高適配度通用化導通絕緣測試儀的設計及應用

作者 張怡文 周毅然 上海航天控制技術研究所(上海 200233)

張怡文(1985-)，女，工程師，研究方向：測試測量。

摘要：本高適配度通用化導通絕緣測試儀主要用于對多通道的被測對象進行自動化導通絕緣測試，且具有高適配性，多通道數等特點，通過預先的配置可實現一鍵式全自動測試，并將測試結果按要求進行分析、判斷、保存、打印。本導通絕緣測試臺可測對象阻值范圍廣，且對于非純阻性等特殊被測點可通過測試模式的設置等方式準確的測試其阻值大小，其測試程序基于LabVIEW語言開發，且留有多個可配置接口，可以滿足用戶不同的測試需求及使用習慣。

引言

　　隨著現今軍工及電子產品復雜度及產量的日趨提升，對其導通絕緣的測試精度及效率要求也隨之上升。當今工業領域主要使用的檢測手段還十分落后，大多采用非標定制測試儀針對某一類型產品進行測試，且測試主要采用二極管亮燈或蜂鳴器發聲等物理顯示手段，不僅精度差，故障出錯率高，且無法對其量值進行測試顯示。針對這一問題，本項目設計的自動導通絕緣儀不僅可實現全自動流程測試，且可對其具體阻值大小進行測試顯示并與標準值進行比對判斷，且本測試儀采用通用架構的設計思路，提供多達198通道的路數，被測對象在滿足通道數的情況下均可通過更換接口連接電纜實現通用測試。本文詳細介紹了本導通絕緣測試儀的設計原理及應用情況，重點對其硬件及軟件的通用化、自動化方面的設計進行了詳細的描述。

1 系統組成及功能概述

　　本通用化導通測試儀在滿足功能的前提下，兼顧考慮使用方便，人性化智能化等特性，尊重用戶使用習慣及需求，可設計為多種結構外形，如桌式、臺式、便攜式等。目前已完成三個結構版本的設計，并已投入使用。外觀見圖1~圖3。

　　導通絕緣儀的功能實現主要分為前端采集、后端處理及顯示存儲三部分。其中前端采集部分分為導通測試、絕緣測試及智能通道選擇三個功能模塊，后端處理為測試項配置加載、數據處理及判斷三大功能模塊，顯示存儲包括顯示及存儲兩大功能模塊。其功能模塊關系示意圖見圖4。

　　本測試臺可以測試高達198通道中任意兩點之間的導通絕緣情況，測試儀對外的接口統一為4×50芯接口，可將被測點按需求配置后實現多測試項自動順序測試，并將測試結果處理、與標準值比對后得出判斷結論并保存，保存格式可依照用戶需求設置，且存儲路徑、文件生成覆蓋與否等配置項可由用戶設置，方便用戶后續查看。

2 系統設計思路及功能實現

　　測試儀的主要功能為檢測被測對象的導通和絕緣情況，其前端主要功能為獲取被測對象并進行硬件調理與阻值采集，由于本測試儀提供多通道自動切換的測試模式，所以如何達到通道的智能選擇切換至關重要。兼顧多通道及成本控制等因素，系統選用單通道高精度的阻值采集模塊，既同一時間對一組被測節點進行高精度采集，多通道之間采用順序循環切換模式采集，其主要采集模塊功能示意圖見圖5。

　　前端采集切換部分的難點在于對各類不同特性采集對象的采集方式，如帶有容性和感性的被測對象，其通道切換及采集前的處理方式都與純阻性的對象有所不同，包括切換滯空時間、切換后的等待時間、采樣前的電路處理、采樣的次數、頻率以及有效值的篩選等。其中確定的采樣特性可在系統配置表中預先設置，后續的調試測試過程中也可按照實際情況進行調整校準。

　　基于多對象的采集計算模式，本導通測試臺選用STC12C60S2單片機為核心，利用分壓測量原理，通過A/D轉換器進行采樣，得到的采樣值經過計算處理后實現電阻測量的功能，測量結果按照用戶顯示需求進行界面顯示。

2.1 采集主控模塊的選型

　　測試臺整個采集過程，包括采集、處理、計算、顯示、保存等各個環節都依靠單片機的處理來完成，所以選擇一款滿足本項目特點的單片機芯片至關重要，綜合考慮整個項目，我們選擇了低電壓高性能的處理器控制芯片STC12C60S2作為核心控制單元，將前端A/D轉換器采集分壓電路的輸出電壓值輸入單片機進行處理計算后，輸出到后端進行顯示及保存，采集使用分壓測量，通過16位的A/D可有效減小測量誤差。

2.2 主要測試模塊的選型

　　電阻測量方案：電阻測量采用分壓測量法;

　　信號采集模塊：信號采集電路選用A/D模數轉換LTC1864;

　　檔位選擇模塊：采用多路繼電器開關卡作為檔位開關控制;

　　顯示模塊：顯示器根據不同外形結構，可由用戶自定義選擇;

　　基準電壓模塊：AD586(5V);

　　保存模塊：后端保存程序由Labview進行開發編輯，保存格式由用戶自定義。

3 硬件功能模塊設計

　　硬件采集測量設計原理圖如圖6所示。

　　如圖6所示，打開導通測試儀后，用戶選擇進入測試模式，通過單片機控制選擇被測對象通道，通過分壓電路和繼電器切換電路產生對應的電壓值，通過A/D轉換模塊將數字量輸入單片機進行處理計算后顯示。

3.1 A/D采樣模數轉換器LTC1864

　　本測試儀的采樣A/D轉換模塊選用了凌力爾特的16串行A/D芯片，此款芯片由5V單電源供電，最大工作電流為850μA，最大采樣率為250ksps，且可在-40℃~+125℃的寬溫度范圍內正常工作。其與單片機的接口電路見圖7。

3.2 檔位選擇電路

　　本導通儀可對0~100MΩ的被測對象進行測試，但由于電阻范圍跨度大，不同量級的被測對象對測試電壓電流的要求也不同，若統一采用同一檔位進行測量，其精度會大大降低，故本測試臺對測試對象進行了檔位的自動匹配選擇，檔位選擇電路由多個繼電器陣列組成，測試開始時，首先對被測對象進行粗測，根據粗測結果控制繼電器切至匹配檔位進行精測。本電路選用松下公司的TX2-5V繼電器，由于單片機的輸出電流無法直接驅動繼電器動作，故在中間加入一級三極管進行放大后再驅動繼電器工作，整個檔位選擇電路接口圖見圖8。