CN104236401A - 一种火工品测试系统及其测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于火工品测试设备领域，具体涉及一种火工品测试系统及其测试方法。测试系统包括电源管理模块和控制器，控制器与恒流激励源、开尔文测试线、数据采集模块顺序连接，开尔文测试线用于连接待测火工品的两端；数据采集模块的输出端与控制器的数据输入端相连接，控制器还分别连接显示模块和用于操作的按键；电源管理模块分别与显示模块、控制器和恒流激励源相连接。方法包括操作按键向控制器发送工作信号，控制器向恒流激励源发出控制信号并切换相应恒流激励源，使恒流激励源向开尔文测试线提供稳定的激励电流用于测试，数据采集模块采集数据后将结果返还给控制器，并通过显示模块将测试结果显示给用户。操作简单、方便，测试结果可靠性高。

Description

一种火工品测试系统及其测试方法

技术领域

本发明属于火工品测试设备领域，具体涉及一种火工品测试系统及其测试方法，尤其是桥路电阻和泄放电阻的测试。

背景技术

火工品装置在军工产品中的应用日益增加，伴随而来的各类火工品的生产单位在做出厂检测时及使用单位在入厂(所)复验中，均需要对其各项参数指标进行检测。火工品的各项参数的测试是一项重要、频繁并且危险系数较高的测试项目。可靠、安全、高效、精确的对各类火工品进行测试，是火工品生产、制造、复验、装配、测试过程中不可缺少的一个重要环节。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷和不足，提供一种火工品测试系统及其测试方法。

为实现上述目的，本实用发明采用以下技术方案。

本发明提供的测试系统包括电源管理模块和控制器，所述控制器与恒流激励源、开尔文测试线、数据采集模块顺序连接，所述开尔文测试线用于连接待测火工品的两端；所述数据采集模块的输出端与控制器的数据输入端相连接，所述控制器还分别连接显示模块和用于操作的按键；所述电源管理模块分别与显示模块、控制器和恒流激励源相连接。

进一步的，所述数据采集模块包括相互连接的模拟开关和模数转换器，所述模拟开关与开尔文测试线相连接，模数转换器与控制器相连接。

进一步的，所述模数转换器采用24位模数转换器。

进一步的，所述恒流激励源包括第一运算放大器A1、第二运算放大器A2，第一场效应管Q1、第二场效应管Q2，稳压二极管BZ1，二极管D1，第一电阻RJ1、第二电阻RJ2、第三电阻RJ3，第一电容C1、第二电容C2，所述第二运算放大器A2输入端5脚与控制器的输出端相连接，输出端7脚与第二场效应管Q2的栅极相连接，输入端6脚与第二场效应管Q2的源极、第三电阻RJ3的一端相连接，所述第三电阻RJ3的另一端接地；所述第二场效应管Q2的漏极与第二电阻RJ2的一端、第一运算放大器A1的输入端3脚相连接，所述第一运算放大器A1的输入端2脚与第一电阻RJ1的一端、第一场效应管Q1的漏极相连接，输出端1脚与第一场效应管Q1的栅极相连接，所述第一场效应管Q1的源极通过二极管D1与开尔文测试线相连接；所述第一电阻RJ1的另一端与第二电阻RJ2的另一端、第二电容C2的一端、稳压二极管BZ1的正极相连接，所述稳压二极管BZ1的负极与第一电容C1的一端相连接，所述第一电容C1、第二电容C2的的另一端分别接地。

进一步的，所述开尔文测试线包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5，所述第一电阻R1的第一端与恒流激励源相连接，第二端与第二电阻R2的第一端、第四电阻R4的第一端相连接，所述第二电阻R2的第二端与第三电阻R3的第一端、第五电阻R5的第一端相连接，所述第四电阻R4的第二端、第五电阻R5的第二端分别与待测火工品的测试端相连接。

进一步的，所述电源管理模块包括第六电阻R6、第七电阻R7、三极管T1、MOS管Q3，所述第七电阻R7的一端与三极管T1的基极相连接，另一端与控制器输出端相连接；所述三极管TI的集电极分别与第六电阻R6的一端、MOS管Q3的栅极相连接，第六电阻R6的另一端与MOS管Q3的漏极相连接，所述MOS管Q3的源极与恒流激励源相连接。

