深彈發射裝置信號采集與檢測系統設計

唐揚 劉承禹 胡科強

（1. 海軍工程大學兵器工程系，武漢430033; 2. 北京二炮研究院，北京100085）

1 引言

我軍現有大量武器裝備系統采用模擬系統，不具備狀態監測和診斷功能。新研制的武器系統，對其工作的自檢查和故障的自診斷是系統研制過程中一項重要的內容，也是所有新裝備的功能發展提高的一個方面；對于已經服役的舊裝備，以前通常的做法是研制離線的故障檢測裝置，等系統出現故障后，作為維修人員的檢查手段，這種做法對裝備的保障能發揮一定的作用，但不能進行預防性的監測。如何能在線監測系統的工作狀態，并作出分析判斷，同時具有故障診斷和在線處理的能力，對武器裝備的維護保養將發揮更有效的作用，更好地滿足部隊裝備保障訓練的要求。

本文結合現役深彈發射裝置設計采用 NI PCI-6225數據采集卡，運用虛擬儀器及其相關技術設計檢測儀，對系統進行多路數據同時采集，具有采集數據實時顯示、存儲、狀態診斷等功能。

2 總體設計

2.1 設計原則

由于檢測系統是針對現役的實際裝備，而同一型號裝備在不同類型的艦艇具有差異，設計時要分析裝備中帶有普遍性的問題，設計的模塊應能解決不同艦艇上該型裝備的共同問題，同時也需給特殊的問題留有監測備用接口。設計的檢測系統應盡量容易實現，操作簡便。同時需安全、可靠，使用時不能對原裝備的正常工作有任何影響，以低功耗和便攜為特點，考慮總體優化設計。

2.2 設計方案

深彈隨動系統信號采集與檢測系統要完成的主要功能是監測和檢查武器系統的工作狀態，監測和分析工作狀態的依據是采集必要的工作信號，所以總體方案中信號采集系統的選取設計非常關鍵，其次是診斷軟件的開發設計。

圖1 檢測儀總體設計框圖

深彈發射裝置其主要工作信號包括交流信號和直流信號，方案組成框圖如圖1所示，其中主機采用便攜式工業控制計算機平臺，各功能組件采用插卡形式，采用的信號采集模塊為市購成熟的產品，并留有標準的擴充接口供更多信號和設備接入。

3 硬件設計實現

3.1 硬件系統分析

舊型深彈發射裝置主要特點是各控制部件、執行部件分散，接線長而多。對于現役裝備，我們不能從工廠生產制造入手，改進裝備增加檢測接口；而利用各種轉接電纜的空余芯線，簡單增加連線，只能得到很少的一部分信號，同時也要改動裝備，不能滿足狀態監測的需要。如何盡可能多的獲取系統的檢測點，又不改動裝備和到處飛線，立足裝備本身，在不改動原連線結構前提下，設計信號的采集接口將需要的各種信號引出。

深彈發射裝置選取的直流信號都可以從控制柜上直接取信號，信號類型包括兩種直流電源信號，放大器和執行電動機的相關特征信號以及誤差指示信號。

選取的交流信號也是直接從控制柜上采集，信號類型包括兩種交流電源信號，各部分自整角機的激磁信號和誤差剩余電壓。綜上所述，在系統分析原理的基礎上，本著能盡可能多和細的定位故障的原則，在盡可能少飛線或不飛線的條件下，對火箭深彈發射系統共選取 50個信號采集點，其中34路直流量檢測信號和16路交流量檢測信號，這 50路信號包括了發射系統的跟蹤瞄準、發射控制、動靜態性能和基本的電源信號，能夠很好的體現發射系統的工作狀態，對原控制柜的連接電纜不用做任何調整，利用直接引線的方式接入信號調理箱。

為了體現便攜實用的原則，技術方案考慮采用由便攜式計算機系統和信號采集處理系統兩大模塊構成，信號采集處理系統用來采集各種控制信號，計算機系統用來開發軟件和對采集來的信號進行處理?？刂葡到y的信號數量和種類比較多，這其中很多信號不能直接采集進來，需設計合理的信號調理電路?？紤]信號的種類較多，信號采集卡的處理能力應較強，擬選擇高性能多通道的信號采集卡信號采集卡PCI-6225。

3.2 信號調理電路

檢測儀器主要由微型計算機和信號測試處理板構成。微型計算機及測試軟件用于對采集的信號進行圖形顯示、幅值計算、相位比較及結果的存儲等等。

信號調理處理電路的功能是對外部直流測試信號和交流信號進行預處理。在設計時把直流信號和交流信號分開，單獨設計成直流調理板和交流調理板，并考慮集中在一個信號調理箱內。

信號調理原理框圖如圖2所示。

圖2 調理電路原理框圖

信號調理電路主要有信號采集接口、放大和信號合成電路、信號濾波電路和輸出接口電路組成，每一路信號處理電路的增益可調。

直流調理板原理圖3所示，在每個外接測試通道連接一個標準測試信號（MAX值），可通過調整每一通道的多圈電位器（10K），在輸出 68芯插座的相應引腳上，測試到應為5 V電壓值，故放大倍數Vout/Vin=K。

圖3 直流調理板原理

圖4 交流調理板原理

圖4為交流調理板原理，在輸出 68芯插座的相應引腳，放大倍數Vout/Vin=K。

4 軟件設計實現

4.1 軟件框架設計

軟件主要分四個模塊，系統自動監測、系統靜態檢測、單機工作狀態檢測和單機動態性能檢測。程序總體結構框圖如圖5。

圖5 程序總體結構框圖

4.2 數據安全

為提供系統安全，用戶登錄與數據存儲采用MD5加密算法。

4.3 狀態檢測程序

全炮狀態檢測系統同時監測全部電路信號，當出現錯誤信號時進行提示，判斷狀態原因、位置等信息。

5 結論

本設計根據部隊的實際狀況以及現代測控技術的發展，在對深彈發射裝置分析的基礎上，使用信號采集處理技術及虛擬儀器技術實現對深彈發射裝置進行在線狀態檢測。系統具備多通道數據采集以及保存和回放歷史記錄的功能，成功地實現了對深彈發射裝置的故障檢測和診斷。

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