王勇，陈春歌，粘朋雷

(中国人民解放军 91550部队，辽宁 大连 116023)

0 引言

飞控计算机是飞行器执行任务成功的关键环节[1]。飞控计算机单元测试期间，需要进行导通检查和绝缘性能测试。主要做法是采用万用表、飞控计算机单元测试系统配置的测试电缆、以及细铜丝(通常用一只金属膜电阻的金属引脚)作为检测工具，通过人工查点、手工逐一测量的方式进行测试。测试方法上存在诸多问题，影响了技术准备效率和操作安全性。为此，研制单位配套研制一种“绝缘测试盒”使得绝缘测试方法有所改进。绝缘测试主要做法是采用万用表、“绝缘测试盒”、飞控计算机单元测试系统配置的测试电缆作为检测工具，仍然通过人工查点、手工逐一测量的方式进行测试。与配置“绝缘测试盒”前相比较，绝缘测试点通过测试电缆引入到“绝缘测试盒”上，人工查点和点选测试点的操作更加方便(测试盒上是较粗的“测试孔”，可以使用万用表测试探针直接点选测试)，在一定程度上，解决了绝缘测试中，操作效率低、安全隐患大的问题。但是改进后的测试方法，仍存在测试工具简陋、操作过程复杂、人为因素多、安全隐患高的问题[2]。为了加强飞控计算机导通检查和绝缘测试过程状态控制，减少人为操作失误，提高工作效率，解决使用中遇到的难题，开展导通绝缘测试方法研究。

1 传统测试方法及其存在的问题

在实际使用中，通过导通检查和绝缘测试，目的是确定飞控计算机是否具备通电检查或通电使用条件的基本操作。导通检查实际上是对飞控计算机的各功能板卡的“保护地”信号进行测试，确保信号“保护地”(或屏蔽层)均连通。绝缘测试实际上是对飞控计算机各功能板卡的信号处理电路的隔离情况进行测试，确保各关键功能信号电路均不连通(而各功能模块电路之间的地线相互独立)。传统导通、绝缘测试存在的问题主要体现在以下几个方面：

(1) 飞控计算机导通绝缘测试涉及到7根J7型电缆插头和插座。这些插头和插座的插针和插孔尺寸都比较小(与万用表的测量表笔探头端相比较，直径仅为其1/4左右)。对于“插孔”内信号无法直接用万用表的测试表笔插入到电缆插头或插座对应的插孔中进行测量;对“插针”上信号，直接用万用表的测试表笔进行接触式测量时，需要躲避周围插针信号(由于插针尺寸较小，各插针排列紧密，插针间距较近)。

(2) 由于用万用表的探针无法直接接触到被测电缆插孔的金属信号端子，测试时通常是找一个非标准件的细铜丝(例如一个电阻元件的一条金属引脚)插入到电缆插孔内，再通过万用表接触该引脚，将被测信号引出，这样的测试方法存在的问题是会因为非标准件(金属引脚)的插入对电缆插孔的镀层、卡簧弹性等的造成难以估量的永久性损伤，直接影响到飞控计算机的信号传输性能。

(3) 无论是对插针信号检测还是插孔信号检测，每次插入或对准某一个孔或针之前都要核对位置，操作复杂，容易点错点号、漏掉点号，引起错操、漏操。

(4) 在绝缘测试盒上进行的操作，也是人工查点、逐点两两测量，同样，容易出现错操、漏操现象。

2 测试方法改进总体思路与实现

2.1 总体思路

研制一台具备接口匹配性好、安全性高，经济、实用的测试仪，实现对飞控计算机对应芯线点号的安全可靠引入、快速测量和显示。利用飞控计算机单元测试系统已经配套的7根专用测试电缆和一根接壳测量线，将测试仪与飞控计算机连接在一起形成闭环，提高测试效率和测试操作安全性。

导通检查和绝缘测试点位分配，通过测试仪操作面板上的波段开关固化下来，并设计清晰的信号标识，便于理解测试操作内容;操作过程可直观显示操作状态;信号测量和显示通过测量芯片自动进行，提高测试准确性并实现自动量程测试。

测试仪实现自检和自校验功能，提高自身状态的易检性和状态“自检”能力;设计监测接口，实现使用外接测试设备进行监测功能，可便于故障排查比对;供电控制和电池更换均在操作面板上实现，提高操作便捷性。

