智能弹药电缆检测模块的设计

张万发，陈 雷，单体强

（军械工程学院 弹药工程系，河北 石家庄 050003）

在智能弹药内部结构中，电缆在为控制器、探测器和安全起爆装置等部件供电及各部件间的信号传输过程中起着至关重要的作用。长期储存过程中会出现电缆绝缘材料的老化现象，老化严重时易使相邻芯线间短路，以致电源供给或信号传输混乱，甚至还可能危及试验人员生命安全。为保证弹药安全正常工作，需对电缆进行适时检测。当前绝缘电阻测试的方法主要有串联法、并联法、电压比法、电桥法、充放电法等几种，普遍存在测试效率低、精度差的缺点[1]。

在智能弹药光电参数静态检测系统中，结合电缆检测需求，设计基于PXI总线技术和虚拟仪器技术的电缆检测模块，可实现对电缆相关参数的测量、实时显示测试结果、对检测结果进行记录及根据测量结果对电缆质量状况进行评估的需要，配合其他模块完成对智能弹药光电参数的静态检测。

1 检测模块构成

模块主要完成对智能弹药电缆同轴芯线连接状态及不同芯线间绝缘电阻的测试。为实现所需功能，模块应主要满足以下要求：

1）高效完成对待测电缆相关参数的测试，并将测试结果通过软件测试界面显示。

2）可对检测结果进行整理、存档、分析，由测试结果对被测电缆性能进行评估。

结合测试指标需求，设计图1所示检测模块总体结构框架。

图1 系统总体结构图Fig.1 Structure diagram of the cable test system

2 检测模块工作原理及硬件设计

2.1 电缆测试模块工作原理

测量原理如图2所示，将电缆两端通过适配接口与适配器相连，多路开关一端与万用表相连，另一端与电缆芯线相连，利用程序控制相应开关的通断，实现对待测芯线相关参数的测量，以评估待测电缆是否符合弹药正常工作需求：电缆芯线直流电阻≤0.2Ω/芯（包括电缆导线、两端插座插针电阻及插针和导线的焊接电阻）；芯线间绝缘电阻在20%～80%湿度条件下应≥20 MΩ。

图2 检测模块原理图Fig.2 Test principle of detection module

2.2 检测模块基础硬件配置分析

检测模块利用PXI总线实现各模块与控制计算机间的通信。硬件部分主要包括控制计算机、PXI总线仪器以及其它相关附属硬件设备等，检测模块采用图3所示资源[3]。

图3 系统硬件结构图Fig.3 Structure diagram of the hardware system

其中主控制器可实现对各模块的实时控制，并对检测数据进行分析和处理。19芯电缆通过适配接口，1～19号芯线一端分别与PXI-2527多路开关通道ch0～ch18相连，另一端分别与通道ch32～ch50相连，com0、com1则分别与万用表PXI-4070测电阻对应端口相连[4]。多路开关和万用表通过PXI总线与控制计算机相连，利用程序控制相应开关的通断，实现万用表对待测芯线连通状态及不同芯线间绝缘状态的测量，并对检测数据进行分析和处理，通过人机交互界面显示万用表测试结果[5]。其中PXI-2527多路开关拓扑结构如图4所示。

图4 PXI-2527多路开关拓扑结构示意图Fig.4 Structure diagram map of the PXI-2527 multiplexer

3 模块的软件设计

测试软件是整个电缆检测模块的核心，检测模块的正常工作依赖于测试软件的良好控制。依据测试软件的设计规范、硬件连接状况和实验方案需要，在LabWindows/CVI环境下开发软件，主要测试流程如下。

直流电阻测试：闭合多路开关通道ch0和ch32，测量芯线1的直流电阻。断开通道ch0和ch32，闭合通道ch1和ch33，测量芯线2的直流电阻。断开通道ch1和ch33，闭合通道ch2和ch34，测量芯线3的直流电阻。……断开通道ch17和ch49，闭合通道ch18和ch50，测量芯线19的直流电阻。

绝缘电阻测试：闭合多路开关通道ch0后，依次闭合、断开通道ch33～ch50，测量芯线1分别与芯线2～19间的绝缘电阻。断开通道ch0，依次闭合、断开多路开关通道ch34～ch50，测量芯线2分别与芯线3～19间的绝缘电阻。断开通道ch1，依次闭合、断开多路开关通道ch35～ch50，测量芯线3分别与芯线4～19间的绝缘电阻。……断开通道ch16，闭合多路开关通道ch17后，闭合通道ch50，测量芯线18与芯线19间的绝缘电阻[6]。

万用表将测试结果实时传输给控制计算机，通过人机交互界面显示。

4 模块设计关键及解决方法

1）测量绝缘电阻的可行性

检测模块主要通过程序控制相应多路开关通道通断，实现对通信电缆绝缘电阻的检测。合理设置多路开关闭合、断开延迟时间，可实现对绝缘电阻的测试。

2）测试精度

经对待测参数指标分析，六位半PXI-4070万用表的电阻测量最高分辨率达到0.1mΩ，量程达到100MΩ，可满足检测试验要求，即电缆芯线直流电阻≤0.2Ω/芯，芯线间绝缘电阻在20%～80%湿度条件下应≥20MΩ。

3）检测模块设计性价比

电缆检测模块与相关参数测试模块共同完成对智能弹药光电参数静态检测。相比传统检测方案，检测模块整体价格昂贵，却可保证对电缆相关参数测试的高效、精确，设计模块以实现对多种智能弹药通信电缆的测试，可提高检测模块性价比。

5 结束语

基于PXI总线技术和虚拟仪器技术的电缆检测模块，可实现对电缆待测参数的自动测量、实时显示测试结果、对检测结果进行记录及根据测量结果对电缆质量状况进行评估的需要。测试效率高，精确度高，维护、升级方便。

[1]王效飞，王伯成，曾洪贵，等.电线/电缆绝缘电阻测试方法比较[J].电工技术，2008，30（6）：783-786.WANG Xiao-fei，WANG Ban-cheng，ZENG Hong-gui，et al.The method comparison for testing of cable insulated resistance[J].Electrician Technology，2008，30（6）：783-786.

[2]赵会兵.虚拟仪器技术规范与系统集成[M].北京：清华大学出版社，2003.

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[4]李辉，陈红飞.电缆测试仪绝缘电阻测试单元的研制[J].自动化技术与应用，2011，30（1）：51－53.LI Hui，CHEN Hong-fei.Design of insulation test unit of the cable test apparatus[J].Automation Technology&Application，2011，30（1）：51－53.

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[6]王修岩，耿晓剑，李宗帅.基于CAN总线的助航灯光电缆绝缘电阻检测节点设计[J].工业仪表与自动化装置，2011，（3）：54－56.WANG Xiu-yan，GENG Xiao-jian，LI Zong-shuai.Design of civil aviation airfield lighting cable insulation resistance test node based on CAN field bus[J].Industrial Instrument and Automatic Equipment，2011（3）：54－56.