曹紅星，胡攀輝，趙尋珂，江 晨，楊 波，朱鯤捷，胡豐懷

（上海航天精密機(jī)械研究所，上海 201600）

0 引言

電纜網(wǎng)作為導(dǎo)彈的“神經(jīng)系統(tǒng)”，其質(zhì)量及系統(tǒng)的可靠性直接影響到導(dǎo)彈發(fā)射的成敗。隨著導(dǎo)彈武器裝備的快速發(fā)展，不同型號(hào)彈上電纜網(wǎng)具有多插頭、多線芯、規(guī)模大和內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，這對(duì)電纜的檢測(cè)方式、檢測(cè)速度、自動(dòng)化程度及可靠性提出了更高的要求。

國(guó)外早在20世紀(jì)后期就開始研究電纜網(wǎng)導(dǎo)通與絕緣電阻的檢測(cè)方法，并設(shè)計(jì)出相應(yīng)的檢測(cè)設(shè)備應(yīng)用于各種領(lǐng)域。目前美國(guó)的雷神、通用動(dòng)力、洛克希德馬丁，意大利的萊昂納多等國(guó)際知名的軍工企業(yè)均已經(jīng)開始采用半自動(dòng)化或自動(dòng)化的檢測(cè)技術(shù)對(duì)導(dǎo)彈、飛機(jī)等軍用設(shè)備的電纜網(wǎng)進(jìn)行導(dǎo)通電阻、絕緣電阻、絕緣耐壓等電參量的檢測(cè)，其研制的電纜網(wǎng)測(cè)試儀等設(shè)備已逐漸模塊化、小型化、智能化[1]。

隨著計(jì)算機(jī)自動(dòng)化控制及電纜網(wǎng)檢測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來國(guó)內(nèi)一些院校、企業(yè)和科研機(jī)構(gòu)在電纜網(wǎng)電參量檢測(cè)方面也開展了大量的理論研究和工程實(shí)踐[2-4]：北京航天自動(dòng)控制研究所的權(quán)赫、楊岫婷等人通過由杭州時(shí)代自動(dòng)化有限公司研制的AgeCNet電纜網(wǎng)檢測(cè)軟件的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了一套箭上電纜網(wǎng)自動(dòng)導(dǎo)通絕緣測(cè)試儀；西北工業(yè)大學(xué)的宋志蛟、張安等人基于CAN總線、Access數(shù)據(jù)庫(kù)、工控機(jī)等系統(tǒng)研制出了飛機(jī)CAN總線線纜測(cè)試系統(tǒng)；裝甲兵工程學(xué)院的高玉水、李正優(yōu)等人基于PC機(jī)、AT89C52單片機(jī)等電路集成技術(shù)設(shè)計(jì)了一套導(dǎo)彈電纜網(wǎng)絕緣電阻測(cè)試儀等。但經(jīng)調(diào)研總結(jié)發(fā)現(xiàn)，目前國(guó)內(nèi)研究生產(chǎn)的電纜網(wǎng)測(cè)試儀設(shè)備相對(duì)滯后，其性能較低、軟硬件可靠性差、針對(duì)性強(qiáng)、不易擴(kuò)展，部分企業(yè)引進(jìn)進(jìn)口設(shè)備價(jià)格昂貴，資料及接口少難以二次開發(fā)，導(dǎo)致目前大部分企業(yè)、軍工單位仍然采用人工檢測(cè)的方式。傳統(tǒng)人工檢測(cè)電纜網(wǎng)的方法耗時(shí)費(fèi)力、可靠性差，且非常容易造成漏檢和錯(cuò)檢等其他一些人為造成的誤差問題，這樣的檢測(cè)方法已明顯不能滿足現(xiàn)代化高技術(shù)武器快速發(fā)展的需求[5-6]。

結(jié)合國(guó)內(nèi)外電纜網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，以提升彈上電纜網(wǎng)電參量的檢測(cè)效率、精度、可靠性為目標(biāo)，提出了一種基于MK AutoMeg平臺(tái)的檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，不僅能夠完成對(duì)最多達(dá)1200芯彈上電纜網(wǎng)的導(dǎo)通、絕緣、耐壓等電參量數(shù)據(jù)的檢測(cè)，還可以保存和查詢檢測(cè)數(shù)據(jù)，打印檢測(cè)報(bào)表，便于后續(xù)故障排查及產(chǎn)品分析、改進(jìn)等。

1 方案設(shè)計(jì)