2.2 测试仪研制实现情况

机箱采用铝合金材料加工而成的可拆卸上盖的翻盖式包装箱结构(图1)，上下2部分由可分离合页连接，操作使用方便，翻开或拆下上盖，可操作;闭合箱盖，使得放置、运输更加安全可靠。采用CAD 技术和COREDRAW平面绘图技术设计的操作面板(图2)由铝板加工而成，外表面覆彩印PVC贴膜。其上安装操作按钮、开关和接线端子，人机交互方便。

测试仪以台湾富晶FS9721[3]测量芯片是核心测量部件，具备自动量程转换[4]功能，可完成导通检查和绝缘电阻测量任务。

图2中K1实现供电控制功能，K2实现测量档位选择功能。K3和K4共同实现测试信号分配和控制功能，可将各路测量信号逐“对”引入K2控制的信号检测仪表。将图2中K4置“导通·绝缘”档测试时，K3从“K.K0”档至“K.7”7个档位依次顺时针旋转，可快速、安全地完成所有导通项目检查;K3从“K.-B”档至“T.B”档15个档位依次顺时针旋转，可完成所有绝缘检查项目。

该电路设计具有很好的实用性，实际工作中，某导通绝缘测试仪研制中应用该电路设计方案设计制作了24路测量通道信号分选控制电路和5种标准电阻状态下的自校验电路。设备操作面板见图2。图2中的K1是测试仪电源开关，K2是设备内部嵌入的测量仪表(以优利德UT10万用表作为嵌入式测量仪表)功能控制开关，K3是24档4层波段开关，K4是12档4层波段开关。

3 测试电路设计

3.1 信号控制与分段自检结合的测试电路设计

多层多档复合波段开关[5-8]为主体的测试电路设计和操作面板设计有机结合，实现测试信号通道转换有效控制、合理分配与分段机内测试(BIT)。测量控制电路如图3所示。

(1) JC1，JC2分别和Ka-Mo，Ka-Mp相连;Kb-Mo，Kb-Mp分别和Ka-o-v，Ka-p-v相连;Kb-o-i，Kb-p-i分别和Aj，Bj相连。在Ka的第v档、Kb的第i档接通的情况下，2个前级测量点JC1，JC2和任意2个被检测点Aj，Bj连通在一起，形成测量通道。

(2) Ka-o-u和Ka-p-u短路连接。在Ka的第u档位接通的情况下，从JC1，JC2端可检查JC1至Ka-Mo和JC2至Ka-Mp连通情况(通路正常、断路、电路阻抗异常等，下同)。

(3) Kb-o-f和Kb-p-f短路连接。在Ka的第v档、Kb的第f档位接通的情况下，从JC1，JC2端可检查JC2至Ka-Mp，JC1至Ka-Mo，Ka-p-v至Kb-Mp，Ka-o-v至Kb-Mo各段连通情况。

(4) 在上述(2)，(3)同时进行的情况下，可推测出Ka-p-v至Kb-Mp，Ka-o-v至Kb-Mo的连通状态。

(5) Ka，Kb通过测量通道控制实现了Aj，Bj多组测量信号的选择和分配，经由JC1，JC2公共端将选中的第j组信号(Aj，Bj)送到测试仪内部测量模块检测端，得出检测结果。

(6) Ka，Kb通过档位组合控制实现了对JC1，JC2至Kb之间的各段测量通道的分段机内“自检”，提高了系统的BIT设计，可在设备故障时精确定位故障点。

(7) 图3中的JC1，JC2连接到图2操作面板上K2对应的嵌入式仪表;Ka，Kb分别对应图2操作面板上的K4，K3波段开关。K3和K4旋钮开关一起实现对测试通道的分配和控制，运用图3所示的电路原理将各路测量信号逐“对”引入信号检测端，并实现对测量通道的分段机内“自检”。

3.2 信号控制与全通道闭环自检结合的测试电路设计

如图4所示， Kb-o-i(i=1，2，3，…，N为整数，下同)，Kb-p-i分别和Aj，Bj相连。Ka-o-v和Ka-o-u相连，Ka-p-v和Ka-p-u相连。Kb-q-i，Kb-r-i分别和Aj,Bj相连。Kb-Mq和Ka-Mq相连，Kb-Mr和Ka-Mr相连，Ka-q-v和Ka-r-v短路连接。

