运载火箭电气系统箭上电缆网自动导通绝缘测试仪的设计_权赫

２０ ０００个，而且考虑到电缆网内部导线连接关系 的 复 杂 性， 如果依靠传统人工方 式 来 划 分 导 通、绝 缘 测 试 拓 扑 网 络 进 而实现电缆网导通绝缘的性能测试是不切实际的。这不但 需要占用大量的人力 与 时 间，而 且 极 大 的 可 能 会 存 在 测 试 覆 盖 性 不 全 的 情 况 ，轻 则 导 致 箭 上 设 备 烧 毁 ，重 则 导 致 发 射 任务失败。因此，如何快 速、全 面、准 确 的 测 试 电 缆 网 的 导 通、绝缘问题是当今运 载 火 箭 电 气 系 统 设 计 师 们 所 关 心 的 热点问题。
缘电 阻 几 乎 是 无 穷 大 的，ＶＸ 一 般 是 ｍＶ 级 或 以 下 的 小 信
号。Ａ／Ｄ 采样电路不能承受高压输 入，二 极 管 Ｄ１ 起 到 输 入
电压钳位作用，当Ｄ１ 动作时，ＡＤＣ提示输入超限，即绝缘电 阻过小。
为实现对整个目标电 缆 网 的 绝 缘 检 测，软 件 会 扫 描 每
个导通网络。扫描其中 某 个 导 通 网 络 时，软 件 会 把 该 网 络
每 个 导 通 网 络 。 扫 描 其 中 某 个 导 通 网 络 时 ，软 件 会 选 中 该 网 络 的 其 中 一 个 节 点 ，然 后 该 节 点 对 该 网 络 的 其 他 节 点 依 次 进 行 导 通 检 测 ，每 次 检 测 仅 有 ２ 个 节 点 被 连 接 ， 而 其 他 所 有 节 点 （包 括 该 网 络 的 其 他 节 点 ）都 是 不 连 接的。 ３．３ 绝 缘 检 测 设 计
的 所 有 节 点 连 接 至 绝 缘 检 测 回 路 正 极 ，而 其 他 所 有 节 点 （绝
缘 网 络 ）都 连 接 至 绝 缘 检 测 回 路 负 极 。
４ 软 件 设 计
ＡｇｅＣＮｅｔ由６ 大 软 件 功 能 模 块 组 成 ，如 图５ 所 示 ，软 件 测试流程 如 ［１０］ 图６所示。
块的检测 信 号 连 接 到 目 标 电 缆 网 连 接 器 的 各 个 管 脚。
总 线 电 缆 是 检 测 模 块 间 的 模 拟 信 号 通 道 ，通 过 这 些 电 缆 ，资 源 有 限 的 单 个 模 块 可 以 通 过 增 加 级 连 数 量 的 方 式
图 ３ 导 通 检 测 原 理
组成节点规模和物理半径更大的检测模块阵列。电缆 网自动检测仪应用结构如图１所示。
绝缘检测 就 ［８－１０］ 是 检 测 绝 缘 网 络 间 的 大 电 阻，原 理 如 图４所示。对被测大电阻 ＲＸ 施加＋１００Ｖ 激励，通 过 高 精 度 ＡＤＣ 检 测 接 地 电 阻 Ｒ２ 的 微 小 分 压 Ｖ２ 来 计 算 ＲＸ 的 阻值。
图 ２ 检 测 模 块 内 部 结 构
３．２ 导 通 检 测 设 计 导 通 检 测 就 是 检 测 导 通 网 络 间 的 小 电 阻 ，原 理 如 图 ３
研究与设计
电 子 测 量 技 术 ＥＬＥＣＴＲＯＮＩＣ ＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮＴ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
第３７卷 第１０期 ２０１４ 年 １０ 月
运载火箭电气系统箭上电缆网自动导通绝缘 测试仪的设计
权 赫 杨岫婷 肖 龙
（北 京 航 天 自 动 控 制 研 究 所 北 京 １００８５４）
收 稿 日 期 ：２０１４－０６
· ３７ ·
第 ３７ 卷
电 子 测 量 技 术
２ 电 缆 网 导 通 绝 缘 测 试 仪 组 成
电 缆 网 导 通 绝 缘 测 试 仪 由 ＡｇｅＣＮｅｔ 检 测 软 件 、 ＡＮＣ５２５６ 检 测 模 块 阵 列 、以 太 网 交 换 机 、以 太 网 线 、总 线电缆及其他附件组成。电缆网自动检测仪和目标电