1.1 功能需求

現(xiàn)有電纜網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)存在可靠性差、針對(duì)性強(qiáng)、不易擴(kuò)展等問題，使近年來研發(fā)生產(chǎn)的具有多插頭、多線芯、規(guī)模大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)的導(dǎo)彈型號(hào)的電參量檢測(cè)仍舊采用傳統(tǒng)手工測(cè)量的方法，該方法耗時(shí)費(fèi)力、易發(fā)生錯(cuò)檢漏檢等現(xiàn)象。針對(duì)以上問題，結(jié)合實(shí)際科研生產(chǎn)，設(shè)計(jì)的一體化檢測(cè)系統(tǒng)具備以下特點(diǎn)：

（1）滿足多種大規(guī)模導(dǎo)彈型號(hào)電纜網(wǎng)的自動(dòng)導(dǎo)通、絕緣和耐壓檢測(cè)；

（2）可以自學(xué)習(xí)、自檢和校驗(yàn)，能自動(dòng)生成詳細(xì)的數(shù)據(jù)報(bào)表并能查詢、存儲(chǔ)和打??；

（3）可以編輯技術(shù)參數(shù)，能夠?qū)牒途庉媽?dǎo)通、絕緣接線表。

1.2 原理分析

（1）導(dǎo)通電阻檢測(cè)

導(dǎo)通電阻檢測(cè)原理是根據(jù)歐姆定律求出電阻值的大小。由于彈上電纜網(wǎng)的電阻值要求很小，小于1～2 Ω，并且測(cè)試結(jié)果為實(shí)測(cè)值。常用的標(biāo)準(zhǔn)兩線接線方式會(huì)將所有轉(zhuǎn)接線、轉(zhuǎn)接頭、系統(tǒng)內(nèi)阻等電阻帶入最后的檢測(cè)結(jié)果，極大地影響我們所要測(cè)量的電纜網(wǎng)的電阻值[6]，標(biāo)準(zhǔn)兩線檢測(cè)法電路如圖1所示。

圖1 兩線檢測(cè)法電路圖

圖中RS1和RS2為檢測(cè)儀表的系統(tǒng)內(nèi)阻，RL1和RL2為轉(zhuǎn)接線的電阻，RC1和RC2為轉(zhuǎn)接頭的接觸電阻，R實(shí)際為實(shí)際要測(cè)試的彈上電纜網(wǎng)的電阻值。

從電路圖回路中分析得知檢測(cè)儀表測(cè)試的電阻值R檢測(cè)、R實(shí)際和檢測(cè)誤差系數(shù)K為：

由公式（1）-（3）分析得知，轉(zhuǎn)接頭與轉(zhuǎn)接線電阻及檢測(cè)儀表內(nèi)阻之和與被測(cè)電阻的比值越大，測(cè)量誤差系數(shù)越大。如果檢測(cè)電阻值為2 kΩ，而其他的電阻之和為2 Ω，則誤差在0.1%左右，非常小可以忽略，如果檢測(cè)的電阻為1～2 Ω，誤差則高達(dá)50%～66.7%，嚴(yán)重影響了要檢測(cè)的彈上電纜網(wǎng)的阻值。為了滿足檢測(cè)小電阻的需求和同時(shí)消除轉(zhuǎn)接線及轉(zhuǎn)接插頭的電阻值，提高系統(tǒng)的測(cè)量精度，采用了Kelvin四線法進(jìn)行小電阻的檢測(cè)。

四線法，又稱為四端點(diǎn)測(cè)量技術(shù)、開爾文測(cè)量法[7]，四線檢測(cè)電路原理圖如圖2所示。該方法關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是分離了電流和電壓的電極，消除了布線和轉(zhuǎn)接接觸電阻的阻抗，是一種電子線路中的阻抗測(cè)量法，主要用于電阻阻值的精確測(cè)量。

圖2 四線檢測(cè)法電路圖

電路圖中RL11和RL12表示轉(zhuǎn)接線電阻、RC11和RC12表示轉(zhuǎn)接頭電阻。由電路圖分析得知，測(cè)量回路是電壓表，阻抗很高可達(dá)兆歐甚至更高，此時(shí)回路電流I2基本為0，電流I恒幾乎沒有分流流過待測(cè)電阻R實(shí)際，即R檢測(cè)=R實(shí)際。

（2）絕緣電阻和耐壓檢測(cè)

絕緣電阻的檢測(cè)原理同樣是利用歐姆定律，不同點(diǎn)在于通過給被測(cè)試電纜網(wǎng)施加一定大小的高壓電源進(jìn)行測(cè)試。通過檢測(cè)電纜網(wǎng)絕緣介質(zhì)上的泄露電流可以得出相應(yīng)的絕緣電阻值。

在恒定的電壓作用下一般絕緣介質(zhì)內(nèi)部主要由電容電流I1、吸收電流I2和泄漏電流I3組成，接線原理和電流吸收曲線[8]如圖3中a和b所示。

圖3 接線原理和電流吸收曲線

通過分析電流吸收曲線得知電容電流I1和吸收電流I2經(jīng)過一段時(shí)間后會(huì)逐漸的接近為0，泄露電流I3基本沒有改變，因此絕緣電阻R=U/I3。

