【摘要】方位水平儀廣泛應用于艦艇武器指揮系統(tǒng)，三相中頻穩(wěn)壓電源為其提供所需各路電壓。但在該電源電路板批量生產中，傳統(tǒng)的調試及檢測手段已經遠遠不能滿足該板件的生產任務，同時在該型方位水平儀的保障修理過程中，對于板件的調試檢測也存在一定的困難。本文旨在設計出一型能夠滿足批量生產及調試需要的檢測設備，以滿足裝備保障需要。

【關鍵詞】中頻電源;信號檢測;電磁兼容;功能擴展;軟件設計

1.研制現狀

1.1 研究目的與意義

NF系列方位水平儀廣泛應用于艦艇武器指揮系統(tǒng)，為艦船提供方位、水平、航速等姿態(tài)信息。三相中頻穩(wěn)壓電源為其提供所需各路電壓。由于工廠承擔了該電源板的研仿及批量訂貨任務，傳統(tǒng)的調試及檢測手段已經遠遠不能滿足該板件的生產任務，同時在該型方位水平儀的保障修理過程中，對于板件的調試檢測也存在一定的困難。

目前，批量生產中對各工作點參數的調試采用示波器來觀察輸入與發(fā)送端的波形來判斷是否符合技戰(zhàn)術指標，通過萬用表一路路檢測來確定各路工作電壓，既不準確又不直觀，并且無法同時觀察各發(fā)送端的輸出。由于檢測手段的落后，生產及維修工作費時費力。一名熟練技師采用此種辦法進行一次調整也要耗費幾天的時間，因而遠遠不能適應批量生產及戰(zhàn)時對裝備維修工作的要求。

綜上所述，研制專用的能多通道測量輸出波形信號及同步檢測多路電壓的檢測儀對生產及提高裝備維修工作的效率具有重要意義。

1.2 總體設計方案

為使維修技術人員能盡量少的攜帶檢測儀器，方便陣地修理，該檢測儀在設計時配有三路擴展口，可隨時隨地檢測調試任何裝備、任何板件，并最多可為其同時提供四路工作電壓顯示、8路邏輯信號、2路示波信號的顯示分析。

圖1 系統(tǒng)結構框圖

檢測儀由4個電壓表模塊、邏輯分析模塊、主控CPU板、通道選擇開關、工作方式選擇、人機接口和顯示模塊等組成。該檢測儀的工作流程為主控CPU板根據面板輸入設定進行功能選擇、采集來自板件的波形信號及電壓信號，通過解碼換算，最后將得到的各路信息在本機顯示出來，用于實時調試各工作點參數。

考慮到系統(tǒng)開發(fā)時間短、可靠性要求高、操作要求簡單方便的特點，系統(tǒng)中的CPU模塊、數字I/O接口卡選用的工控模塊。系統(tǒng)中的人機接口界面采用圖形化顯示方式。顯示屏采用工業(yè)級高亮度液晶屏。取消了傳統(tǒng)的鍵盤接口方式，采用觸摸屏獲取輸入信息。電源模塊選用工業(yè)級專用模塊提供+5V、+24V、+12V電源。220V轉24V四路變壓器及220V轉18V變壓器為專門根據技術指標定做。以下分別對各部分的原理、參數和設計方案進行說明。

2.技術設計方案

2.1 邏輯分析功能設計

由于待測板件輸出為COMS信號而邏輯分析模塊接收為TTL信號，故必須先設計出COMS、TTL信號轉換電路，才能實現COMS信號通過邏輯分析模塊實時顯示波形信號的功能，并對六路信號分別控制，可進行多路顯示或單路分析。波形信號接收幅值范圍為+20V～-20V，帶測板信號最大幅值為8V左右，無需另外進行信號轉換，直接通過后面板采集處理。

2.2 多路電壓復視功能設計

采用三位高亮電壓顯示模塊，通過+24V給功能按鈕進行供電，由12V電控制繼電器來達到開關指示的目的。另外，為確保檢測儀使用的可靠性，采用四路繼電器隔離開關與電壓顯示模塊來控制四路檢測電壓，確保數值測量準確。

2.3 外部功能擴展設計

為確保檢測儀使用的可靠性，本儀器上下機柜采用航空插頭進行連接，同時擴展口也從后面板外接。由于此三相中頻穩(wěn)壓電源工作原理廣泛應用于艦船裝備供電系統(tǒng)中，只是每型裝備具體參數不同，故本儀器在設計之初就考慮到了其功能擴展接口，通過后面板航空插頭可外接各種板件信號檢測點，對其他板件進行修理，方便進行陣地修理，提高保障效率。

2.4 結構設計

為方便制作，待測板件區(qū)采用有機玻璃組裝完成，根據板件尺寸設計出插槽大小、深度并加工制作。由于殼體與前面板尺寸要完全吻合，故在設計定型時，考慮多方面因素，確保美觀的同時，達到快速插拔的目的，以提高板件調試效率。

2.5 抗干擾設計

計算機的抗干擾性能根本在硬件結構，軟件抗干擾只是一個補充。除了軟件的抗干擾外，物理的EMI設計也直接關系到檢測儀能否正常工作以及采集的數據是否失真的問題。本儀器采集的信號均為弱電信號，而板件供電變壓器、開關電源、散熱風扇等部件工作時均會產生大量的電磁輻射，給軟件運行帶來一定的干擾，從而導致數據采集不準確，甚至出現檢測儀系統(tǒng)功能失效的后果。