进一步的，所述按键包括去零按键、测试按键、桥路测试/泻放测试切换按键、校准按键、背光开关按键。

进一步的，通过设置蜂鸣器，当测试结果异常时发出警报，方便使用。

进一步的，所述显示模块为LCD显示屏。

本发明提供的测试方法，包括以下步骤：步骤1)：火工品测试系统初始化，控制按键选择是否开启显示模块背光；

步骤2)：操作按键选择进行桥路测试或泻放测试，控制器向恒流激励源发送电压信号，以切换桥路测试或泻放测试相对应的恒流激励源；

步骤3)：恒流激励源向开尔文测试线发送测试电压，同时电源管理模块关闭其他不工作部分的电源；

步骤4)：数据采集模块收集开尔文测试线的测量数据，并将数据返还给控制器，并通过显示模块显示；

步骤5)：当数据采集模块累计超时，控制器降频待机。

与现有技术相比，本发明提供的测试系统具有以下有益的技术效果：通过设置控制器为核心控制单元，响应按键传递过来的配置信息，并结合电源管理模块管理所有其余各单元的电源，可以关闭不使用部分的电源以节约电能，显著提高了待机时间，由原来的约4小时提升至24小时。通过设置恒流激励源产生稳定的激励电流用于测试，使测试电流稳定在一个很小的电流值上，保证在主要器件失效或损坏的情况下的输出电流也小于火工品的发火电流，在弱电流激励下达到很高的测试分辨率，使用2.5mA的测试电流即可达到10毫欧的测试不确定度，分辨率达到1毫欧。提高测试系统的可靠性和稳定性。通过设置开尔文测试线，消除线电阻和接触电阻在小电阻测试时产生的误差。

进一步的，通过设置24位的模数转换器可以实现百万分之一的分辨率，保证在弱激励电流的情况下测得准确的电阻值，提高测试可靠性。

进一步的，通过设置模拟开关，可将开尔文测试线的两个测试点电压分别切换到模数转换器上，这样可以只使用单通道模数转换器即可完成测试，提高测试系统的可靠性和稳定性。

本发明提供的测试方法，通过操作按键向控制器发送工作信号，控制器向恒流激励源发出控制信号并切换相应恒流激励源，使恒流激励源向开尔文测试线提供稳定的激励电流用于测试，数据采集模块采集数据后将结果返还给控制器，并通过显示模块将测试结果显示给用户，操作简单、方便，测试结果可靠性高。

附图说明

图1为本发明测试系统结构框图；

图2为本发明测试系统开尔文测试线原理图；

图3为本发明测试系统恒流激励源原理图；

图4为本发明测试系统电源管理模块原理图；

图5为本发明测试系统工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述。

参见图1，本发明提供的测试系统包括：电源管理模块和控制器，所述控制器与恒流激励源、开尔文测试线、数据采集模块顺序连接，所述开尔文测试线用于连接待测火工品的两端；所述数据采集模块的输出端与控制器的数据输入端相连接，所述控制器还分别连接显示模块和用于操作的按键；所述电源管理模块分别与显示模块、控制器和恒流激励源相连接。所述数据采集模块包括相互连接的模拟开关和模数转换器，所述模拟开关与开尔文测试线相连接，模数转换器与控制器相连接。控制器还连接有蜂鸣器。模数转换器采用24位模数转换器。按键包括去零按键、测试按键、桥路测试/泻放测试切换按键、校准按键、背光开关按键。显示模块为LCD显示屏。各部件均采用温度系数较小的元器件，在-20℃到50℃测试的工作环境下测试20℃电阻达到了测试电阻抖动小于3毫欧，提高环境适应性。

参见图3，恒流激励源包括第一运算放大器A1、第二运算放大器A2，第一场效应管Q1、第二场效应管Q2，稳压二极管BZ1，二极管D1，第一电阻RJ1、第二电阻RJ2、第三电阻RJ3，第一电容C1、第二电容C2，所述第二运算放大器A2输入端5脚与控制器的输出端相连接，输出端7脚与第二场效应管Q2的栅极相连接，输入端6脚与第二场效应管Q2的源极、第三电阻RJ3的一端相连接，所述第三电阻RJ3的另一端接地；所述第二场效应管Q2的漏极与第二电阻RJ2的一端、第一运算放大器A1的输入端3脚相连接，所述第一运算放大器A1的输入端2脚与第一电阻RJ1的一端、第一场效应管Q1的漏极相连接，输出端1脚与第一场效应管Q1的栅极相连接，所述第一场效应管Q1的源极通过二极管D1与开尔文测试线相连接；所述第一电阻RJ1的另一端与第二电阻RJ2的另一端、第二电容C2的一端、稳压二极管BZ1的正极相连接，所述稳压二极管BZ1的负极与第一电容C1的一端相连接，所述第一电容C1、第二电容C2的的另一端分别接地。