耐壓檢測(cè)又稱為高壓檢測(cè)或介電強(qiáng)度檢測(cè)，基本原理和絕緣電阻相同，把一個(gè)高于正常工作的高壓電源加載被測(cè)電纜網(wǎng)的絕緣體上，并持續(xù)一段規(guī)定的時(shí)間后檢測(cè)電纜網(wǎng)絕緣體上的漏電電流是否在規(guī)定的范圍內(nèi)。

1.3 總體方案設(shè)計(jì)

彈上電纜網(wǎng)電參量一體化檢測(cè)系統(tǒng)具備導(dǎo)通電阻、絕緣電阻及耐壓絕緣檢測(cè)的功能。該系統(tǒng)由硬件和軟件系統(tǒng)組成，系統(tǒng)架構(gòu)如圖4所示，主要包括系統(tǒng)控制柜、MK專用電纜連接測(cè)試機(jī)、電纜轉(zhuǎn)接插頭、控制電路板、顯示器和打印機(jī)、工控機(jī)及數(shù)據(jù)庫(kù)、通信與交互和MK軟件系統(tǒng)等幾部分。

圖4 電參量一體化檢測(cè)系統(tǒng)架構(gòu)圖

1.3.1 硬件系統(tǒng)

結(jié)合實(shí)際科研情況從硬件的性能、測(cè)量精度、速度和可靠性等方面考慮，對(duì)主要硬件的選取和轉(zhuǎn)接關(guān)系進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（1）工控機(jī)

本系統(tǒng)選用的研華工控機(jī)，是專門為工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)緊湊、抗震、抗電磁干擾性強(qiáng)的計(jì)算機(jī)，該設(shè)備具有多種連接端口，擴(kuò)展性強(qiáng)、穩(wěn)定性高、可靠性大等優(yōu)點(diǎn)。

（2）MK專用電纜連接測(cè)試機(jī)

采用由MK公司提供的專用電纜連接測(cè)試機(jī)，此硬件模塊是航空航天領(lǐng)域常用的進(jìn)口電纜檢測(cè)機(jī)。根據(jù)目前航天武器產(chǎn)品的點(diǎn)位實(shí)際檢測(cè)需求，共選用了8個(gè)測(cè)試機(jī)，如圖5所示，每個(gè)測(cè)試機(jī)包括四個(gè)38芯的轉(zhuǎn)接插頭，最多可滿足同時(shí)檢測(cè)1216個(gè)電纜網(wǎng)點(diǎn)位。

圖5 MK專用電纜連接測(cè)試機(jī)

（3）控制電路板

控制電路板集成了PCI1780計(jì)數(shù)板卡、串行通信板卡、PCI8002數(shù)據(jù)采集板卡等模塊，主要用于測(cè)試機(jī)繼電器組的控制、數(shù)據(jù)采集、檢測(cè)頻率與響應(yīng)速率及工控機(jī)數(shù)據(jù)通信與交互等功能。

（4）電纜轉(zhuǎn)接插頭

為了滿足不同型號(hào)航天武器導(dǎo)彈產(chǎn)品電纜網(wǎng)檢測(cè)及實(shí)現(xiàn)接口的統(tǒng)一、準(zhǔn)確、快速插拔等特點(diǎn)，該系統(tǒng)選用了10個(gè)由杭州航天電子有限公司生產(chǎn)的120芯型號(hào)為Y2-120ZJLM的插座，主要用于和MK專用測(cè)試單元轉(zhuǎn)接電纜的連接，實(shí)現(xiàn)1200個(gè)點(diǎn)位的轉(zhuǎn)接測(cè)試口，同時(shí)選用120芯型號(hào)為Y2-120TK的插頭作為工藝電纜的轉(zhuǎn)接插頭用來與檢測(cè)系統(tǒng)的對(duì)接插座對(duì)接，可以滿足不同武器的彈上電纜網(wǎng)電參量檢測(cè)的需求[9]。

彈上電纜網(wǎng)電參量一體化檢測(cè)系統(tǒng)硬件之間的轉(zhuǎn)接關(guān)系流程示意圖如圖6所示。

圖6 硬件轉(zhuǎn)接關(guān)系流程示意圖

1.3.2 軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)通信與交互和MKAu-toMeg軟件系統(tǒng)等部分組成，主要用于人機(jī)交互、硬件數(shù)據(jù)采集、發(fā)送控制指令、評(píng)定檢測(cè)結(jié)果、查詢保存及打印測(cè)試報(bào)表等功能。

（1）數(shù)據(jù)庫(kù)

