基于LabVIEW的某型导弹电爆管引信测试仪的设计

王　茜， 蔺佳哲， 谢　楠

(1.空军勤务学院 航空弹药系， 江苏 徐州　221000； 2.空军勤务学院 航空四站系， 江苏 徐州　221000)



基于LabVIEW的某型导弹电爆管引信测试仪的设计

王茜1， 蔺佳哲1， 谢楠2

(1.空军勤务学院 航空弹药系， 江苏 徐州221000； 2.空军勤务学院 航空四站系， 江苏 徐州221000)

虚拟仪器技术因其功能多样、测量准确、集成方便灵活等特点,在机载弹药测试领域得到广泛应用。选取某型导弹电爆管引信测试仪为研究对象,针对该型测试仪存在的缺陷和使用中遇到的问题,采用虚拟仪器技术,对其进行了重新设计,可以有效消除测试中的误差,进行实时的数据采集、显示、存储及数据的进一步处理,提高了测试的可靠性和准确性。同时,利用LabVIEW自带的WEB发布工具,可以将虚拟仪器发布到局域网中,实现远程测试的功能。

电爆管引信;虚拟仪器;数据采集;LabVIEW;测试

0　引　　言

航空弹药装备是空军装备的重要组成部分， 其性能和质量的好坏将直接影响航空兵部队的作战效能。 近年来， 各种新型的制导弹药逐渐装备部队。 制导弹药是集光、 电、 机等高新技术为一体的高技术产品， 结构复杂， 如何正确使用、 保管、维护制导弹药装备， 使其经常处于良好状态， 及时、 准确、 优质地实施保障， 是空军机关、 部队面临的一项艰巨的任务。

制导弹药的维护内容较多， 不仅要定期对制导弹药本身和包装箱的外观状况进行确认， 而且要定期对制导弹药的技术状态进行判断。 制导弹药技术状态的确定比较复杂， 要根据其内部参数的大小来确定， 而要获取内部参数的大小， 必须利用一定的技术手段对其进行测试。 测试结果能够显示出制导弹药内部参数的情况， 并作为判断其技术状态的最终依据。 电爆管引信测试仪用于对导弹电爆管引信的相关参数进行测试， 现有的某型电爆管引信测试仪， 其测试过程不够简便， 测量结果只能是操作人员读取后再记录， 因此， 存在很大的人为误差； 而且在实际使用过程中， 测试仪的指针指示不稳定， 容易受到静电的影响， 这些均对测试结果的可靠性产生影响。

1　测试需求分析

对于某型导弹来说， 电爆管引信参数的测量就是对制导舱的氮气瓶点火器、 热电池点火器， 战斗部装置的保险执行机构起爆器， 火箭发动机装置的点火器、 短路线以及近炸引信引爆电容的各个参数值的测量。 其中， 制导舱的氮气瓶点火器、 热电池点火器， 战斗部装置的保险执行机构起爆器以及火箭发动机装置的点火器、 短路线等需要测量的参数属于电阻值； 近炸引信引爆电容需要对其寄生电压进行测试， 属于电压参数。 本测试仪由于是对电爆管引信的参数进行测试， 需要实时监测电路中的电流值， 确保测试过程中的电流在安全电流以内， 防止电爆管意外发火。

综上所述， 测试仪涉及到的信号类型为电阻、 电压和电流， 需要采用的硬件包括电阻测量模块、 电压测量模块和电流测量模块。

根据虚拟仪器的设计理念， 虚拟测试设备的核心部分应该是软件程序的开发[1]， 要使硬件中的测量模块完成测试的功能， 必须有软件加以驱动。 NI公司的LabVIEW软件功能强， 广泛应用于各类测试领域,可以实现更为精确的测量[2-4]， 而且LabVIEW及其图形化数据流编程语言， 能创建直观的图形化代码， 在编程时可以比其他语言更贴切地展现用户的思维过程。 因此， 软件程序采用LabVIEW进行开发， 具体的系统组成如图1所示。

图1系统组成

2　系统硬件设计

2.1小电阻测量方法

由于电爆管引信测试的参数值较小， 本文需要设计专用测试小电阻的测试接口电路。 对于小阻值电阻的测量， 由于其阻值和导线电阻大小相当， 所以测量中必须考虑消除导线电阻的影响。 在导线的选择上， 尽量选用粗导线； 导电率尽可能高； 接触面尽量大， 以减小接触电阻[5]。

