江 斌

（上海電纜研究所，上海200093）

漏泄電纜輻射特性自動(dòng)循跡檢測(cè)平臺(tái)研究

江 斌

（上海電纜研究所，上海200093）

為了提高漏泄電纜輻射特性檢測(cè)的自動(dòng)化水平，設(shè)計(jì)了一種多功能漏泄電纜輻射特性自動(dòng)循跡檢測(cè)平臺(tái)，研究了控制系統(tǒng)中的自動(dòng)姿態(tài)修正算法，開(kāi)發(fā)了用戶端上位機(jī)界面。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，該系統(tǒng)精度高、抗干擾性好。在自動(dòng)測(cè)量過(guò)程中，行駛軌跡中心點(diǎn)偏移小于1 cm，測(cè)距誤差小于0.4%，漏泄特性檢測(cè)指標(biāo)滿足漏泄電纜生產(chǎn)廠家的技術(shù)要求。

漏泄電纜；姿態(tài)修正；自動(dòng)循跡

0 引 言

漏泄電纜的輻射特性檢測(cè)對(duì)于漏泄電纜生產(chǎn)廠家具有重要的意義［1］。傳統(tǒng)的測(cè)試方法主要采用車載測(cè)試儀在導(dǎo)軌上沿漏泄電纜方向勻速移動(dòng)進(jìn)行測(cè)量，將測(cè)試數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線方式發(fā)送到地面用戶端進(jìn)行顯示［2-3］。為解決常規(guī)測(cè)試系統(tǒng)選用導(dǎo)軌造成的成本高、效率低的問(wèn)題，本測(cè)試平臺(tái)采用高精度自循跡方式，調(diào)整運(yùn)動(dòng)平臺(tái)自動(dòng)沿設(shè)計(jì)線路行駛，達(dá)到與導(dǎo)軌類似的運(yùn)動(dòng)效果。

1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

漏泄電纜測(cè)試中運(yùn)動(dòng)平臺(tái)的技術(shù)指標(biāo)，根據(jù)企業(yè)需求需要達(dá)到：（1）檢測(cè)過(guò)程全自動(dòng)，速度穩(wěn)定且最小運(yùn)動(dòng)速度4 cm/s；（2）百米測(cè)距精度誤差小于0.4%；（3）遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控；（4）通用報(bào)表文件生成與保存數(shù)據(jù)；（5）系統(tǒng)機(jī)動(dòng)性強(qiáng)。為實(shí)現(xiàn)上述要求，本文設(shè)計(jì)的系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。

檢測(cè)系統(tǒng)由上位機(jī)與下位機(jī)構(gòu)成，下位機(jī)由車載PC、主控模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、制動(dòng)機(jī)構(gòu)、通信模塊及電磁干擾測(cè)試接收機(jī)（EMI接收機(jī)）構(gòu)成。上位機(jī)由遠(yuǎn)程控制中心（PC）及信號(hào)源兩部分構(gòu)成。

其中，在遙控模式下主控器STM8L通過(guò)通信模塊接收手持遙控器控制命令。自動(dòng)導(dǎo)航模式下，根據(jù)姿態(tài)調(diào)整算法，控制平臺(tái)沿著預(yù)定航線行駛，將數(shù)據(jù)采集模塊的數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算并上傳至車載PC，同時(shí)接收車載PC的控制命令。數(shù)據(jù)采集模塊主要包括編碼測(cè)速模塊、電量采集模塊、循跡探頭模塊及超聲測(cè)距模塊。編碼測(cè)速模塊測(cè)量平臺(tái)的行駛速度、位移及方向，并將結(jié)果返回給主控器。電量采集模塊測(cè)量蓄電池電量剩余信息。超聲測(cè)距模塊測(cè)量平臺(tái)前后左右四個(gè)方向的障礙物信息，確保行駛過(guò)程安全可靠。循跡探頭模塊檢測(cè)軌跡位置，并返回主控器當(dāng)前平臺(tái)偏離航線的狀態(tài)，給主控器修正平臺(tái)姿態(tài)提供參考值。驅(qū)動(dòng)模塊包括無(wú)刷直流電機(jī)控制器、轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器及電磁剎車器。無(wú)刷直流電機(jī)控制器給主控器提供速度、方向、制動(dòng)等控制接口，內(nèi)置無(wú)刷直流電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路。轉(zhuǎn)向電機(jī)控制器，改變平臺(tái)行駛反向，配合姿態(tài)調(diào)整。電磁剎車保證平臺(tái)良好的制動(dòng)性及精確度。