Microsoft Office Access 2007是由微軟發(fā)布的關(guān)聯(lián)式數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)，該數(shù)據(jù)庫(kù)提供了表生成器、查詢生成器、報(bào)表設(shè)計(jì)器等多種可視化的操作工具，以及數(shù)據(jù)庫(kù)向?qū)?、表向?qū)А⒉樵兿驅(qū)?、?bào)表向?qū)У榷喾N向?qū)В梢允褂脩魺o需具有深厚的數(shù)據(jù)庫(kù)知識(shí)即可使用的交互式設(shè)計(jì)，并具有界面友好、接口靈活、易學(xué)易用、開發(fā)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，是典型的桌面數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)[10]。

（2）通信與交互

系統(tǒng)采用了RS232及USB通信模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，通過設(shè)置工控機(jī)特有的串口屬性，如端口號(hào)、數(shù)據(jù)位、波特率等參數(shù)，匹配對(duì)應(yīng)的MK控制板電路串口模塊屬性，實(shí)現(xiàn)上位機(jī)與硬件之間數(shù)據(jù)通信與交互的功能。

（3）MKAutoMeg軟件系統(tǒng)

MK AutoMeg軟件系統(tǒng)集成了簡(jiǎn)單的流程圖工具來編輯、修改檢測(cè)程序，具有圖形化、模塊化、方便操作等優(yōu)點(diǎn)，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)自學(xué)習(xí)、自檢、自校驗(yàn)的功能，可以編輯技術(shù)參數(shù)，能夠?qū)牒途庉媽?dǎo)通、絕緣接線表，可以自動(dòng)生成評(píng)定檢測(cè)結(jié)果、查詢及打印等。

2 工藝試驗(yàn)與結(jié)果分析

彈上電纜網(wǎng)電參量一體化檢測(cè)系統(tǒng)研制完成后進(jìn)行了系統(tǒng)的硬件安裝和軟件調(diào)試，并通過某型號(hào)電纜網(wǎng)部分插頭進(jìn)行了系統(tǒng)的驗(yàn)證及工藝試驗(yàn)工作。彈上電纜網(wǎng)電參量一體化檢測(cè)系統(tǒng)如圖7所示。

圖7 彈上電纜網(wǎng)電參量一體化檢測(cè)系統(tǒng)

（1）參數(shù)設(shè)置

打開MK AutoMeg檢測(cè)程序主菜單，新建測(cè)試程序，根據(jù)彈上電纜網(wǎng)電參量的技術(shù)要求，導(dǎo)通電阻小于2 Ω，絕緣電阻不應(yīng)小于20 M，漏電流不大于500 μA并按表1電參量檢測(cè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

表1 電參量檢測(cè)參數(shù)設(shè)置

（2）工藝試驗(yàn)

通過對(duì)某型號(hào)彈上電纜網(wǎng)1XS10、1XP23的插頭作為工藝試驗(yàn)對(duì)象與工藝電纜以及系統(tǒng)的轉(zhuǎn)接插頭對(duì)接，編輯測(cè)試程序?qū)υ囼?yàn)電纜的導(dǎo)通、絕緣、耐壓檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了試驗(yàn)驗(yàn)證。其中一部分工藝試驗(yàn)數(shù)據(jù)檢測(cè)結(jié)果如圖8所示。

（3）結(jié)果分析

由圖8工藝試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果分析可以看出導(dǎo)通、絕緣、耐壓實(shí)測(cè)值數(shù)據(jù)均滿足電纜網(wǎng)電參量的技術(shù)參數(shù)要求，隨著航天產(chǎn)品電纜網(wǎng)檢測(cè)任務(wù)不斷加重，相比傳統(tǒng)手工檢測(cè)，速度更快、準(zhǔn)確率與自動(dòng)化程度更高，滿足了目前彈上電纜網(wǎng)電參量的檢測(cè)需求。

圖8 工藝試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果

3 結(jié)語(yǔ)

通過研究總結(jié)國(guó)內(nèi)外電纜網(wǎng)檢測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展，結(jié)合目前實(shí)際科研生產(chǎn)中電纜網(wǎng)檢測(cè)的現(xiàn)狀和存在的問題，提出了一種基于MK AutoMeg平臺(tái)的電纜網(wǎng)電參量一體化檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，講述了系統(tǒng)的檢測(cè)原理以及主要硬件、軟件的選取和轉(zhuǎn)接關(guān)系，并開展了工藝試驗(yàn)驗(yàn)證和結(jié)果分析，取得了良好的工藝效果，大大提高了彈上電纜網(wǎng)電參量檢測(cè)的效率和質(zhì)量，目前該系統(tǒng)已投入生產(chǎn)使用中，運(yùn)行良好。