基于虚拟仪器技术的信号模拟和测试系统设计＊

余锡斌 陈 可

（海军驻桂林地区军事代表室 桂林 541002）

1 引言

消磁控制设备主要用于控制变流装置输出电流，自动跟踪并抵消舰船在不同航向、纬度的感应磁场，从而减小舰船遭受水中兵器打击的可能性。对于内部磁场常常变化的舰艇，一旦消磁控制设备出现故障，舰船磁场值将会发生突变，舰船遭受水中兵器打击的可能性大大增加，直接影响到舰船生命力［1］。因此，消磁控制设备的技术保障工作十分重要。

在目前部队装备的舰载消磁控制设备中，缺乏专用的维修与测试仪器，在设备修理过程中需采用人工手动方式旋转磁探测器来模拟舰船航行时控制设备所接收到的地球磁场信号，该方式不但费时费力且影响到消磁设备控制精度；其次在设备维修后也无法检验其性能是否仍然满足设备出厂时的技术指标要求，给装备技术保障工作带来了较大的难度。

本文采用虚拟仪器的技术，把计算机强大的处理功能和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起，实现对不同负载平行环电流的精确设定，模拟产生零磁空间，并采用高性能单片机实时控制，模拟舰船在不同纬度区所接收的固定磁场或感应磁场，同时通过对消磁设备输出响应进行高速测试采样、计

2 仪器组成框图

在仪器结构设计中主要是针对本仪器所要实现的功能进行考虑，硬件部份主要由控制器、测控单元、三维平行环等器件组成，关系如图1所示。

图1 仪器组成框图

控制器由便携式笔记本电脑完成，主要是进行软面板设计，实现方便快捷的人机交互式操作界面，然后由测控单元实现各种信号的输出和采集［3～4］；三维平行环由测控单元输入电流信号实现对地磁场的模拟。

图2 信号输出模块原理框图

测控单元是本设备的核心设计部分，由以下两部分：

1）信号输出部分如图2所示，信号生成部分包括一个微控制器、平行环电流模块、信号回采模块和信号输出接口［5～6］。该部分有6路电流输出通道和6路电流回采通道，1路信号源通道和1路信号源回采通道。

2）信号采集部分：

信号采集部分如图3所示，包括一个微控制器、5路信号采集通道和信号输入接口，主要用于误差测试。

该部分有5路信号采集通道，通过计算机程序界面控制可以实现量程切换。

3 仪器软件设计

测试系统的运行，离不开软件的支撑。本仪器软件部份包括：系统软件和测试应用软件。系统软件即计算机操作系统用测试应用软件开发环境，用于管理与配置计算机和开发测试系统应用软件；测试系统应用软件主要建立软界面，用于参数设置、控制测试平台硬件资源、根据测试提出要求完成信号源输出，对测试信号的采集、运算、显示、绘图、存储并生成试验报告，由USB接口实现与测控单元之间的通信［7～9，12］。其主界面如图4所示，分为波形显示区、量程设置区、性能测试选择区、输入通道采集值显示区、输入通道控制区、通道电流和磁场系数区、平行环线圈常数设置区、参数设置区、模拟磁场区、信号源输出、校准等几大部分。

通过对界面参数的设置，由平行环内部实现模拟的零磁空间，再根据需要模拟不同地理位置地磁场信号，方便消磁控制设备的维修调试；另外根据被测消磁设备输出情况，在完成参数设置后，通过调用性能测试程序，可检测消磁控制设备动、静态等各项性能指标，检查修理后的消磁设备是否满足技术指标要求。

4 设备所具有的特点

采用虚拟仪器技术，把计算机强大的处理功能和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起，缩小了仪器硬件的成本和体积，同时通过测控单元实现了多通道大电流高精度的驱动、采集电路，可以实现精确驱动平行环产生三维地磁模拟信号和对多路信号的高速采样测试、计算，仪器适用性强。

图3 信号采集模块原理框图

采用多线程安全监控、通道间隔离保护等技术，提高了测试过程中的容错性。

软面板的设计突破了传统仪器在数据显示、处理和存储上的限制，界面直观，操作简便，能有效提高消磁设备的误差测试速度及维修效率。

图4 测试软件主界面

5 结语

本设备经部队消磁检修室对多型消磁控制设备的实际试用表明，应用本设备能实时、快速、准确的对消磁控制设备进行性能检测，可广泛应用于消磁装备的维修保障，有良好的通用性和适用性。仪器的推广应用可缩短消磁装备的维修时间、提高维修效率，对于提高装备的技术保障水平、增强舰艇的磁防护能力具有显著的军事和经济效益。

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