基于LabWindows/CVI 的引信自動測試系統(tǒng)設計

謝 冰 鄭 賓

(中北大學儀器科學與動態(tài)測試教育部重點實驗室 太原 030051)

0 引 言

引信作為導彈的重要組成部分，其性能的好壞直接影響導彈的總體戰(zhàn)術(shù)指標，因此在研制過程中和投入生產(chǎn)后對引信產(chǎn)品進行嚴格的測試是非常必要的。目前，引信測試大多采用的是人工測試的方法，由于引信參數(shù)繁多，信號復雜，該方法在使用的過程中需要很大的工作量，且過于繁瑣，從而引起了較大的測量誤差。鑒于此，本系統(tǒng)基于虛擬儀器的測試理念，以Labwindows/CⅥ為軟件開發(fā)平臺研制出穩(wěn)定性高、人機界面友好、操作簡便的引信自動測試系統(tǒng)。

1 測試原理

根據(jù)引信產(chǎn)品的要求，引信自動測試系統(tǒng)主要由測控計算機、產(chǎn)品供電單元、信號調(diào)理單元和目標模擬器單元、通用儀器控制單元(示波器、萬用表、計數(shù)器)等組成。引信自動測試系統(tǒng)的測試原理如圖1 所示。

圖1 引信自動測試系統(tǒng)的測試原理框圖

該測試系統(tǒng)在工業(yè)控制計算機的統(tǒng)一控制下完成，根據(jù)測試任務的要求，操作控制系統(tǒng)首先指定產(chǎn)品實現(xiàn)自檢。在自檢正常后，操作控制系統(tǒng)按照操作指令通過測控單元及接口可完成對引信產(chǎn)品綜合性能的光信號和電信號的測量。其中，計算機和引信產(chǎn)品間的通信由RS422 通信接口卡來完成的;模擬信號產(chǎn)生模塊、光電參數(shù)測量模塊是通過NI 公司的PXI－6251 高速數(shù)據(jù)采集卡、橫河DL系列示波器和Agilent 53131A 計數(shù)器處理完成的;電源單元測量模塊和接口阻值測量模塊是通過Agilent 34410A 數(shù)字萬用表來完成的;Agilent 34110A 數(shù)字萬用表、Agilent 53131A 計數(shù)器和DL 系列示波器通過一塊GPIB 接口來進行控制;目標模擬器單元主要包括殼體、4 路光接收耦合系統(tǒng)、4 路光發(fā)射準直系統(tǒng)、4 路光開關(guān)和光纖控制器，其中光纖控制器控制4 路光開關(guān)的打開和關(guān)閉用以實現(xiàn)激光引信產(chǎn)品與測試設備的光電連接。

2 硬件設計

測試系統(tǒng)的硬件選用NI 公司的PXI 總線工控機、PXI－8431/2串行接口卡、PXI－6251 A/D 卡、GPIB 接口卡、橫河DL850 型示波器、Aglient 34410A 六位半數(shù)字萬用表、Aglient 53131A 型計數(shù)器、多模光開關(guān)、朝陽線性一體化電源。硬件單元包括直流電源控制模塊，電壓、電流、接口電阻采集模塊，數(shù)字脈沖信號采集模塊，高速信號采集，噪聲信號測量模塊。工控機通過PXI－6251 的I/O 口繼電器開關(guān)陣列，把相應的測試項目切換到萬用表、計數(shù)器、示波器上，利用LabWindows/CVI 提供的GPIB/GPIB488.2 函數(shù)庫控制3 臺通用儀器來完成對電壓、電流、接口阻值、數(shù)字脈沖信號、高速信號和噪聲信號的測試。引信自動測試系統(tǒng)的硬件設計結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

2.1 直流電源控制模塊

該模塊由接口板、電壓信號調(diào)理模塊、繼電器控制模塊、朝陽線性一體化電源等組成，為系統(tǒng)正常工作提供電源電壓及產(chǎn)品供電電流的檢測。該單元根據(jù)系統(tǒng)供電要求，通過PXI－6251 的I/O 接口控制繼電器開關(guān)陣列，按要求為引信產(chǎn)品提供+27 V 電源、+20 V 電源、+5 V 電源及+15～+32 V 可調(diào)的直流電源。

2.2 電壓、電流、接口電阻采集模塊

該采集模塊主要完成對引信產(chǎn)品的電壓、電流、接口靜態(tài)電阻的精確測試，通過利用PXI－6251 的I/O 口來控制繼電器開關(guān)陣列，由數(shù)字萬用表(agilent34410A)來測量，主控計算機通過GPIB 總線讀取數(shù)字萬用表中的測試數(shù)據(jù)，并對采集測試結(jié)果進行顯示、數(shù)據(jù)分析和保存。

2.3 數(shù)字脈沖信號采集模塊

此模塊完成對數(shù)字信號的精確測試，包括測試項目中的自炸時間、小目標發(fā)射時鐘、I 象限發(fā)射基準UCLK1、可變延時。利用PXI－6251 的I/O 口來控制繼電器開關(guān)陣列，由計數(shù)器(agilent34410A)來測量，主控計算機通過GPIB 總線讀取計數(shù)器中的測試數(shù)據(jù)，并對采集測試結(jié)果進行顯示、數(shù)據(jù)分析和保存。

