基于虛擬儀器技術的信號模擬和測試系統(tǒng)設計＊

余錫斌 陳 可

（海軍駐桂林地區(qū)軍事代表室 桂林 541002）

1 引言

消磁控制設備主要用于控制變流裝置輸出電流，自動跟蹤并抵消艦船在不同航向、緯度的感應磁場，從而減小艦船遭受水中兵器打擊的可能性。對于內(nèi)部磁場常常變化的艦艇，一旦消磁控制設備出現(xiàn)故障，艦船磁場值將會發(fā)生突變，艦船遭受水中兵器打擊的可能性大大增加，直接影響到艦船生命力［1］。因此，消磁控制設備的技術保障工作十分重要。

在目前部隊裝備的艦載消磁控制設備中，缺乏專用的維修與測試儀器，在設備修理過程中需采用人工手動方式旋轉(zhuǎn)磁探測器來模擬艦船航行時控制設備所接收到的地球磁場信號，該方式不但費時費力且影響到消磁設備控制精度；其次在設備維修后也無法檢驗其性能是否仍然滿足設備出廠時的技術指標要求，給裝備技術保障工作帶來了較大的難度。

本文采用虛擬儀器的技術，把計算機強大的處理功能和儀器硬件的測量、控制能力結合在一起，實現(xiàn)對不同負載平行環(huán)電流的精確設定，模擬產(chǎn)生零磁空間，并采用高性能單片機實時控制，模擬艦船在不同緯度區(qū)所接收的固定磁場或感應磁場，同時通過對消磁設備輸出響應進行高速測試采樣、計

2 儀器組成框圖

在儀器結構設計中主要是針對本儀器所要實現(xiàn)的功能進行考慮，硬件部份主要由控制器、測控單元、三維平行環(huán)等器件組成，關系如圖1所示。

圖1 儀器組成框圖

控制器由便攜式筆記本電腦完成，主要是進行軟面板設計，實現(xiàn)方便快捷的人機交互式操作界面，然后由測控單元實現(xiàn)各種信號的輸出和采集［3～4］；三維平行環(huán)由測控單元輸入電流信號實現(xiàn)對地磁場的模擬。

圖2 信號輸出模塊原理框圖

測控單元是本設備的核心設計部分，由以下兩部分：

1）信號輸出部分如圖2所示，信號生成部分包括一個微控制器、平行環(huán)電流模塊、信號回采模塊和信號輸出接口［5～6］。該部分有6路電流輸出通道和6路電流回采通道，1路信號源通道和1路信號源回采通道。

2）信號采集部分：

信號采集部分如圖3所示，包括一個微控制器、5路信號采集通道和信號輸入接口，主要用于誤差測試。

該部分有5路信號采集通道，通過計算機程序界面控制可以實現(xiàn)量程切換。

3 儀器軟件設計

測試系統(tǒng)的運行，離不開軟件的支撐。本儀器軟件部份包括：系統(tǒng)軟件和測試應用軟件。系統(tǒng)軟件即計算機操作系統(tǒng)用測試應用軟件開發(fā)環(huán)境，用于管理與配置計算機和開發(fā)測試系統(tǒng)應用軟件；測試系統(tǒng)應用軟件主要建立軟界面，用于參數(shù)設置、控制測試平臺硬件資源、根據(jù)測試提出要求完成信號源輸出，對測試信號的采集、運算、顯示、繪圖、存儲并生成試驗報告，由USB接口實現(xiàn)與測控單元之間的通信［7～9，12］。其主界面如圖4所示，分為波形顯示區(qū)、量程設置區(qū)、性能測試選擇區(qū)、輸入通道采集值顯示區(qū)、輸入通道控制區(qū)、通道電流和磁場系數(shù)區(qū)、平行環(huán)線圈常數(shù)設置區(qū)、參數(shù)設置區(qū)、模擬磁場區(qū)、信號源輸出、校準等幾大部分。

通過對界面參數(shù)的設置，由平行環(huán)內(nèi)部實現(xiàn)模擬的零磁空間，再根據(jù)需要模擬不同地理位置地磁場信號，方便消磁控制設備的維修調(diào)試；另外根據(jù)被測消磁設備輸出情況，在完成參數(shù)設置后，通過調(diào)用性能測試程序，可檢測消磁控制設備動、靜態(tài)等各項性能指標，檢查修理后的消磁設備是否滿足技術指標要求。

4 設備所具有的特點

采用虛擬儀器技術，把計算機強大的處理功能和儀器硬件的測量、控制能力結合在一起，縮小了儀器硬件的成本和體積，同時通過測控單元實現(xiàn)了多通道大電流高精度的驅(qū)動、采集電路，可以實現(xiàn)精確驅(qū)動平行環(huán)產(chǎn)生三維地磁模擬信號和對多路信號的高速采樣測試、計算，儀器適用性強。

圖3 信號采集模塊原理框圖

采用多線程安全監(jiān)控、通道間隔離保護等技術，提高了測試過程中的容錯性。

軟面板的設計突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)顯示、處理和存儲上的限制，界面直觀，操作簡便，能有效提高消磁設備的誤差測試速度及維修效率。

圖4 測試軟件主界面

5 結語

本設備經(jīng)部隊消磁檢修室對多型消磁控制設備的實際試用表明，應用本設備能實時、快速、準確的對消磁控制設備進行性能檢測，可廣泛應用于消磁裝備的維修保障，有良好的通用性和適用性。儀器的推廣應用可縮短消磁裝備的維修時間、提高維修效率，對于提高裝備的技術保障水平、增強艦艇的磁防護能力具有顯著的軍事和經(jīng)濟效益。

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