一種能夠對制導火箭靜態電氣性能進行高精度測試的電路設計與實現

王 瑞，母勇民，李嘉旭，方 莉

(西安現代控制技術研究所，西安 710065)

0 引言

某型制導火箭系統是我國新研制的一種配裝于陸航主戰機種的武器系統，為了確保制導火箭上機前的狀態正常，需要對其狀態進行檢測。人工測量時，需要使用低阻儀分別對每一路點火回路的電阻值進行檢測，使用萬用表分別對每一路信號線對地阻值進行檢測，該方法速度慢、精度低，無法完成繁重的檢測任務.

為了保證上機檢測任務高效完成，考慮在原有測試裝置的基礎上設計新的測試電路以達到測試精度和安全性的要求，考慮到測試的安全性以及提高測試精度，本測試電路采用恒流恒壓源電路以及硬件電路結合軟件同步采樣的方法完成對電阻阻值的測試，測試結果表明該方法達到了預期的測試精度要求。

1 測試裝置及測試電路簡析

1.1 測試裝置簡析

圖1是檢測儀的電路組成系統示意圖，通過自檢電路的切換來確定測量信號的切換控制，從而選擇測量電路進行數據采集和數據儲存，最終完成制導火箭電阻的數據測試和儲存。

圖1 檢測儀電路組成

對被測對象的特征進行分析可以發現：火箭檢測儀檢測的主要是微電阻信號，傳統的電源會導致漂移過大，因此通過對被測通道的電阻施加恒定的電流或者恒定的電壓，并對測量的電阻兩端的壓差進行檢測，即可完成點火阻值及信號線對地阻值的檢測。因此本裝置選用4 mA恒流源和1.5 V恒壓源作為參考源，確保測試電流在安全電流下，消除了電源帶來的漂移。

1.2 測試電路設計思路

由于考慮到微小電阻的測量會因為環境溫度的變化而使測量結果受到影響，原有采集方案無法滿足測試要求。為此設計了一種硬件電路結合軟件同步測量點火通路電阻值的方法，

根據上述要求，設計如圖2～圖5所示的測試電路模塊。

檢測時檢測裝置根據測量信號的不同自動切換測量電路，如圖2所示，歐姆級電阻切換到4 mA恒流源電路，使用千歐和兆歐電阻切換電路進行恒流恒壓源的切換，1.5 V恒壓源電源如圖3所示。通過對被測通道的電阻施加恒定的電流或者恒定的電壓，如圖4所示的檢測電路核心部分硬件將測量電阻兩端壓差信號進行放大，經如圖5所示的高精度16位AD轉換后再還原為電阻值，通過選用兩個同型號的放大器和精密電阻，結合軟件同步采樣AD值消除由于電子器件的離散性產生的干擾，使電阻測試值不受環境影響，實現對制導火箭點火通路電阻值的高精度檢測。

圖2 4 mA恒流源

圖3 1.5 V恒壓源

圖4 信號采樣電路圖

圖5 AD采樣電路

2 測試原理分析

2.1 恒流恒壓源漂移性分析

由于原有的電源會帶來過高的漂移性，影響測試結果，因此需考慮設計電路時消除器件本身的漂移。

恒流源電路如圖2所示，選用MAX6126AASA30來穩壓。

反饋電阻R13選用RM型片式薄膜固定電阻，其阻值允許偏差±0.1%，電阻溫度特性為±25×10-6/K。

恒流源電路在溫度變化的情況下會產生漂移。設計時要求在最大漂移、最大誤差情況下，對被測阻值產生的最大影響不能大于0.1。溫度漂移對被測阻值的影響可表示為：

(1)

式中：ΔR為恒流源電路溫度漂移對被測阻值的影響；V0為恒流源芯片的輸出電壓；δV為恒流源芯片輸出電壓的允許誤差,最大值為0.02%；PV為恒流源芯片在-40～+55 ℃范圍內的輸出電壓溫度特性；ΔTMAX為以+25 ℃為基點,在-40～+55 ℃范圍內的最大溫差；RL為限流電阻的阻值；δR為限流電阻的允許誤差；PR為限流電阻在-40～+55 ℃范圍內的阻值溫度特性；R為被測阻值；I0為恒流源芯片的輸出電流。

