电子时间引信电路部件全流程测试系统设计.pdf

第 卷 第 期兵 器 装 备 工 程 学 报 年 月 收稿日期:修回日期:作者简介:马景()男博士研究生:.通信作者:李豪杰()男教授:.:./.电子时间引信电路部件全流程测试系统设计马 景李豪杰原红伟贺冠华(.南京理工大学 机械工程学院 南京 .淮海工业集团有限公司 山西 长治)摘要:为验证引信产品的主要功能和性能提高产品生产中的检测效率设计了一种引信电路部件全流程测试系统完成对引信电路部件时间装定功能、测速修正、触发、延期和自毁功能的全流程测试 采用继电器控制模块准确模拟引信开关信号和上电信号采用外接信号发生器模拟引信测速所需的地磁信号增强引信测试的可信度并减少设计的复杂性 采用一键式操作技术依次对引信时间装定、触发、延期、自毁等不同的工作模式进行模拟测试一套测试系统就可以对 种外观状态的引信进行测试测试输出结果由示波器直接读取测试时间短误差小大大提高了产品测试效率降低了成本 实验结果表明:测试系统可完成对引信功能的全流程测试检测结果满足测试系统所要求的误差范围符合功能设计的要求达到了引信电路部件测试的预期效果可为其他引信测试设备提供设计经验关键词:引信电路精度和可靠性全流程测试系统功能验证本文引用格式:马景李豪杰原红伟等.电子时间引信电路部件全流程测试系统设计.兵器装备工程学报():.:.():.中图分类号:文献标识码:文章编号:()(.):.:引言引信是利用目标信息与环境信息在预定条件下引爆或引燃战斗部装药的控制系统它的可靠性对整个武器系统的效能发挥有重要影响直接关乎作战任务的成败 随着智能引信的发展电子电路在引信的安全、起爆控制中起着越来越重要的作用且引信电路部件的功能越来越复杂因此有必要设计一套引信电路部件测试系统在引信生产过程中对引信的电路部件进行性能测试以确保引信在不同作用模式下仍具有较高的精度和可靠性并满足性能指标要求国外对引信测试系统的研究较早美国已经对部队配备了各军种专用的测试系统 国外在测试系统研究领域主要表现出以下 个方面的趋势:一是仪器总线接口标准的转变主要由、向 总线标准转变并将网络融入到了测试系统中 二是虚拟仪器技术的发展将控制和显示硬件以软件的方式呈现降低了系统成本并提高了可维护性 三是引信测试技术与其他新技术融合发展随着微电子技术的应用引信系统也变得更加智能化、复杂化对测试系统的要求也更高因而测试技术与其他新技术、多学科融合发展将成为测试系统发展的趋势 国内引信测试技术虽起步较晚但也取得了一定的成果 哈尔滨工业大学自动化测试研究院首次引进了 标准并且已经开始了基于 总线的测试装备的研制并取得了一定成就 王兵等对可编程测试仪进行了较为深入的研究实现了对引信的自动识别与合格性测试 陈浩等通过对引信通用测试仪的研究实现了对引信的自动识别、测试及结果判断在前文的研究中考虑了总线技术在测试系统中的应用对引信的测试大多只包含了引信电路一部分电参数的测试或者只有单一作用模式下对输入信号的模拟和测量并没有考虑引信在实际工作中多种作用模式下的时序输出响应在引信全流程测量上有一定的局限性 本文中所设计的全流程测试系统考虑了引信在不同作用模式下的输出响应并提出了模拟引信实际工作时开关信号和引信上电信号的方法最后验证了测试系统的稳定性和准确性 全流程测试系统总体设计全流程测试系统测试对象为某电子时间引信电路部件引信使用前首先对引信电路部件进行数据信息的装定装定完成后击发弹丸 弹丸被击发后启动开关闭合引信主控模块接收到启动开关闭合信号定时器开始计时 出炮口后引信电路部件对弹丸装定时间信息进行测速修正从而保证定距精度 当时间达到预定的计时时间引信电路模块输出起爆信号 引信电路部件还可以通过接收触发或延期模式数据实现弹丸的不同模式引爆输出基于上述分析得到测试系统的功能要求如下:)多功能测试需求:能够对引信电路部件进行时间装定功能、测速修正、触发、延期和自毁功能的测试)供电需求:能够为引信提供工作电源且引信工作电流可调)信息装定需求:能够对引信进行参数装定)开关信号输入需求:能够模拟产生引信工作过程中所需的各种开关信号包括装定输出断开信号、启动开关信号、碰炸开关信号和引信上电信号)测速信号输入需求:能够模拟弹载传感器的输出信号从而对电路的测速修正功能进行测试测试系统在不同模式下测试的误差范围要求如表 所示表 误差范围要求 测试流程模式误差范围时间装定功能 测速修正 触发模式.