可配置高精度火工装置测试仪的设计与实现*

雷峰成，程鹏，邵云峰

(北京电子工程总体研究所，北京，100854)

可配置高精度火工装置测试仪的设计与实现*

雷峰成，程鹏，邵云峰

(北京电子工程总体研究所，北京，100854)

为提高型号火工装置阻值测量设备的通用性和测量的自动化程度，提出了一种基于四线制测量方法的测试方案，通过开关矩阵的切换配置不同测量通道，对不同测量通道被测电阻上产生的mV级电压值进行差分运算放大，对放大后的电压值进行A/D转换得到电压的数字量，通过微处理器进行数字滤波处理，将最终的电阻值进行显示、存储和传输处理。相对于目前使用的火工装置阻值测量设备极大的提高了测量通用性和测量自动化程度。

火工装置；小电阻测量；可配置通道；自动测试；四线制测量；导弹测试

0 引言

导弹火工装置阻值测量是导弹综合测试的重要步骤，是关系到导弹是否能正常发射及飞行的重要参数。一般而言，弹上火工装置的阻值比较小，一般单桥电火工装置阻值在(1±0.1) Ω左右[1]，并联桥路的阻值在(0.5±0.05) Ω左右，对测试精度要求较高。此外，从测试安全性角度出发，要求采用长电缆远距离测试，对测试电压和电流也有严格规定。多年来，各个型号导弹火工装置测试中，大多采用手动方式进行火工装置阻值测量。一般采用专用电缆网及开关切换的方式，将弹上的对应火工装置两端引入专业测试仪表进行阻值测量，这些传统的火工测量装置存在通用性、兼容性差，测量误差较大，测试自动化程度低；体积大，质量大[2-5]。

针对现有火工装置阻值测量设备存在的局限性。本文提出了具有远程控制功能的小型化自动化通用火工装置阻值测量方案，在安全测试的条件下大大提高了测试的自动化程度。

1 测量设备需求分析

针对现有火工装置测量设备存在的局限性，从以下几个方面进行需求分析：

(1) 通用性、兼容性需求：目前各个型号使用的火工品阻值测量设备，是根据本型号弹上火工品的特性和电气接口特性量身定制的设备，测量通道数量和测量精度各不相同，也不利于不同型号之间的通用，增加了型号应用的研制周期和研制成本；需要研制测量通道可以根据不同型号的需求，进行灵活配置，并且预留扩展空间和能力。

(2) 测量精度需求：目前的测量装置多是采用内嵌三用表的两线制测量方法，引入了测试回路线缆阻值，影响测量精度和测量效率。

(3) 测量自动化需求：目前的火工品阻值测量设备多是人工读取、记录测量数据，且采用手动方式切换测试通道和测量量程，自动化程度低，随着武器装备的批量生产，对自动化测试的需求非常迫切。

上述局限性严重阻碍了导弹火工装置测量的自动化程度，不能适应导弹测试的快速化要求。

2 四线制测量小电阻原理

在传统的小电阻阻值测量方法中普遍使用二线制的测量方法，当被测电阻的阻值与测量导线的阻值相近时，测量导线引入的测量误差将大大增加测量误差。

四线制测量[6]原理如图1所示，在待测火工装置的两端分别引出测量导线，将待测火工装置上产生的电压值引到电压采集模块。其中R1，R2为供电回路线阻，R3，R4为测量回路线阻。测量回路中电压采集模块的内阻很大，则在R3，R4电阻上不产生电压，电压采集获得的数值即为待测火工装置上产生的电压值。采用四线制的小电阻测量方法有效的消除了测量导线引入的测量误差[7]。

基于上述分析在本文的设计中对小电阻的测量采用四线制的测量方法，以消除测量电缆带来的测量误差。

3 系统方案设计

3.1 总体方案

本文提出的火工装置测量设备如图 2所示。为了满足上述可配置高精度火工装置测试仪的研制需求，将复杂的电路控制功能集中在测量通道配置模块和测量控制模块功能模块上。

3.2 测量通道配置模块设计

基于A/D转换电路和恒流源电路的分时复用设计原理，测量通道配置模块接收来自测量控制模块发出的I/O控制信号，控制对应测量通道继电器的通/断，完成待测火工品与采集模块和恒流源模块的连接，构成对外部被测火工品的闭合回路，如图 3所示。

