设备施加相应的激励电压，可以 测量得到标准电阻R2上的电压值，然后依据欧姆定律，将

图2 系统硬件组成框图

表1 测试结果

电压值转换成所对应的电阻值，模数转换电路将所测得的电 阻模拟量转换为数字量，提供给DSP处理器，从而可以判断 电路的绝缘性能。

图1中待测的绝缘电阻为R x，R1为已知的标准限流电 阻 、 R 2 为 已 知 的 分 压 电 阻 ， 当 测 试 电 路 中 加 上 激 励 电 压 后，由欧姆定律可得：

Uo=Ui*R2/(Rx+R1+R2)

因此，Rx = Ui * R2/ Uo－( R1+ R2)

由于现场信 较容易受到干扰，必须采用质量优良、 抗干扰能力强的传感器 ，以使微弱信 不畸变地传到采集 系统。对采集到的电压电流信 ，经过硬件的、软件的抗干 扰处理，使用DSP进行数学运算，然后显示或者打印处理结 果。在采集过程中，由于需要对所采集的信 进行快速傅立 叶频谱分析，所以采得的信 电压范围要适合DSP进行模数 转换，这可以通过估计阻值以及漏电流范围，并调节回路阻 抗来实现。同时，由于要进行频谱分析，所以采样率必须高 于所要分析频谱的2倍。在对信 进行频谱分析处理之后， 可以得到基波、各次谐波的幅值以及相位，进而可以计算出 所测量的绝缘电阻值。相比较传统的测量方法，本装置最大 的特点是充分利用现代数字信 处理技术对信 进行有的放 矢的处理，以得到所要求的结果。

3 系统硬件设计与实现

根据导弹电气设备绝缘测试的应用需求，在对绝缘检 测理论分析总结的基础上，结合该导弹电气设备绝缘测试的 原理和特点，以小型化和智能化为目标，利用成熟的嵌入式 DSP系统和先进的智能检测技术，确定了以DSP为核心的导 弹电气设备在线绝缘测试仪的硬件结构，如图2所示。由图2可以看出， 信 转接箱主要是

为了适应不同型 不同批次的导弹而设计 的，在信 转接箱上有针对各种型 不同 批次的接插件，测试过程中要根据具体导 弹的型 和批次，连接相应的插座，在设 计过程中，采用了防插错技术，确保导弹 型 批次选择正确。

导弹电气设备在线绝缘测试仪以嵌入 式DSP系统为核心，采用模块化设计，设 计了信 隔离模块、信 处理理模块、数 据采集模块、测试仪自检模块、电源及管 理模块、外围接口模块等6个模块，提高

了系统的集成度，并实现了测试仪的小型化。

测试仪自检模块主要是为测试仪提供激励信 源。在 仪器自检时，DSP系统控制自检激励信 接入测试系统，同 时断开外部输入通道，使测试仪在不影响被测设备的前提 下，保证测试仪能够可靠地工作。

信 隔离模块是针对所需测量的信 数量多、部分信 可能对被测点进行干扰等问题，根据导弹测试的流程， DSP系统适时控制相关测点信 接入测试仪的数据处理模 块，同时断开无关测点与测试仪的电气连接，从而保证测试 仪不会对被测试导弹产生影响。

信 处理部分主要是对接入系统的监测信 进行电压 变换、滤波等处理，以满足测试仪信 采集模块对被测信 各测量参数的技术要求。

数据采集模块根据导弹的测试流程和工作状态，适时 地在绝缘测试与阻抗测量之间进行状态转换，对不同信 采 用不同的方法分别进行采集，之后进行模数转换，供DSP系 统读取和分析处理。

外围接口模块根据系统的实际要求，完成对键盘指令 的读取、测试信息的显示及测试结果的打印等，系统还可以 通过串口采用RS232总线的方式与上位机进行数据交换，方 便测试程序的及时更新。

4 系统软件设计与实现

一般来说，DSP的软件开发大体有两种形式：一种是直 接编写汇编语言进行编译连接；另一种是编写C语言程序， 用C语言优化软件进行编译连接。 为了标准化软件开发流 程，系统采用成熟的C++语言进行编写，采用由顶向下的编

图3 软件系统测试流程图

程方法，就是把整个问题划分为若干大问题，每个大问题分 为若干小问题，如此把整个设计分成多个层次，上一层的程

序可以调用下一层的程序块，这样便于调试和检验。根据DSP应用系统的特点，结合导弹的测试流程，在完 成了系统硬件设计的基础上，为便于调试、检查和修改，采 用模块化设计思想对系统软件进行了设计，主要包括监测主 程序、自检程序、数据采集程序、绝缘测试程序、阻抗测试 程序、超限 警程序等。本测试诊断仪各功能的实现是由键盘操作来完成的， 当键盘上有键按下时，通过逻辑控制接口向DSP发出中断申 请，根据键值和所处的菜单的编 执行相应的程序，因此， 测试主程序是等待键盘命令，根据键盘编码和所处的程序应该执行的功能转入相应的程序。完成后的软件系统测试流程图如图3所示。

5 测试结果分析

利用现有的条件及仪器，我们以某一导弹电气设备上 标准的100mΩ定值电阻为对象进行试验，所测得的阻值结 果如表1。

由表1测量结果知， 对同一试品进行多次测量所得的 绝缘阻值最大值为100.334mΩ，最小值为99.751mΩ，满足

0.5%的精度要求，达到了系统的设计目标。

6 结束语

经多次实验应用，结果表明，该系统工作稳定，可靠 性高，操作方便，提高了导弹电气绝缘测试的速度和精度， 缩短了导弹测试发射准备时间，具有较好的军事应用价值。

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