該檢測儀在設計時采用分體式設計充分考慮了這一因素。把變壓器及開關電源放置在下體，而邏輯分析模塊及液晶屏等安裝在上部。這樣可以進行有效的隔離，防止信號干擾。同時，在每根信號傳輸線上套有磁環(huán)，可以有效的抑制干擾輻射。

檢測儀上部同樣將工控處理單元與存貯器及專用電源分開。采用鋁板物理隔離的方式將邏輯分析模塊及信號采集端子安裝在鋁板上部。

除這些措施之外，所有信號傳輸線全部采用屏蔽電纜，以確保傳輸信號不失真。

2.6 前面板設計

設備的實用性是對設計的另一個考驗。本檢測儀面板設計直觀，操作界面及按鈕功能人性化，僅需簡單培訓即可掌握檢測、調試全過程，能讓操作者很快上手。這對特裝裝備保障隊伍的建設，人員技能的提高有很大的推動作用。該儀器前面板上部為檢測信號輸出及控制區(qū)，前面板下部為檢測信號輸入及顯示區(qū)。操作者只需使用手寫筆及控制按鈕就能達到對板件檢測的目的，同時配合提升板可直觀、方便的進行修理，人機互動性強。

由于陣地修理檢測儀工作環(huán)境較為惡劣，本著提高檢測儀可靠性的原則，在前面板上部加入了復位開關按鈕。信號輸入錯誤、程序解算出錯導致系統(tǒng)死機等情況出現時，可緊急按下復位按鈕，重新啟動程序。

2.7 后面板設計

供電采用下部分單獨供電的方式，以便減少儀器供電模塊的數量及儀器可靠性。儀器上下體所需其他電壓如220V、24V、12V、5V通過后面板共享方式傳輸，另外上部分信號也通過后面板航空插頭進行一一對應采集分析。同時，為了實現檢測儀的功能擴展，設計時，配備了兩條外部信號采集線，分別測量其他板件電壓信號及波形信號，方便修理。

2.8 供電方式設計

信息處理單元電路采取單獨電源供電方式，其余所需電壓共用一路完成。所有按鈕開關采用24V單獨供電，在按下的同時，點亮發(fā)光二極管，表明程序正進行信息采集處理，可以較為直觀的顯示各路信號運行狀態(tài)。待測板件供電電壓為四路交流24V及兩路18V交流電壓。原裝備電源采用獨立的四個220V轉24V變壓器及兩個220V轉18V變壓器來完成板件供電，若照搬原廠家設計方案，檢測儀將比較笨重，不能達到快速保障的目的。傳統(tǒng)的變壓器生產工藝，采用抽頭式來實現多路電壓的輸出，這種方式在技術要求不很嚴格的情況下可行。但對于穩(wěn)壓電源供電，由于四路電壓相通，存在相互干擾，不符合三相穩(wěn)壓電源設計指標要求。通過對原有供電變壓器參數的分析測量，設計出符合該指標的220V轉24V單獨四路變壓器及220V轉18V單獨兩路變壓器，變壓器次級各路電壓相互隔離，盡可能少的減少了相互間的干擾，同時將變壓器的數量從原有的六個減少到兩個，此設計方案能夠完全滿足檢測儀板件供電需求。

2.9 散熱設計

由于檢測儀需要多種電壓的供電，檢測儀內部存在五個獨立的供電電源，儀器工作時將產生大量熱量。同時，中央處理器在信號采集分析時，也會散發(fā)熱量。若熱量無法及時排出，將導致儀器運行緩慢甚至燒壞芯片情況。方案設計時，充分考慮了這一因素。對于中央處理模塊供電的單獨電源配有單獨散熱風扇，并向上排熱。CPU產生的熱量由導熱硅脂加散熱片完成。同時檢測儀上下體均配有兩個24V大功率散熱風扇，與儀器側面進風口形成回路，及時排出熱量。

2.10 多任務系統(tǒng)設計

模塊化是檢測儀功能實現的前導，它確定系統(tǒng)由哪些模塊組成和模塊之間的相互關系以及模塊獨立的功能和輸入輸出數據的規(guī)格，使信號采集不會產生混亂。本儀器由中央處理模塊、波形信息采集模塊、電壓信號采集模塊、數據格式轉換、人機界面模塊等五大部分組成。五大模塊相互之間為并行關系，正常運行時構成一個多任務系統(tǒng)。

圖2 檢測儀運行圖

3.軍事經濟效益分析

如圖2所示，該型中頻穩(wěn)壓電源檢測儀不僅能夠單獨對NF系列方位水平儀電源板進行多通道測量，及各工作點參數的分析、調試，同時其擴展功能可完成幾乎所有板件波形信號檢測調試等功能，同時復視四路工作電壓，能夠基本滿足維修技術人員的需求，從而提高裝備維修效率、降低保障難度、適應戰(zhàn)時需要，具有顯著的軍事效益和推廣應用前景。

參考文獻

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作者簡介：王慧（1983—），男，浙江寧波人，大學本科，畢業(yè)于浙江工業(yè)大學電子信息工程專業(yè)，現供職于中國人民解放軍第4806工廠軍械修理廠。