摘 要：由于新一代运载火箭电气系统规模庞大，电缆网内部连接关系复杂，点 号 分 配 更 是 多 达 ２０ ０００ 个，依 靠 传 统 的人工方式进行导通绝缘测试极大的可能会存在测试覆盖性不全的情况，轻则导致箭上设备烧毁，重则导致 发 射 任 务 失败。针对上述情况，设计了电线网导通绝缘测试仪，实际测试结果表明该设备检测速度快、可信度高，解 决 了 由 于 电 缆 网 内 部 复 杂 连 接 关 系 带 来 的 导 通 、绝 缘 拓 扑 网 张 划 分 困 难 而 导 致 的 测 试 覆 盖 性 不 全 面 的 问 题 。 关 键 词 ： 电 缆 网 ；导 通 测 试 ；绝 缘 测 试 中 图 分 类 号 ：ＴＰ２１６ 文 献 标 识 码 ：Ａ 国 家 标 准 学 科 分 类 代 码 ：８１０．８０４０
１ 引 言
随着火箭 控 制 理 论 和 技 术 的 不 断 发 展，箭 上 电 气 系 统 的 ［１］ 电子设备数量和种类越来越多，电 气、电 子 网 络 以 及 各种总线技术不断增多，系 统 规 模、系 统 间 接 口 的 规 模、复 杂程度也随之 不 断 扩 大，箭 上 电 缆 网 的 规 模 也 随 之 扩 大。 为保证火箭电气系统 的 可 靠 性，避 免 设 计 错 误 或 生 产 错 误 带来的灾难性后果，需 对 箭 上 电 缆 网 的 导 通 绝 缘 性 能 进 行 测 试 。 ［２－７］
目前在役运载火箭电 缆 网 的 导 通、绝 缘 测 试 主 要 是 以 人工逐点测试的方式 进 行，这 种 方 式 需 要 占 用 大 量 的 人 力 和 时 间 ，对 连 接 关 系 相 对 简 单 的 电 缆 网 测 试 还 可 以 适 用 ，但 是对于以某型号运载火箭为标志的新一代运载火箭来说， 由于其电气 系 统 规 模 庞 大，电 缆 网 的 点 号 分 配 更 是 多 达
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｔ ｐｒｅｓｅｎｔ，ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｌａｒｇｅ ｓｃａｌｅ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ ｎｅｗ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ｌａｕｎｃｈ ｖｅｈｉｃｌｅ，ａｎｄ ｔｈｅ ｃａｂｌｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｎｔｅｒｎａｌ ｌｉｎｋ ｒｅｌａｔｉｏｎ ｉｓ ｍｏｒｅ ｃｏｍｐｌｅｘ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｔｈｅ ｄｏｔ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｓ ｕｐ ｔｏ ｍｏｒｅ ｔｈａｎ ２００００，ｒｅｌｙ ｏｎ Ｍａｎｕａｌ ｔｅｓｔｉｎｇ ｆｏｒ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ ｍａｙ ｂｅ ｎｏｔ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｍａｙ ｌｅａｄ ｔｈｅ ｍｉｓｓｉｏｎ ｆａｉｌｕｒｅ． Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ａｂｏｖｅ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ，ｔｈｅ ｃａｂｌｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｓｔｅｒ ｉｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄ．Ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ ｈａｓ ｈｉｇｈｌｙ ｔｅｓｔｉｎｇ ｓｐｅｅｄ ａｎｄ ｃｒｅｄｉｂｉｌｉｔｙ ａｎｄ ｓｏｌｖｅｄ ｔｈｅ ｐｒｏｂｌｅｍ ｔｈａｔ ｄｕｅ ｔｏ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｘｉｔｙ ｏｆ ｃａｂｌｅ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ ｔｏｐｏｌｏｇｙ ｏｆ ｎｅｔｗｏｒｋ ｐａｒｔｉｔｉｏｎｉｎｇ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔｉｅｓ ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｔｅｓｔ ｃｏｖｅｒａｇｅ ｉｓ ｎｏｔ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｃａｂｌｅ ｎｅｔｗｏｒｋ；ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ｔｅｓｔ；ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｓｔ
Ｄｅｇｉｇｎ ｏｆ ｃａｂｌｅ ｎｅｔｗｏｒｋ ｃｏｎｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｓｕｌａｔｉｏｎ ｔｅｓｔｅｒ ｏｆ ｌａｕｎｃｈ ｖｅｈｉｃｌｅ ｅｌｅｃｔｒｃａｌ ｓｙｓｔｅｎ
Ｑｕａｎ Ｈｅ Ｙａｎｇ Ｘｉｕｔｉｎｇ Ｘｉａｏ Ｌｏｎｇ （Ｂｅｉｊｉｎｇ Ａｅｒｏｓｐａｃｅ Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ １００８５４，Ｃｈｉｎａ）
１）检测项目管理模 块：项 目 管 理 是 软 件 最 核 心 的 上 层 应 用 模 块 ，并 完 成 具 体 检 测 工 艺 ；
２）检 测 硬 件 管 理 模 块：完 成 对 检 测 模 块 ＡＮＣ５２５６ 的 管 理 ，完 成 继 电 器 阵 列 控 制 和 采 样 控 制 ；
３）检测结果管理模 块：管 理 检 测 结 果 数 据 用 于 生 产 检 测结果报告或查看检测波形 ； ［１－２］
提出的电缆网自动导通绝缘测试仪通过检测目标电缆 网的导通和绝缘参数 验 证 导 通 网 络 是 否 正 确，从 而 完 成 对 大 型 电 缆 网 的 自 动 检 测 ，可 显 著 降 低 工 作 强 度 、提 高 工 作 效 率 ，并 且 速 度 快 、检 测 全 面 、可 信 度 高 、可 重 复 性 好 。 当 目 标 电缆网存在生产错误 时，软 件 会 报 告 发 现 故 障 的 导 通 网 络 位置。
信号。
为 实 现 对 整 个 目 标 电 缆 网 的 导 通 检 测 ，软 件 会 扫 描
图 １ 电 缆 网 自 动 检 测 仪 应 用 结 构
３ 硬 件 设 计
３．１ 检 测 模 块 设 计 ＡＮＣ５２５６ 检测模块是电缆网自动检测仪的硬件核心。
模块采用 ＤＳＰ 和 嵌 入 式 １０／１００Ｍ 自 适 应 以 太 网 设 计，通 过内部继电器阵列将任意指定的目标电缆连接器管脚连接 至指定的内部高速精 密 检 测 回 路，从 而 实 现 导 通 或 绝 缘 检 测。检测模块内部结构如图２所示。
所示。对 被 测 小 电 阻 ＲＸ 施 加 ＋５ Ｖ 激 励，通 过 高 精 度 ＡＤＣ 检测 ＲＸ 的微小分压ＶＸ 来计算ＲＸ 的阻值。
缆 网 、转 接 电 缆 、检 测 计 算 机 组 成 一 个 完 整 的 电 缆 网 自
动 检 测 系 统 ，计 算 机 运 行 ＡｇｅＣＮｅｔ和 检 测 仪 模 块 阵 列 通 信 ，实 现 对 目 标 电 缆 网 的 自 动 检 测 。 转 接 电 缆 把 检 测 模
图 ４ 绝 缘 检 测 原 理
假设 ＡＤＣ 输入阻抗为无穷大，则 Ｒ２ 两端 的 电 压 差Ｖ２ 满足：