深弹发射装置信号采集与检测系统设计

唐扬 刘承禹 胡科强

（1. 海军工程大学兵器工程系，武汉430033; 2. 北京二炮研究院，北京100085）

1 引言

我军现有大量武器装备系统采用模拟系统，不具备状态监测和诊断功能。新研制的武器系统，对其工作的自检查和故障的自诊断是系统研制过程中一项重要的内容，也是所有新装备的功能发展提高的一个方面；对于已经服役的旧装备，以前通常的做法是研制离线的故障检测装置，等系统出现故障后，作为维修人员的检查手段，这种做法对装备的保障能发挥一定的作用，但不能进行预防性的监测。如何能在线监测系统的工作状态，并作出分析判断，同时具有故障诊断和在线处理的能力，对武器装备的维护保养将发挥更有效的作用，更好地满足部队装备保障训练的要求。

本文结合现役深弹发射装置设计采用 NI PCI-6225数据采集卡，运用虚拟仪器及其相关技术设计检测仪，对系统进行多路数据同时采集，具有采集数据实时显示、存储、状态诊断等功能。

2 总体设计

2.1 设计原则

由于检测系统是针对现役的实际装备，而同一型号装备在不同类型的舰艇具有差异，设计时要分析装备中带有普遍性的问题，设计的模块应能解决不同舰艇上该型装备的共同问题，同时也需给特殊的问题留有监测备用接口。设计的检测系统应尽量容易实现，操作简便。同时需安全、可靠，使用时不能对原装备的正常工作有任何影响，以低功耗和便携为特点，考虑总体优化设计。

2.2 设计方案

深弹随动系统信号采集与检测系统要完成的主要功能是监测和检查武器系统的工作状态，监测和分析工作状态的依据是采集必要的工作信号，所以总体方案中信号采集系统的选取设计非常关键，其次是诊断软件的开发设计。

图1 检测仪总体设计框图

深弹发射装置其主要工作信号包括交流信号和直流信号，方案组成框图如图1所示，其中主机采用便携式工业控制计算机平台，各功能组件采用插卡形式，采用的信号采集模块为市购成熟的产品，并留有标准的扩充接口供更多信号和设备接入。

3 硬件设计实现

3.1 硬件系统分析

旧型深弹发射装置主要特点是各控制部件、执行部件分散，接线长而多。对于现役装备，我们不能从工厂生产制造入手，改进装备增加检测接口；而利用各种转接电缆的空余芯线，简单增加连线，只能得到很少的一部分信号，同时也要改动装备，不能满足状态监测的需要。如何尽可能多的获取系统的检测点，又不改动装备和到处飞线，立足装备本身，在不改动原连线结构前提下，设计信号的采集接口将需要的各种信号引出。

深弹发射装置选取的直流信号都可以从控制柜上直接取信号，信号类型包括两种直流电源信号，放大器和执行电动机的相关特征信号以及误差指示信号。

选取的交流信号也是直接从控制柜上采集，信号类型包括两种交流电源信号，各部分自整角机的激磁信号和误差剩余电压。综上所述，在系统分析原理的基础上，本着能尽可能多和细的定位故障的原则，在尽可能少飞线或不飞线的条件下，对火箭深弹发射系统共选取 50个信号采集点，其中34路直流量检测信号和16路交流量检测信号，这 50路信号包括了发射系统的跟踪瞄准、发射控制、动静态性能和基本的电源信号，能够很好的体现发射系统的工作状态，对原控制柜的连接电缆不用做任何调整，利用直接引线的方式接入信号调理箱。

为了体现便携实用的原则，技术方案考虑采用由便携式计算机系统和信号采集处理系统两大模块构成，信号采集处理系统用来采集各种控制信号，计算机系统用来开发软件和对采集来的信号进行处理。控制系统的信号数量和种类比较多，这其中很多信号不能直接采集进来，需设计合理的信号调理电路。考虑信号的种类较多，信号采集卡的处理能力应较强，拟选择高性能多通道的信号采集卡信号采集卡PCI-6225。

3.2 信号调理电路

检测仪器主要由微型计算机和信号测试处理板构成。微型计算机及测试软件用于对采集的信号进行图形显示、幅值计算、相位比较及结果的存储等等。

信号调理处理电路的功能是对外部直流测试信号和交流信号进行预处理。在设计时把直流信号和交流信号分开，单独设计成直流调理板和交流调理板，并考虑集中在一个信号调理箱内。

信号调理原理框图如图2所示。

图2 调理电路原理框图

信号调理电路主要有信号采集接口、放大和信号合成电路、信号滤波电路和输出接口电路组成，每一路信号处理电路的增益可调。

直流调理板原理图3所示，在每个外接测试通道连接一个标准测试信号（MAX值），可通过调整每一通道的多圈电位器（10K），在输出 68芯插座的相应引脚上，测试到应为5 V电压值，故放大倍数Vout/Vin=K。

图3 直流调理板原理

图4 交流调理板原理

图4为交流调理板原理，在输出 68芯插座的相应引脚，放大倍数Vout/Vin=K。

4 软件设计实现

4.1 软件框架设计

软件主要分四个模块，系统自动监测、系统静态检测、单机工作状态检测和单机动态性能检测。程序总体结构框图如图5。

图5 程序总体结构框图

4.2 数据安全

为提供系统安全，用户登录与数据存储采用MD5加密算法。

4.3 状态检测程序

全炮状态检测系统同时监测全部电路信号，当出现错误信号时进行提示，判断状态原因、位置等信息。

5 结论

本设计根据部队的实际状况以及现代测控技术的发展，在对深弹发射装置分析的基础上，使用信号采集处理技术及虚拟仪器技术实现对深弹发射装置进行在线状态检测。系统具备多通道数据采集以及保存和回放历史记录的功能，成功地实现了对深弹发射装置的故障检测和诊断。

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