延期模式 自毁模式 根据上述测试系统的功能要求引信电路部件全流程测试系统如图 所示引信电路部件全流程测试系统主要由主测试仪和外围连接仪器组成 主测试仪包括主控制板、装定器电路板、引信电路部件专用测试架、电源模块、接口以及测试接口外围连接仪器包括示波器和信号发生器 测试系统中 单片机作为主控制板的核心控制单元完成检测流程的控制和与装定电路板之间的通信 装定电路板模块完成对测试引信电路部件数据的装定并接收来自引信电路部件的装定反馈信息 电源模块通过/转换模块对测试系统提供 电压 接口用来连接示波器和信号发生器信号发生器通过专用测试架连接被测引信电路部件用来模拟引信地磁计转数传感器产生的正弦测速信号此信号由引信主控模块分析解算得到炮口初速并对空炸模式下的起爆时间进行修正 示波器连接测试系统 接口 个通道 分别连接上电信号()、启动开关信号()、碰炸开关信号()、发火信号()测试流程完兵 器 装 备 工 程 学 报:/./成后测试结果可在示波器上直接读取 测试系统硬件设计关键技术.系统硬件设计全流程测试系统电路硬件设计可以模拟引信的实际工作状态确保产品的正常功能和性能是整个系统设计的基础它的稳定性和可靠性对后期测试系统的长期安全运行起着至关重要的作用 测试系统主要由主控 单片机模块、继电器控制模块、通信模块、电源模块组成 测试系统硬件设计如图 所示图 引信电路部件全流程测试系统框图.图 测试系统硬件设计框图.主控制器电路模块主控模块主要由主控芯片及外围电路组成是整个测试系统的核心主要负责与装定器之间的数据通信并控制相应开关的通断确保当前自动检测的正常进行而不会受到其他电路的干扰 主控模块结构如图 所示 引信全流程测试系统采用 单片机作为主控芯片最小工作系统由主控芯片、时钟电路、复位电路以及 接口等组成可以满足系统正常运行时的检测需求图 主控模块结构.马 景等:电子时间引信电路部件全流程测试系统设计.继电器控制模块继电器控制模块主要是在主控模块的控制作用下来模拟引信实际工作的开关信号和引信上电信号 通过控制继电器输入端高低电平的变化来控制开关的通断更能模拟引信受过载时开关动作的真实情况在引信全流程测试中测试系统需要按照时序对引信依次进行各个功能的测试 继电器控制模块由 个继电器电路组成分别产生启动开关信号、碰炸开关信号、电池上电信号和装定输出断开信号 由于 个继电器控制电路原理类似因此只对启动开关继电器控制电路进行分析启动开关继电器控制电路如图 所示图 启动开关继电器控制电路.图 中继电器 的 引脚通过三极管与地连接继电器线圈的两端反向串联一个二极管防止继电器断电产生的反电动势对其他元件造成破坏或者产生干扰起到整流、保护电路的作用 当测试系统主控芯片控制 引脚输出高电平时三极管 导通继电器线圈通电在磁力的作用下触点 和触点 吸合接通从而使引脚(启动开关信号输出端)接地启动开关闭合 若 引脚为低电平时三极管截止则启动开关断开 即通过启动开关信号输出端高低电平变化输出启动开关动作信号从而模拟启动开关的闭合与断开 启动开关控制电路输入端(端)、输出端(端)电平变化如图 所示图 输入端、输出端电平变化.通信电路模块通信 电 路 模 块 采 用 通 信 电 路 抗 干 扰 能 力强 采用 电平转换模块实现测试系统主控模块与装定器模块的数据通信.电源电路模块测试系统硬件电路正常工作所需电压分别为 和.电源模块电路原理如图 所示 电压由 电压稳压器降压后得到为继电器提供工作电压.由 稳压芯片将 输出电压转化得到主要为测试系统主控芯片提供.工作电压 稳压芯片的输入输出端分别并联了电容、起到稳压和滤波的作用同时抑制电源输出电压的纹波提高供电电压的稳定性和瞬态响应性图 电源模块电路原理.系统软件流程设计完成硬件设计后只有在软件程序的控制下才能实现测试系统的功能软件程序设计的优劣会影响整个系统能否更稳定、更高效地运行根据实际的测试要求引信电路部件需要测试的功能包括时间装定功能、测速修正、触发、延期和自毁功能 时间装定功能测试主要测量引信的实际发火时间 测速修正在测试前先通过信号发生器给引信电路施加模拟的地磁信号经引信主控模块处理后输出修正后的测速时间信号 触发功能测试主要对引信的碰炸功能进行模拟考察引信是否能够输出预定要求的发火信号 延期功能测试是在碰炸的基础上通过软件对引信电路进行一定的延时后输出发火信号 自毁功能测试是引信上电后通过软件计时当计时达到预设时间时测试引信自毁时间是否准确 软件测试流程如图 所示 测试系统通电流程开关闭合后启动流程测试程序依次对时间装定功能、测速修正、触发、延期功能进行测试每次测试前测试系统的装定模块会对引信电路进行装定并将装定信息反馈给测试系统主控模块状态指示灯闪烁表明流程测试已完成可通过示波器观察引信在 种模式下的输出波形 按下自毁开关后自动启动自毁测试流程通过示波器辅助测试引信电路的自毁性能兵 器 装 备 工 程 学 报:/./图 软件测试流程框图.