在测量方法上， 该设计采用四线法测量微弱电阻,如图2所示， 可以很好地保证精度[6]。 四根导线因为选用相同的材料， 阻值基本相等， 约为R0， 电流从1端流进， 从4端流出。 2， 3端为测量端， 由于流过2端上R0的电流I2和流过3端上R0的电流I3的方向相反， 导线上电压降相互抵消。 所用的数据采集卡输入电阻一般大于l MΩ， 远大于被测量电阻， 流过2， 3端的电流远远小于流过Rx上的电流。 所以，Ux等于Rx的压降， 消除了导线电阻的影响， 保证了测量精度。

图2四线制测量电阻法

2.2数据采集卡的选择

根据测试需求， 测量的参数有： 制导舱的氮气瓶点火器电阻、 热电池点火器电阻； 战斗部装置的保险执行机构起爆器电阻RD1，RD2； 火箭发动机装置的点火器电阻RF1、 短路线电阻RF2； 近炸引信引爆电容C1，C2上的寄生电压共8个参数， 同时临时占用其他测试参数的通道, 对测试电路中的电流值进行实时监控。

对比市场流行的USB数据采集卡， NI USB-6009在性能和价格上具有很大的优势， 应用范围较广。 同时， 作为NI公司的数据采集卡， 其与LabVIEW开发平台的数据交互接口设计十分简单， 且具有以下特点：

(1) 8路模拟输入通道(14位分辨率, 48 kS/s)， 2路模拟输出通道(12位分辨率, 150 S/s)；

(2) 12条数字I/O 线, 32分辨率计数器；

(3) 方便而易于携带的总线供电型设计， 获取用于OEM 的仅含板卡的套件；

(4) 可用于Windows， Mac OS X， Linux 和Pocket PC 的驱动软件， NI-DAQmx 驱动软件和NI LabVIEW Signal Express 交互式数据记录软件。

3　系统软件设计

导弹设计定型中规定配套电爆管引信测试仪的电阻测量范围为0～3 Ω， 其误差值为±1.5%； 电压测量的范围为0～0.1 V， 其误差值为±1.0%。 通过最大电流27 mA(此最大电流是指错误操作的情况下)， 正确操作的情况下， 通过电爆管的电流不超过6 mA。 因此， 测试仪必须设计一个电流监控系统， 该系统可以在电流超出安全电流时自动停止测试。 正常情况下， NI USB-6009数据采集卡产生的激励信号不会超过5 mA。

本文设计的虚拟电爆管测试仪包括制导舱参数测量部分、 战斗部起爆器参数测量部分、 火箭发动机参数测量部分以及近炸引信引爆电容参数测量部分。 其他功能的实现都放置于主程序中。 由于这四个部分的测试编程思路相近， 本文以制导舱参数测量部分为例， 进行相关功能模块的设计， 该部分程序框图如图3所示。

图3制导舱参数测量程序框图

LabVIEW编程支持面向对象和面向过程的编程方法， 由于设计的测试仪功能较为简单， 采用面向过程的编程思路有利于发挥LabVIEW数据流的编程优势[7]。

制导舱参数测量部分程序是一个平铺式顺序结构， 包括一个或多个顺序执行的子程序框图或帧。 平铺式顺序结构可确保子程序框图按一定顺序执行。 其数据流不同于其他结构的数据流。 所有连线至帧的数据都可用时， 平铺式顺序结构的帧按照从左至右的顺序执行。 每帧执行完毕后会将数据传递至下一帧， 即帧的输入可能取决于另一个帧的输出。 制导舱参数测量部分的数据采集和显示处于第一帧， 测量参数判断和电流监控处于第二帧， 数据保存处于第三帧。

3.1数据采集功能的实现

LabVIEW集成了功能强大的数据采集函数库Data Acquisition。 其中DAQ Assistant可以进行数据采集的快速设置， 还可以通过多路径启动数据采集助手[8]。

但是， 考虑到将设计的虚拟仪器直接应用于导弹电爆管参数测量中可能存在安全风险， 所以本文设计的虚拟电爆管引信测试仪采用LabVIEW自带的仿真信号VI来模拟真实的采样信号。 为了提高仿真信号的真实性， 在仿真信号中添加均匀白噪声作为实际测量过程中环境和电路板自身的干扰噪声。

3.2数据分析处理与电流监控功能的实现

本文设计的制导舱参数测量部分直接将采集的信号显示到前面板的波形图中， 十分形象直观。 同时， 利用均值VI将采集的数据进行分析， 计算均值后在软件前面板的数值显示控件中进行显示。 注意采集信号不能直接导入均值VI， 需要添加一个动态数据转换模块， 将采集信号的数据类型转换成可与其他VI和函数配合使用的数值类型。