車載PC是基于LabVIEW的人機(jī)交互界面，主要功能是接收遠(yuǎn)程控制中心的控制命令，將主控器上傳的數(shù)據(jù)運(yùn)算、存儲(chǔ)、顯示并轉(zhuǎn)發(fā)，且控制移動(dòng)車載平臺(tái)的運(yùn)行狀態(tài)。目前，對(duì)于行駛控制［4］有很多軟件和硬件［5］的方法。自動(dòng)導(dǎo)航模式中，在軌跡約束條件［6-7］下通過(guò)循跡探頭結(jié)合姿態(tài)調(diào)整算法調(diào)整行駛姿態(tài)。移動(dòng)車載PC和主控器通過(guò)RS232進(jìn)行通信，在測(cè)試高頻信號(hào)時(shí)采用多節(jié)點(diǎn)紅外通信，低頻信號(hào)測(cè)試時(shí)采用無(wú)線互聯(lián)網(wǎng)通信，提升傳輸效率的同時(shí)排除通信頻段對(duì)實(shí)驗(yàn)的干擾。

2 高精度自循跡系統(tǒng)

本設(shè)計(jì)采用5路E3F-DS30C4光電傳感器組成循跡探頭，鋪設(shè)吸光率較高的黑色軌跡帶作為預(yù)定航線，循跡平臺(tái)如圖2所示，循跡平臺(tái)共有7個(gè)傳感器，兩側(cè)的2個(gè)作為限位用。

某個(gè)光電傳感器檢測(cè)到反射光線時(shí)，證明此時(shí)沒(méi)有位于軌跡帶上，返回高電平，讀取循跡探頭的電平可判斷偏航狀態(tài)。根據(jù)圖3中的導(dǎo)航控制，姿態(tài)調(diào)整［8］過(guò)程簡(jiǎn)介如下：

圖3中，α為車身與航線的夾角；v為行駛速度；l為前后驅(qū)中心長(zhǎng)度1.5 m；r為最小轉(zhuǎn)向半徑；θ為轉(zhuǎn)向角0～60°。

式中，x為航線的切線方向，y為航線垂直方向。其中初始化夾角α和y為零，當(dāng)行駛過(guò)程中偏離航線時(shí)，α與y增大，軌跡探頭讀取到偏航狀態(tài)。調(diào)整扭矩電機(jī)轉(zhuǎn)向角θ，方向?yàn)閥增加的反方向，使得α與y減小。當(dāng)偏航角恢復(fù)時(shí)，修正轉(zhuǎn)向角θ使得α等于零。

圖2 循跡平臺(tái)結(jié)構(gòu)

圖3 導(dǎo)航控制示意圖

平臺(tái)最小導(dǎo)航速度3cm/s，最大轉(zhuǎn)向角60°。

3 軟件設(shè)計(jì)

3.1 自動(dòng)循跡軟件設(shè)計(jì)

姿態(tài)調(diào)整通過(guò)模糊控制［9-10］過(guò)程實(shí)現(xiàn)，如圖4所示。傳感器模塊即是軌跡探頭，信號(hào)至模糊控制器單元，軌跡探頭返回的電平值模糊化，根據(jù)知識(shí)庫(kù)中的預(yù)設(shè)姿態(tài)控制算法進(jìn)行邏輯判斷，根據(jù)算法中偏航角與轉(zhuǎn)向角之間的邏輯關(guān)系，解模糊化，輸出給執(zhí)行機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)向電機(jī)電平信號(hào)，調(diào)整姿態(tài)。

圖4 模糊控制原理圖

其中核心判斷邏輯過(guò)程為：當(dāng)平臺(tái)中心航線偏出預(yù)定航線時(shí)，反方向增加轉(zhuǎn)向角，當(dāng)中心再次回到預(yù)定航線時(shí)，根據(jù)上一偏航狀態(tài)修正轉(zhuǎn)向角。

3.2 地面控制中心軟件設(shè)計(jì)