测试系统验证及结果分析为验证全流程测试系统能否达到预期的使用效果取 组已测试标定的引信试制产品(包括一个引信电路单板和一个灌封后的引信电路部件)标定的参数值作为真实值对引信试制产品进行 次全流程测试测试参数为:)时间装定和测速修正模式:测量启动开关闭合到发火之间的时间)碰炸和延期功能:测量碰炸开关闭合到发火的时间)自毁模式:引信电池上电到发火的时间引信试制产品标定数据如表 所示 测试系统连接如图 所示表 标定数据 检验项目灌封电路部件电路单板时间装定功能/.测速修正/.触发功能/.延期功能/.自毁功能/.将引信灌封电路部件固定压接在测试架后上电正常后打开测试仪流程开关系统会依次进行时间装定功能、测速修正功能、触发功能、延期功能的测试断开流程开关后通过示波器显示各测试功能的输出波形按下自毁开关系统将自动进行自毁功能测试从示波器中读取各功能模式下的参数完成测试系统的全流程测试 引信流程测试波形和自毁功能波形如图()、图()所示图 测试系统连接.图 引信全流程测试波形.通过对图 分析得出的第 次测试结果以及其余 次引信全流程测试(灌封电路部件)结果如表 所示 引信全流程测试(电路单板)结果如表 所示通过对引信试制产品的 次全流程测试可以得出其各项检测结果与标定值的最大误差均在测试系统所要求的误差范围内且全流程测试系统运行稳定能够实现测试系统所要求的功能验证了测试系统的可行性和可靠性并达到了预期效果具备一定的实用价值马 景等:电子时间引信电路部件全流程测试系统设计表 引信全流程测试(灌封电路部件)()检验项目第 次第 次第 次第 次第 次与标定值的最大误差时间装定功能/.测速修正/.触发功能/.延期功能/.自毁功能/.表 引信全流程测试(电路单板)()检验项目第 次第 次第 次第 次第 次与标定值的最大误差时间装定功能/.测速修正/.触发功能/.延期功能/.自毁功能/.结论本文中为了保障电子时间引信在多种作用模式下仍具有较高的精度和可靠性设计了一种引信电路部件全流程测试系统系统进行一次全流程测试即可实现引信时间装定、测速修正、触发、延期和自毁 种模式的自动测试提高了测试效率 采用继电器控制模块准确模拟引信开关信号和上电信号增强了引信测试的可信度采用外接信号发生器模拟引信测速所需的地磁信号减少了系统设计的复杂性 一套设备(测试系统)就可以对 种外观状态(灌封电路部件和电路单板)的引信进行测试提高了设备的利用率降低了成本 实验验证结果表明:引信电路全流程测试系统操作方便测试结果准确可满足功能设计要求达到了引信电路部件测试的预期效果可为其他引信产品测试设备的设计提供经验参考文献:肖龙远.引信模块化系统架构研究.探测与控制学报():.():./:./().:.张建华尹俊朱斌等.基于单片机多模式控制的 偏压电路模块设计.半导体光电():.():./().:.徐恒宇.某引信自动化测试系统的研制.哈尔滨:哈尔滨工业大学.:.王兵阮朝阳.引信电子安全系统片上可编程测试仪通用性技术.探测与控制学报():.():兵 器 装 备 工 程 学 报:/./.陈浩樊天锁李正生等.便携式引信通用测试仪.探测与控制学报():.():.杨飞.可编程定距空炸引信电路并行测试技术研究.南京:南京理工大学.:.黄虎.装定控制器测试系统关键技术研究及系统设计.南京:南京理工大学.:.张大猛.多功能引信侵彻过程仿真及电路抗冲击设计.南京:南京理工大学.:.曹梓育.机电引信自动检测系统技术研究.太原:中北大学.:.王水莲.引信专用测试系统研制.哈尔滨:哈尔滨工业大学.:.修忠明徐慎安闫雪.某型引信电性能自动化测试系统研究与应用.国防制造技术():.():.周祖国李楠郑晨皓.基于通用仪器的调频引信测试方法.探测与控制学报():.():.():./().:.科学编辑 刘加凯 博士(武警工程大学 副教授)责任编辑 贺 柳马 景等:电子时间引信电路部件全流程测试系统设计