因为被测火工品的正常范围已知，所以采用固定量程设计。桥路电阻与泄放电阻测试分别设定了独立的恒流激励源。电压基准通过U1B和Q2形成负反馈，则在RJ3上的电压与REF相同，产生电流为，由于JFET的栅极漏电流很小可忽略，所以此电流在RJ2上产生的电压差为,U1A与Q1形成第二次负反馈，使RJ1两端电压差与RJ2两端电压差相等，则RJ1上流过的电流为,忽略运放的偏置电流和JFET的栅极漏电流则输出电流即为。选取输出级得P沟道JFET的小于10mA即可达到在任何情况下输出电流小于点火域值。选取不同的电阻值比例即可达到设定的测量电流值。最终选取桥路电阻测量电流为2.5mA，泄放电阻测量电流为5uA。

参见图4，电源管理模块包括第六电阻R6、第七电阻R7、三极管T1、MOS管Q3，所述第七电阻R7的一端与三极管T1的基极相连接，另一端与控制器输出端相连接；所述三极管TI的集电极分别与第六电阻R6的一端、MOS管Q3的栅极相连接，第六电阻R6的另一端与MOS管Q3的漏极相连接，所述MOS管Q3的源极与恒流激励源相连接。

默认时三极管T1不导通，使MOS管Q3处于关闭状态。当T1导通时由于R1两端电压形成Q1的GS控制电压使Q1处于打开状态为后级设备供电。

参见图2，开尔文测试线包括第四电阻R4、第五电阻R5，以及串联的第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3，所述第一电阻R1和第二电阻R2的公共端与第四电阻R4的一端相连接，第二电阻R2和第三电阻R3的公共端与第五电阻R5的一端相连接，所述第一电阻R1的一端与恒流激励源的输出端相连接，所述第三电阻R3的一端接地，第四电阻R4的另一端、第五电阻R5的另一端分别与待测火工品的测试端相连接。

激励源产生激励电流I，此电流会在整个测试回路上产生电压，而测试需要仅仅是待测电阻R2上的电压。开尔文测试法分别采用高输入阻抗端测量R2两端的电压V1和V2，再求其差值，即得到R2两端的电压，利用已知的激励电流I，则利用欧姆定律计算求得待测电阻R2。这样的测试方法中四根测试线的线电阻与接触电阻可分别归于R1、R3、R4、R5，而计算公式与这四个值无关，只需在设计中保证测试电流I稳定即可，这样就可以精确测量小电阻。

本系统以控制器为核心控制单元，管理所有其余各单元的电源，可以关闭不使用部分的电源以节约电能，同时响应按键传递过来的背光开关、量程、校准等配置信息，将ADC读取到的值经过计算和修正后显示到LCD上。恒流激励源产生稳定的激励电流用于测试，并保证在主要器件失效的情况下不会产生过大的测试电流。

连接测试电缆后，按下电源开关。液晶屏显示设备名称及版本信息。按下桥路/泄放切换按钮可切换测试模式，其中桥路电阻为欧姆级小电阻测试档位，泄放电阻为兆欧级大电阻测试档位，测试原理一致，仅激励电流不一致以获得不同的量程。采用四线开尔文测试夹连接到待测电阻后按下开始键，待示值稳定后即可读出当前电阻值。此外还设有去零键，可以在某些场合应用以方便测量。背光按键可以使设备可在夜间条件下使用。

参见图5，本发明提供的测试方法，包括：以下步骤：步骤1)：火工品测试系统初始化，控制按键选择是否开启显示模块背光；

步骤2)：操作按键选择进行桥路测试或泻放测试，控制器向恒流激励源发送电压信号，以切换桥路测试或泻放测试相对应的恒流激励源；

步骤3)：恒流激励源向开尔文测试线发送测试电压，同时电源管理模块关闭其他不工作部分的电源；

步骤4)：数据采集模块收集开尔文测试线的测量数据，并将数据返还给控制器，并通过显示模块显示；

步骤5)：当数据采集模块累计超时，控制器降频待机。

首先，操作按键向控制器发送工作信号，选择是否开启背光，然后选择桥路测试或泻放测试，进行测试模式间的切换，控制器向恒流激励源发出控制信号并切换相应恒流激励源，同时，控制器结合电源管理模块关闭其他不工作部分的电源，恒流激励源向开尔文测试线提供稳定的测试电压用于测试，数据采集模块采集数据后将结果返还给控制器，并通过显示模块将测试结果显示给用户。当累计10分钟无按键操作，控制器关闭所有电源并降低自身工作频率以节约电能。