在Ka的第u档、Kb的第i档接通的情况下，JC2，JC1和Bj，Aj分别由过JC2，Ka-Mp，Ka-p-u，Kb-Mp，Kb-p-i，Bj的电路和过JC1，Ka-Mo，Ka-o-u，Kb-Mo，Kb-o-i，Aj点的电路连接在一起，形成测量通道;在Ka的第v档、Kb的第i档接通的情况下，Aj，Bj由过Aj，Kb-Mq，Ka-Mr，Bj点的电路短接在一起，形成自检闭合回路H。可通过测量回路H的连通情况，诊断出JC1-Aj测量通道和JC2-Bj测量通道的连通情况。

图4中的JC1,JC2连接到图2操作面板上K2对应的嵌入式仪表;Ka,Kb分别对应图2操作面板上的K4,K3波段开关。K3和K4旋钮开关一起实现对测试通道的分配和控制，运用图4所示的电路原理实现对多测量通道的控制和机内闭环“自检”。

3.3 对外测量接口设计

输入接口采用7个50芯和38芯J7型、J7Ⅰ型、J7Ⅱ型防误插座，便于使用和测试仪维修。7个测量输入接口安装在图1所示测试仪的后侧，如图5所示。图2操作面板左侧设计“W1”和“W2”“外测”端子，内部并联到测量模块的测试输入端。通过 “W1”和“W2”从外部接入测量仪表(例如万用表)，可以用外接测量仪表进行“监测”比较和故障排查;通过“W1”和“W2”外接测量线，本测试仪可对外进行电压、电阻等测量。接口设计提高了本测试仪实用性。

4 相对优势

(1)与万用表比较：无论是模拟式还是数字万用表[3-4]，均不具备信号控制与分段自检结合、全通道闭环自检结合的信号转换控制和测试过程控制功能，测试效率和操作安全性无法保障。

(2) 李德尧和刘筠筠等研制的典型小型化自动电阻测量仪[9-10]具有体积小、精度高的特点，且具备自动量程切换和控制功能，但其一方面面向通用电阻设计，接口单一，无法直接用于飞控计算机导通绝缘测试使用;另一方面，在机内自检和“外测”接口“监测“设计方面不及本测试方案。

(3) 唐宇等针对某种或某几种电缆接口专门研制的带有典型性的测试转接盒[11]，比飞控计算机传统测试方案中配套“绝缘测试盒”的测试方法先进一些，但其本身不具备测量功能且操作开关多达几十个，信号分选和操作过程复杂，系统的集成度不高，相比之下，本测试方案提供的测试方法更方便、实用。

(4) 杨胜兵、柳颖、乔楠楠等研制的测试仪[12-15]一般都实现了自动测量，基本原理和测试方法与本测试方案有类似之处，但其信号的转换和控制一般都是通过继电器矩阵[12-15]实现，因此需要较强的供电能力，系统通常构成复杂，体积较大，耗电量相对较大，用于测试绝缘电阻的电源电压(根据国际电工委员会测试标准IEC6101[16]，测量前需要确定被测对象的耐压情况，现场选择仪器需要的作用电压，通常最小的设计值为直流250 V)，无法直接用于飞控计算机导通、绝缘测试。相比之下，该测试方案提供的测试方法可实现低功耗，自供电，接口匹配性也好，应用优势明显。

5 结束语

针对使用单位技术准备中遇到的难题，研究改进的飞控计算机测试方案，尝试采用波段开关实现了信号控制与BIT[17]设计相结合的测试电路设计方案，研制出一体化、小型化、低成本的导通绝缘测试仪，创新了飞控计算机的导通检查和绝缘测试方法。经应用检验，检测效率提高4.5倍左右。

参考文献：

[1] 殷斌,陆熊,陶想林.非相似三余度飞控计算机设计和可靠性分析[J].测控技术,2015(5):53-56.

YIN Bin，LU Xiong，TAO Xiang-lin.Design of a Prototype Flight Control Computer System with Triple Dissimilar Redundancy[J].Measurement & Control Technology,2015(5):53-56.

[2] 张志利,刘朋朋,周召发,等.导弹地面电缆自动检测仪的设计[J].计算机测量与控制,2009,17(10):2012-2014.

ZHANG Zhi-li,LIU Peng-peng,ZHOU Zhao-fa,et al.Design of an Automatic Tester for Missile’s Ground Cable[J].Computer Measurement & Control, 2009,17(10):2012-2014.

[3] 殷佳丽.测量仪器中万用表模块的研究与设计[J].电子质量,2010(4):7-8.