經計算，ΔR的最大值為0.012 5 Ω，滿足不大于0.1 Ω的設計要求。

恒壓源電路如圖3所示，恒壓源芯片選用MAX6126AASA21芯片。

AD轉換參考源用MAX6174，電壓輸出擺動為±0.06%。

采樣回路中AD轉換分辨率為1/m，流過被測電阻的電流等于回路電流,由此得出:

Rx=(SADXVcR1)/((m-1)Vh-SADXVc)

(2)

其中：Vh=(2.048±0.000963)V;R1為1‰精密電阻;SADX為AD轉換結果;Vc為(4.096±0.003546)V。

Rx的誤差最大為2.2‰，滿足被測阻值2%的設計要求。

綜上所述，恒流恒壓源在消除漂移后，對測試電阻的誤差影響均滿足設計時的要求。

2.2 硬件電路精度分析

如圖4所示，電流首先經過1個100 kΩ的電阻，將測量電路的電流降至安全范圍，然后將被測電阻兩端引腳引入兩個同型號的精密放大器，放大器正負端串聯同型號的100 Ω精密電阻，兩端信號分別經過獨立精密放大器放大后，引入AD進行采集電壓信號，通過兩路信號的壓差(電流恒定)計算被測電阻的阻值。由于選用兩個同型號的放大器和精密電阻，可以有效克服電路中由于電子器件的離散性產生的干擾，使電阻測試值不受環境影響，保證了測試精度。

再利用圖5中的高精度16位AD同步采集被測電阻兩端電壓信號，通過兩路信號的壓差(電流恒定)計算被測電阻的阻值。采樣AD轉換采用真16位高精度電路ADS8332，參考電壓4.096 V，由于AD轉換分辨率為1/65536，因此AD電路對檢測結果的影響可以忽略不計。

由上述分析可知，該方法在測量阻值時，克服了器件帶來的干擾，并且自身的電路不影響最終測試結果。

3 測試結果與分析

3.1 一臺測試裝置兩次測試制導火箭的結果與分析

表1為在某靶場用一臺測試裝置兩次測試同一發制導火箭的結果。從中可以看出，主要測試指標的每一次測試結果都在規定參數范圍之內，說明該測試設備達到了預期的設計要求。其中測量數量級在MΩ的六路信號測量結果均為5 MΩ，測量結果較為穩定。由于其他信號的測量數值較小，為證明剩余11路信號的測量結果較為穩定，計算對應的信號的數字特征，得到的結果如表2。從表2可以看出，該11路信號數值測量方差較小，說明測量結果波動較小，一臺儀器在同一環境進行多次信號測量仍保持了測量精度的穩定性和準確性，從而達到了高精度測量的目的。

表1 一臺裝置測試兩次結果 單位：Ω

表2 測試結果的期望與方差 單位：Ω

3.2 兩臺測試裝置測試同一制導火箭的結果與分析

表3為用兩個同一型號的測試裝置測試另一發制導火箭的兩次結果。從表中可以看出，數量級在×106Ω的信號測量穩定性較好，測量的結果都在參數范圍之內，為證明其余測量數量級很小的信號在一批次不同設備中測量結果仍然穩定，計算對應的信號的數字特征，計算結果如表4。從表4可以看出，這部分信號測量數值的方差較小，說明測量結果波動較小，批次相同的2臺不同的儀器進行多次測量仍保持了測量精度的一致性和穩定性，從而說明生產工藝對測試裝置的測控精度影響較小，達到了測量預期效果。

表3 兩臺裝置測試結果 單位：Ω

表4 測試結果的期望與方差 單位:Ω

4 結論

通過對原有測試裝置的電路部分進行改進，通過設計一種恒流恒壓源電路，確保安全的同時消除了電路本身的漂移性，理論分析表明其對被測阻值的影響均在誤差范圍之內，考慮到微小電阻測量易受環境影響等因素，設計了一種硬件電路，并結合軟件同步采樣AD值的方法進行阻值的測量，理論分析證明其消除器件帶來的測試影響時，自身電路對測試也沒有影響。兩次對比測試實驗證明該裝置無論在進行重復測量還是用同一批次生產的兩臺裝置進行上機檢測時，測量結果均很好的達到了預期的測試精度，證明了該測試裝置具有良好的穩定性。