工作时，设备开机后等待按键输入。如果按下背光键，则切换背光有无；如果按下桥路/泄放键，程序进入桥路电阻测试流程，首先切换测试恒流源，再关闭不需要部分的电源以节省电能，然后依次测试开尔文测试线的两个测试端子的电压，最后根据两点的电压差计算阻值；如果再次按下桥路/泄放键，进入泄放电阻测试流程，首先切换测试恒流源，再关闭不需要部分的电源以节省电能，然后测试线两端的电压，根据此电压计算泄放电阻阻值，控制器控制显示屏将测试结果显示给用户。

Claims (10)

1.一种火工品测试系统，其特征在于，包括电源管理模块和控制器，所述控制器与恒流激励源、开尔文测试线、数据采集模块顺序连接，所述开尔文测试线用于连接待测火工品的两端；所述数据采集模块的输出端与控制器的数据输入端相连接，所述控制器还分别连接显示模块和用于操作的按键；所述电源管理模块分别与显示模块、控制器和恒流激励源相连接。

2.根据权利要求1所述的一种火工品测试系统，其特征在于：所述数据采集模块包括相互连接的模拟开关和模数转换器，所述模拟开关与开尔文测试线相连接，模数转换器与控制器相连接。

3.根据权利要求2所述的一种火工品测试系统，其特征在于：所述模数转换器采用24位模数转换器。

4.根据权利要求1所述的一种火工品测试系统，其特征在于：所述恒流激励源包括第一运算放大器A1、第二运算放大器A2、第一场效应管Q1、第二场效应管Q2、稳压二极管BZ1、二极管D1、第一电阻RJ1、第二电阻RJ2、第三电阻RJ3、第一电容C1和第二电容C2，所述第二运算放大器A2输入端5脚与控制器的输出端相连接，输出端7脚与第二场效应管Q2的栅极相连接，输入端6脚与第二场效应管Q2的源极、第三电阻RJ3的一端相连接，所述第三电阻RJ3的另一端接地；所述第二场效应管Q2的漏极与第二电阻RJ2的一端、第一运算放大器A1的输入端3脚相连接，所述第一运算放大器A1的输入端2脚与第一电阻RJ1的一端、第一场效应管Q1的漏极相连接，输出端1脚与第一场效应管Q1的栅极相连接，所述第一场效应管Q1的源极通过二极管D1与开尔文测试线相连接；所述第一电阻RJ1的另一端与第二电阻RJ2的另一端、第二电容C2的一端、稳压二极管BZ1的正极相连接，所述稳压二极管BZ1的负极与第一电容C1的一端相连接，所述第一电容C1、第二电容C2的的另一端分别接地。

5.根据权利要求4所述的一种火工品测试系统，其特征在于：所述开尔文测试线包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5，所述第一电阻R1的第一端与恒流激励源相连接，第二端与第二电阻R2的第一端、第四电阻R4的第一端相连接，所述第二电阻R2的第二端与第三电阻R3的第一端、第五电阻R5的第一端相连接，所述第四电阻R4的第二端、第五电阻R5的第二端分别与待测火工品的测试端相连接。

6.根据权利要求5所述的一种火工品测试系统，其特征在于：所述电源管理模块包括第六电阻R6、第七电阻R7、三极管T1、MOS管Q3，所述第七电阻R7的一端与三极管T1的基极相连接，另一端与控制器输出端相连接；所述三极管TI的集电极分别与第六电阻R6的一端、MOS管Q3的栅极相连接，第六电阻R6的另一端与MOS管Q3的漏极相连接，所述MOS管Q3的源极与恒流激励源相连接。

7.根据权利要求1所述的一种火工品测试系统，其特征在于：所述控制器还连接有蜂鸣器。

8.根据权利要求1所述的一种火工品测试系统，其特征在于：所述按键包括去零按键、测试按键、桥路测试/泻放测试切换按键、校准按键、背光开关按键。

9.根据权利要求1所述的一种火工品测试系统，其特征在于：所述显示模块为LCD显示屏。

10.权利要求1-9中任意一项所述的火工品测试系统的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1)：火工品测试系统初始化，控制按键选择是否开启显示模块背光；

步骤2)：操作按键选择进行桥路测试或泻放测试，控制器向恒流激励源发送电压信号，以切换桥路测试或泻放测试相对应的恒流激励源；

步骤3)：恒流激励源向开尔文测试线发送测试电压，同时电源管理模块关闭其他不工作部分的电源；

步骤4)：数据采集模块收集开尔文测试线的测量数据，并将数据返还给控制器，并通过显示模块显示；

步骤5)：当数据采集模块累计超时，控制器降频待机。