上位機(jī)軟件流程圖如圖5所示，分為高頻測(cè)試和低頻測(cè)試任務(wù)。

上位機(jī)軟件界面如圖6所示，分為工程樹(shù)、繪圖顯示區(qū)、狀態(tài)指示區(qū)、參數(shù)設(shè)置區(qū)及平臺(tái)控制區(qū)五個(gè)部分。工程樹(shù)中可完成新建測(cè)試任務(wù)、導(dǎo)入歷史任務(wù)等功能。繪圖區(qū)顯示測(cè)試波形及測(cè)得的相關(guān)參數(shù)。狀態(tài)指示區(qū)用來(lái)開(kāi)始或者終止測(cè)試任務(wù)及顯示當(dāng)前工控狀態(tài)。參數(shù)設(shè)置區(qū)用來(lái)設(shè)置漏泄電纜信號(hào)源的參數(shù)。平臺(tái)控制區(qū)用來(lái)遠(yuǎn)程遙控平臺(tái)及顯示平臺(tái)返回的狀態(tài)信息。

4 實(shí)驗(yàn)和分析

實(shí)驗(yàn)采用的漏泄電纜為寬頻帶異型槽漏泄同軸電纜SLYWY-50-32，可使用頻率為150 MHz、450 MHz、900 MHz、1800 MHz、1900 MHz、2200 MHz、2400 MHz。

（1）EMI數(shù)據(jù)實(shí)測(cè)

如圖7所示，上位機(jī)接收車載PC上傳的數(shù)據(jù)，繪制出測(cè)試點(diǎn)漏纜電磁信號(hào)的功率圖，中心頻率為150 MHz，功率為-50 dBm。由于測(cè)試處于低頻段，采用2.4 GHz通信對(duì)實(shí)驗(yàn)沒(méi)有影響。測(cè)得實(shí)驗(yàn)波形較為理想。

圖5 上位機(jī)程序測(cè)試流程圖

圖6 上位機(jī)軟件運(yùn)行圖

圖7 上位機(jī)繪制的實(shí)驗(yàn)波形

（2）導(dǎo)航精度

加入姿態(tài)調(diào)整算法后，平臺(tái)行駛速度為30 cm/s的導(dǎo)航運(yùn)行效果圖如圖8所示，其中左右最大偏移小于1 cm。由于采用導(dǎo)航的是光電傳感器，不同材質(zhì)的吸光率不同，對(duì)導(dǎo)航路線有一定的影響，所以一個(gè)干凈的實(shí)驗(yàn)環(huán)境是較為理想的。

圖8 實(shí)驗(yàn)導(dǎo)航效果圖

5 結(jié)束語(yǔ)

本車載移動(dòng)測(cè)試平臺(tái)，具備多種數(shù)據(jù)通信方式，多種移動(dòng)平臺(tái)的控制方案。配合姿態(tài)調(diào)整算法及上位機(jī)軟件，可實(shí)現(xiàn)測(cè)試過(guò)程全自動(dòng)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，系統(tǒng)基本達(dá)到了高效、高精度、高穩(wěn)定性等技術(shù)要求，并順利通過(guò)了企業(yè)用戶的在線測(cè)試。

相比較傳統(tǒng)測(cè)試系統(tǒng)而言，采用最新的半導(dǎo)體及傳感器技術(shù)給系統(tǒng)帶來(lái)較高的系統(tǒng)集成度、靈敏度、精確度及安全度，擺脫了傳統(tǒng)檢測(cè)系統(tǒng)有線設(shè)備及特定測(cè)試場(chǎng)地的局限性。系統(tǒng)能夠廣泛地應(yīng)用于工控測(cè)試領(lǐng)域，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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Study on Detection Platform of Radiation Characteristics of Leaky Cable Based on Automatic Tracking

JIANG Bin
（Shanghai Electric Cable Research Institute，Shanghai200093，China）

To improve the level of automation of the radiation field from leaky cable，amultifunctional radiation field test platform with automatic navigation was developed.A automatic attitude correction algorithm was researched，and a client PC software was designed.Experimental data show that this detection system basicallymeet the vital requirements such as：high precision，anti-interference ability.Furthermore，during automaticmeasuring process，the offset of the navigation is less than 1 cm，the ranging error less than 0.4%.

leaky coaxial cable；posture correction；automatic tracking

TM248.3；TM206

A

1672-6901（2013）06-0032-04

2012-08-14

上海市科學(xué)技術(shù)委員會(huì)資助（課題編號(hào)為10XD1420800）.

江 斌（1971-），男，教授級(jí)高工.

作者地址：上海市軍工路1000號(hào)［200093］.