当测量参数超出规定值时， 系统报警灯会变为红色， 提示用户该值不合格。 为了增加软件的友好性， 设计了LED的属性节点， 这样红色报警灯会持续闪烁。 同时， 前面板的文本框控件显示为“超限”。 如果测量参数处于正常范围内， LED灯不会亮起， 前面板文本框控件显示为“正常”。 电流监控模块设计较为简单， 将采集到的电路电流参数与最大允许电流值进行比较， 如果超出范围， 即电流值超标， 比较VI直接将停止信息输出到While循环的停止控制上， 整个程序停止执行。

3.3数据保存功能的实现

对于一个完整的测试系统或数据采集系统， 经常需要将硬件的配置信息写入配置文件或者将采集到的数据以一定格式存储在文件中保存数据[9]。 为了满足不同的数据存储格式和性能需求， LabVIEW提供了多种文件类型， 主要分为两种：

(1) 基于文本的测量文件(LVM文件)。 该文件将动态数据按一定的格式存储在文本文件中。 可以在数据前加上一些信息头， 例如采集时间等， 可由Excel等文本编辑器打开查看其内容。

(2) TDM Streaming文件(TDMS文件)。 该文件是LabVIEW8.2对TDM文件的改进。 比TDM文件的读写速度更快， 使用更简单方便， 因此非常适合用来存储数量庞大的测试数据。

针对虚拟电爆管测试仪测试需求， 使用LVM文件格式较为合适。 具体设计为在一个执行次数为10次的For循环中， 添加一个写入测量文件VI， 设置相关参数， 如文件存储路径、 文件存储格式等即可。

4　仿真实验

利用设计好的虚拟电爆管引信测试仪， 进行仿真实验， 论证设计的可行性和可靠性。 同时， 利用WEB发布工具将测试软件发布到局域网中， 用户只需要一台接入局域网的电脑， 利用浏览器就可以实现测试功能[10]。

电爆管引信测量参数中制导舱的氮气瓶和热电池点火器电阻标准范围大致为0.4～1.0 Ω。 具体的测试界面如图4所示。

图4电爆管引信测试仪软件界面

表1　氮气瓶点火器电阻测量值分析表

表2　热电池点火器电阻测量值分析表

根据相关理论公式， 最终系统的误差为

(1)

由式(1)可知温湿度的相对误差值分别为0.642%和0.519 7%， 考虑到规定的电爆管引信测试仪的误差为±1.5%， 该电爆管引信系统测试数据完全符合测试要求。 与现在使用的测试仪5%的精度相比， 具有一定的优越性。

从仿真实验结果可以看出系统基本能够满足对相关参数的测试要求。 软件设计和硬件设计符合电爆管引信的测试需求， 简化了测试流程， 减轻了操作人员工作量， 满足航空弹药快速应急保障的需求， 对于实现航空弹药保障装备信息化具有重要的意义。

5　结　　论

本文分析了传统电爆管引信测试仪的不足之处， 利用LabVIEW 2012编制了虚拟电爆管引信测试仪的主界面， 及各模块(制导舱参数测量部分、 战斗部起爆器参数测量部分、 火箭发动机参数测量部分以及近炸引信引爆电容参数测量部分)的前面板和框图程序， 实现了对电爆管引信参数的测试和分析功能。

同时， 本文对电爆管引信测试仪系统的功能研究仍然不足， 还需要进一步的开发研究； 数据存储模块只完成了向记录文件的存储， 没有实现向Excel表格的存储[12]， 这一方面有待进一步完善； 所开发的虚拟电爆管引信测试仪远程测试功能不够完善， 需进一步利用WEB开发技术实现真正意义上的远程测试。

[1] 王艳霞. 基于LabVIEW的虚拟谐波测试仪的设计[D]. 太原： 太原科技大学, 2009.

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Design of Certain Missile Electric Detonator Testing Instrument Based on LabVIEW

Wang Qian1， Lin Jiazhe1， Xie Nan2

(1.Department of Aviation Ammunition, Air Force Logistics College, Xuzhou 221000, China；2. Department of Aviation Four Stations, Air Force Logistics College, Xuzhou 221000, China)

The technology of virtual instrument is widely used in airborne ammunition testing equipment for its diverse functions, accurate measurement and easy integration. Selecting a certain type of missile electric detonator testing instrument as the research object and aiming at the problem of this testing instrument, the new testing instrument is designed by virtual instrument technology. It can effectively eliminate the error in test, realize the data acquisition, display, storage and data processing, and improve the reliability and accuracy of the testing instrument. Meanwhile, using the WEB publishing tools of LabVIEW, the virtual instrument can be applied into local area network to achieve the function of remote testing.

electric detonator; virtual instrument; data acquisition; LabVIEW; testing

10.19297/j.cnki.41-1228/tj.2016.03.015

2016-01-05

王茜(1967-)， 女， 安徽萧县人， 硕士， 副教授， 研究方向为机载弹药技术维护。

TP430.6

A

1673-5048(2016)03-0066-05