YIN Jia-li.Study and Design of Digital Multimeter Module of Measurement Device[J].Electronics Quality,2010(4):7-8.

[4] 徐见炜.基于C8051F340的智能万用表设计[J].机械制造与自动化,2012,41(4):189-192.

XU Jian-wei.Design of Intelligent Multimeter Based on C8051F340[J].Machine Building & Automation,2012,41(4):189-192.

[5] 韩庆田.基于仿真电路的投放装置试验器设计[J].国外电子测量技术,2014,33(4):58-61.

HAN Qing-tian.Design Testing Equipment for Throwing Device Based on Simulation Circuit[J].Foreign Electronic Measurement Technology,2014,33(4):58-61.

[6] 蔡辉.机载鱼雷投放控制系统的设计与实现[D].上海:复旦大学,2012.

CAI Hui.Design for the Torpedo-Lay Control System[D].Shanghai:Fudan University,2012.

[7] 韩少华.交通信号灯检测装置的设计研制[D].保定:河北大学,2015.

HAN Shao-hua.Design and Development of Detection Device for Traffic Signal Light[D].Baoding:Hebei University,2015.

[8] 吕琦,张佳,朱永刚,等.基于高分辨大线检测器的设计研究[J].电子测试,2013(11):26-28.

LÜ Qi, ZHANG Jia, ZHU Yong-gang,et al.Design and Research of High Resolution and Wide Line Detector Based on[J].Electronic Test,2013(11):26-28.

[9] 李德尧,张宇驰,徐小鹏,等.基于单片机的自动电阻测量仪设计[J].仪表技术,2012(1):16-19.

LI De-yao,ZHANG Yu-chi,XU Xiao-peng,et al.Design of Automatic Resistance Measuring Instrument Based on Single Chip Microcomputer[J].Instrumentation Technology,2012(1):16-19.

[10] 刘筠筠,张军,赵明冬.基于STC89C52单片机的自动电阻测量仪[J].电子世界,2012(5):31-33.

LIU Jun-jun,ZHANG Jun,ZHAO Ming-dong.Automatic Resistance Instrument Based on STC89C52[J].Electronics World,2012(5):31-33.

[11] 唐宇,张欢,郑木广.提高介质耐压、绝缘电阻测试效率的方法[J].机电元件,2012,32(2):50-52.

TANG Yu,ZHANG Huan,ZHENG Mu-guang.Method about How to Improve Insulating Resistance Test Efficiency[J].Electromechanical Components,2012,32(2):50-52.

[12] 杨胜兵,熊焱飞,徐锋,等.电动汽车绝缘电阻测试系统的研究[J].湖北汽车工业学院学报,2012,32(2):5-8.

YANG Sheng-bing,XIONG Yan-fei,XU Feng,et al.Testing System of Insulation Resistance for Electric Vehicle[J].Journal of Hubei Automotive Industries Institute,2012,32(2):5-8.

[13] 柳颖,钟建强,高明,等.新型电缆测试仪的方案设计[J].机电产品开发与创新,2011,26(2):162-163.

LIU Ying,ZHONG Jian-Qiang,GAO Ming,et al.Design Approach on a New Test Instrument for the Cable[J].Development & Innovation of Machinery & Electrical Products,2011,26(2):162-163.

[14] 乔楠楠.数字绝缘电阻测试仪的设计与应用[D].成都:成都理工大学,2012.

QIAO Nan-nan.Design and Application of Digital Insulation Resistance Tester[D].Chengdu:Chengdu University,2012.

[15] 王勇,李曦.电缆故障检测方法及其应用[J].舰船电子工程,2016,36(4):128-132.

WANG Yong,LI Xi.Introduction and Application of Cable Fault Testing Method[J].Ship Electronic Engineering,2016,36(4):128-132.

[16] 李琳琳,王二宝,孙继银,等.电缆绝缘电阻测试仪中高压电源的设计[J].电测与仪表,2013,50(5):101-104.

LI Lin-lin,WANG Er-bao,SUN Ji-yin,et al.Design of High-Voltage Power Supply of Cable Insulation Resistance Tester[J].Electrical Measurement & Instrumentation,2013,50(5):101-104.

[17] 王勇.机内测试技术的发展与应用[J].飞航导弹,2011(2):24-27.

WANG Yong.Development and Application of Built in Test[J].Aerodynamic Missile Journal,2011(2):24-27.