测量通道配置模块通过微处理的配置文件对测量通道的测量顺序进行可控性配置管理，进而满足不同型号测量要求。

3.3 测量控制模块设计

被测火工装置上产生的毫伏级电压值[8]作为运算放大电路的输入模拟量[9]。经过运算放大电路将输入的电压模拟量按照一定的比例进行放大，放大后的电压值通过A/D转换处理为数字量，微处理器对数字量电压值进行算术滤波处理，即得到测量值。A/D转换采用16位/输入范围-5 V～+5 V的转换器。

图2 系统组成框图Fig.2 Block diagram of system composition

图3 测量通道配置模块示意图Fig.3 Schematic diagram of measurement channel configuration module

为了降低小电阻上毫伏级电压值的变动对测量精度的影响，采用N倍的放大系数。原理如图4所示。

由低功耗、低噪声的运算放大器和电阻共同组成差分输入运算放大电路，作为测量信号差分输入放大电路。通过电阻的匹配实现不同放大倍数，提高A/D的采样精度，减小了地环流对测量精度的影响，提高了测量精度[10-12]。

3.4 软件设计

火工测试软件控制火工装置测量设备完成各种火工装置阻值的测试。采用WINCE操作系统，实现测试仪的人机交互功能、测量方案配置功能、结果显示功能、远程控制功能和文件存储功能。如图5所示。

4 测量精确度优化

图4 差分运算放大电路图Fig.4 Differential operational amplifier circuit

图5 软件流程图Fig.5 Flow chart of software

图6 差分运算放大器Fig.6 Differential operational amplifier

基于上述分析，对上述4个电阻进行精确筛选，选用R1=1.986 kΩ，R2=1.982 kΩ，R3=3.975 kΩ，R4=3.971 kΩ，R3/R1=2.001确保阻值精确相等和放大倍数无限接近于2。同时修改处理器中运算放大倍数参数数值为2.001。有效地提高了测量精度。如表1所示为实际测量数据。

表1 小电阻测量结果对比表Table 1 Comparison of results of small resistance testing

5 本方案特点

本文设计的可配置高精度火工装置测量设备具有以下特点：

(1) 较高通用性、可扩展性。具有15通道小电阻测量能力，通道配置可以根据不同型号的需求，进行灵活配置，能够满足不同型号的测试需求，并且预留扩展空间和能力。

(2) 高精度小电阻测量。使用电阻四线制测量方法，使得测量回路线缆电阻与测量对象无关，减少误差；同时，装置内部采用16位高精度AD转换器，数据分辨率高，加上成熟的软件算法，有效提高火工品小电阻测量精度。

(3) 全自动化测试。配套友好的人机交互界面和型号配置文件，一键式操作实现自检、测试、校准，根据配置文件自动进行测量通道切换和测量结果记录、存储和上传远端操作。

6 结束语

本文设计的可配置高精度火工装置阻值测量设备方案合理可行，并进行了小批量生产。在相关型号的研制、批产过程中进行测试、使用。能够满足型号研制生产需求。经过实际使用，比对测量时间成倍缩减，测量精度大幅提高。有效地提高了导弹火工装置测量的自动化程度。

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Design and Implementation of Configurable High Precision Tester for Initiating Device

LEI Feng-cheng，CHENG Peng，SHAO Yun-feng

(Beijing Institute of Electronic System Engineering，Beijing 100854，China)

In order to improve the generality of the initiating device tester and the automation of the measurement, a test scheme based on a four-line small resistance measurement method is presented. The measure channels can be configured through the switch.The voltage(mV) is amplified, A/D translated and processed in MCU. The small value of resistance is displayed,stored and transmitted. This test scheme greatly improves the automation and precision of the tester.

initiating device；small resistance testing；configurable channel；automatic testing；four-line small resistance measurement；missile testing

2016-06-20；

2016-11-18

有

雷峰成(1979-)，男，北京人。高工，硕士，研究方向为导弹发射控制技术

10.3969/j.issn.1009-086x.2017.03.026

TJ768.2；TP273

A

1009-086X(2017)-03-0167-05

通信地址：100854 北京市142信箱30分箱