圖2 引信自動測試系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)框圖

2.4 高速信號和噪聲信號測量模塊

高速信號和噪聲信號測量模塊利用橫河公司的DL 系列示波器來測量，包括執(zhí)行級信號1、點火信號、自炸信號、引信開啟信號、主通道接收噪聲、輔助通道接收噪聲、觸發(fā)信號、主通道遙測信號、輔助通道遙測信號、目標識別信號、點火信號2 等信號的采集測量，主控計算機通過GPIB總線讀取示波器中的測試數(shù)據(jù)，并對采集測試結(jié)果進行顯示、數(shù)據(jù)分析和保存。

3 系統(tǒng)軟件設計

3.1 開發(fā)平臺及軟件組成

系統(tǒng)軟件基于虛擬儀器原理，以LabWindows/CVI 為軟件開發(fā)平臺。LabWindows/CVI 適用于各種測試、控制、故障分析及信息處理軟件的開發(fā)，尤其是大型、復雜的測試軟件。系統(tǒng)軟件主要包括系統(tǒng)登錄模塊、系統(tǒng)自檢測模塊、電源控制模塊、儀器控制模塊、數(shù)據(jù)庫模塊、報表生成打印模塊等。其中登錄模塊用于校驗屏幕輸入的用戶名及密碼，判斷相應用戶的訪問權(quán)限;系統(tǒng)自檢測模塊可實現(xiàn)對電源、計數(shù)器、萬用表、示波器的開機自檢;電源控制模塊主要為系統(tǒng)各部分提供相應電壓;儀器控制模塊通過LabWindows/CVI 提供了GPIB/GPIB488.2 函數(shù)庫對計數(shù)器、萬用表、示波器進行控制，完成相應的測試;數(shù)據(jù)庫模塊利用數(shù)據(jù)庫接口工具包SQL Toolkit 完成測試結(jié)果的查詢與存儲;報表打印模塊完成相應測試報表的打印。測試系統(tǒng)軟件的流程圖如圖4 所示。

圖3 測試系統(tǒng)軟件的流程圖

3.2 測試軟件功能介紹

引信綜合測試系統(tǒng)的主要功能是完成引信+ 5 V、+20 V、+27 V 電源和+27 V_執(zhí)行電源的電壓、電流，探測器偏壓，接收電源的電壓，自炸時間，延遲時間，時鐘信號，主通道遙測信號和參考通道遙測信號，目標識別信號，近炸延時啟動信號，執(zhí)行級信號，自炸信號等相關(guān)項目的測試。該軟件控制整個系統(tǒng)工作，實現(xiàn)數(shù)據(jù)顯示、存儲、處理和分析，并生成測試報表。測試軟件主界面共包括五部分:測試項目選擇區(qū)、電源及輸出狀態(tài)顯示區(qū)、測試項目及測試結(jié)果顯示區(qū)、操作及狀態(tài)信息顯示區(qū)和測試結(jié)果顏色說明區(qū)。測試項目選擇區(qū)包括一些在測試中常用到的測試功能按鈕，包括:阻值檢測、初測、復測、最終測試、復位、手動測試、查詢數(shù)據(jù)、退出系統(tǒng)等;電源及輸出狀態(tài)顯示區(qū)用來顯示測試當中+27 V 電壓、+20 V 電壓、+5 V 電壓、+27 V_ZX 電壓、ES 信號、ALOG 信號、光路1、光路2、光路3、光路4 的開啟與否狀態(tài);測試項目及測試結(jié)果顯示區(qū)用于顯示測試的項目名稱及對應的測試結(jié)果;操作及狀態(tài)信息顯示區(qū)實時顯示測試中系統(tǒng)動作的步驟及狀態(tài);測試結(jié)果顏色說明區(qū)提示了測試結(jié)果的顏色代表含義。測試系統(tǒng)的軟件主界面如圖4 所示。

圖4 引信自動測試系統(tǒng)主界面

4 實驗測試結(jié)果

以電壓、電流采集模塊的測試結(jié)果為例，如表1 所示。主控計算機通過PXI－6251 的I/O 口控制繼電器開關(guān)陣列來獲取引信產(chǎn)品的被測信號，利用LabWindows/CVI 提供的 GPIB/GPIB488.2 函數(shù)庫控制數(shù)字萬用表(agilent34410A)來完成對+5 V 電流、+20 V 電流、接收電源電壓、探測器偏壓等項目的測量，主控計算機從GPIB 總線中讀取數(shù)字萬用表中的測試數(shù)據(jù)，并對采集測試結(jié)果進行顯示。從表1 中可以看出，在初測、復測、最終測試等試驗中各參數(shù)的測試結(jié)果準確且重測的一致性好。

表1 為電壓、電流采集模塊的測試結(jié)果

5 結(jié) 論

本引信自動測試系統(tǒng)已交付引信研制單位使用，實際運行表明該系統(tǒng)軟硬件設計合理、性能穩(wěn)定、人機界面友好且操作簡便。完全滿足了引信自動測試的需要。

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