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(shè)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(yīng)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(shè)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(shè)備的技術(shù)保障工作十分重要。

在目前部隊裝備的艦載消磁控制設(shè)備中，缺乏專用的維修與測試儀器，在設(shè)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(shè)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(shè)備控制精度；其次在設(shè)備維修后也無法檢驗其性能是否仍然滿足設(shè)備出廠時的技術(shù)指標(biāo)要求，給裝備技術(shù)保障工作帶來了較大的難度。

本文采用虛擬儀器的技術(shù)，把計算機(jī)強(qiáng)大的處理功能和儀器硬件的測量、控制能力結(jié)合在一起，實現(xiàn)對不同負(fù)載平行環(huán)電流的精確設(shè)定，模擬產(chǎn)生零磁空間，并采用高性能單片機(jī)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(yīng)磁場，同時通過對消磁設(shè)備輸出響應(yīng)進(jìn)行高速測試采樣、計

2 儀器組成框圖

在儀器結(jié)構(gòu)設(shè)計中主要是針對本儀器所要實現(xiàn)的功能進(jìn)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(guān)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(jìn)行軟面板設(shè)計，實現(xiàn)方便快捷的人機(jī)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(shè)備的核心設(shè)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(jī)程序界面控制可以實現(xiàn)量程切換。

3 儀器軟件設(shè)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(yīng)用軟件。系統(tǒng)軟件即計算機(jī)操作系統(tǒng)用測試應(yīng)用軟件開發(fā)環(huán)境，用于管理與配置計算機(jī)和開發(fā)測試系統(tǒng)應(yīng)用軟件；測試系統(tǒng)應(yīng)用軟件主要建立軟界面，用于參數(shù)設(shè)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(shè)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(shè)置區(qū)、參數(shù)設(shè)置區(qū)、模擬磁場區(qū)、信號源輸出、校準(zhǔn)等幾大部分。

通過對界面參數(shù)的設(shè)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(shè)備的維修調(diào)試；另外根據(jù)被測消磁設(shè)備輸出情況，在完成參數(shù)設(shè)置后，通過調(diào)用性能測試程序，可檢測消磁控制設(shè)備動、靜態(tài)等各項性能指標(biāo)，檢查修理后的消磁設(shè)備是否滿足技術(shù)指標(biāo)要求。

4 設(shè)備所具有的特點

采用虛擬儀器技術(shù)，把計算機(jī)強(qiáng)大的處理功能和儀器硬件的測量、控制能力結(jié)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(qiáng)。

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(hù)等技術(shù)，提高了測試過程中的容錯性。

軟面板的設(shè)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(shè)備的誤差測試速度及維修效率。

圖4 測試軟件主界面

5 結(jié)語

本設(shè)備經(jīng)部隊消磁檢修室對多型消磁控制設(shè)備的實際試用表明，應(yīng)用本設(shè)備能實時、快速、準(zhǔn)確的對消磁控制設(shè)備進(jìn)行性能檢測，可廣泛應(yīng)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(yīng)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(shù)保障水平、增強(qiáng)艦艇的磁防護(hù)能力具有顯著的軍事和經(jīng)濟(jì)效益。

［1］魏相文.國內(nèi)外艦船消磁動態(tài)及發(fā)展趨勢［J］.水中兵器，1998（1）：53～57

［2］周耀忠，張國友.艦船磁場分析與計算［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2004

［3］馬忠梅，馬巖，等.單片機(jī)的C語言應(yīng)用程序設(shè)計［M］.北京：航空航天大學(xué)出版社，1997

［4］何立民.MCS-51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計（系統(tǒng)配置與接口技術(shù)）［M］.北京：航空航天大學(xué)出版社，1995

［5］丁士心，崔桂梅.虛擬儀器技術(shù)［M］.北京：科學(xué)出版社，2005

［6］鄒銳.模擬電路故障診斷原理與方法［M］.武漢：華中工學(xué)院出版社，1988

［7］趙仕健.Visual C＋＋6.0編程與實例解析［M］.北京：科學(xué)出版社，2000

［8］馬忠梅，李月香.單片機(jī)內(nèi)部資源的C語言編程［J］.微計算機(jī)應(yīng)用，1997（2）

［9］葉平賢，龔沈光.艦船物理場［M］.北京：兵器工業(yè)出版社，1992

［10］周厚平，石堅.虛擬儀器不確定度問題探討［J］.計算機(jī)與數(shù)字工程，2010，38（9）

［11］柴海峰，皮志松.虛擬儀器技術(shù)在混合集成電路測試中的應(yīng)用［J］.計算機(jī)與數(shù)字工程，2010，38（9）

［12］蘇軍宏.電磁場數(shù)值分析方法討論［J］.西安工業(yè)學(xué)院學(xué)報，1994（9）：191～197