某型中频稳压电源检测仪的研制

【摘要】方位水平仪广泛应用于舰艇武器指挥系统，三相中频稳压电源为其提供所需各路电压。但在该电源电路板批量生产中，传统的调试及检测手段已经远远不能满足该板件的生产任务，同时在该型方位水平仪的保障修理过程中，对于板件的调试检测也存在一定的困难。本文旨在设计出一型能够满足批量生产及调试需要的检测设备，以满足装备保障需要。

【关键词】中频电源;信号检测;电磁兼容;功能扩展;软件设计

1.研制现状

1.1 研究目的与意义

NF系列方位水平仪广泛应用于舰艇武器指挥系统，为舰船提供方位、水平、航速等姿态信息。三相中频稳压电源为其提供所需各路电压。由于工厂承担了该电源板的研仿及批量订货任务，传统的调试及检测手段已经远远不能满足该板件的生产任务，同时在该型方位水平仪的保障修理过程中，对于板件的调试检测也存在一定的困难。

目前，批量生产中对各工作点参数的调试采用示波器来观察输入与发送端的波形来判断是否符合技战术指标，通过万用表一路路检测来确定各路工作电压，既不准确又不直观，并且无法同时观察各发送端的输出。由于检测手段的落后，生产及维修工作费时费力。一名熟练技师采用此种办法进行一次调整也要耗费几天的时间，因而远远不能适应批量生产及战时对装备维修工作的要求。

综上所述，研制专用的能多通道测量输出波形信号及同步检测多路电压的检测仪对生产及提高装备维修工作的效率具有重要意义。

1.2 总体设计方案

为使维修技术人员能尽量少的携带检测仪器，方便阵地修理，该检测仪在设计时配有三路扩展口，可随时随地检测调试任何装备、任何板件，并最多可为其同时提供四路工作电压显示、8路逻辑信号、2路示波信号的显示分析。

图1 系统结构框图

检测仪由4个电压表模块、逻辑分析模块、主控CPU板、通道选择开关、工作方式选择、人机接口和显示模块等组成。该检测仪的工作流程为主控CPU板根据面板输入设定进行功能选择、采集来自板件的波形信号及电压信号，通过解码换算，最后将得到的各路信息在本机显示出来，用于实时调试各工作点参数。

考虑到系统开发时间短、可靠性要求高、操作要求简单方便的特点，系统中的CPU模块、数字I/O接口卡选用的工控模块。系统中的人机接口界面采用图形化显示方式。显示屏采用工业级高亮度液晶屏。取消了传统的键盘接口方式，采用触摸屏获取输入信息。电源模块选用工业级专用模块提供+5V、+24V、+12V电源。220V转24V四路变压器及220V转18V变压器为专门根据技术指标定做。以下分别对各部分的原理、参数和设计方案进行说明。

2.技术设计方案

2.1 逻辑分析功能设计

由于待测板件输出为COMS信号而逻辑分析模块接收为TTL信号，故必须先设计出COMS、TTL信号转换电路，才能实现COMS信号通过逻辑分析模块实时显示波形信号的功能，并对六路信号分别控制，可进行多路显示或单路分析。波形信号接收幅值范围为+20V～-20V，带测板信号最大幅值为8V左右，无需另外进行信号转换，直接通过后面板采集处理。

2.2 多路电压复视功能设计

采用三位高亮电压显示模块，通过+24V给功能按钮进行供电，由12V电控制继电器来达到开关指示的目的。另外，为确保检测仪使用的可靠性，采用四路继电器隔离开关与电压显示模块来控制四路检测电压，确保数值测量准确。

2.3 外部功能扩展设计

为确保检测仪使用的可靠性，本仪器上下机柜采用航空插头进行连接，同时扩展口也从后面板外接。由于此三相中频稳压电源工作原理广泛应用于舰船装备供电系统中，只是每型装备具体参数不同，故本仪器在设计之初就考虑到了其功能扩展接口，通过后面板航空插头可外接各种板件信号检测点，对其他板件进行修理，方便进行阵地修理，提高保障效率。

2.4 结构设计

为方便制作，待测板件区采用有机玻璃组装完成，根据板件尺寸设计出插槽大小、深度并加工制作。由于壳体与前面板尺寸要完全吻合，故在设计定型时，考虑多方面因素，确保美观的同时，达到快速插拔的目的，以提高板件调试效率。

2.5 抗干扰设计

计算机的抗干扰性能根本在硬件结构，软件抗干扰只是一个补充。除了软件的抗干扰外，物理的EMI设计也直接关系到检测仪能否正常工作以及采集的数据是否失真的问题。本仪器采集的信号均为弱电信号，而板件供电变压器、开关电源、散热风扇等部件工作时均会产生大量的电磁辐射，给软件运行带来一定的干扰，从而导致数据采集不准确，甚至出现检测仪系统功能失效的后果。

该检测仪在设计时采用分体式设计充分考虑了这一因素。把变压器及开关电源放置在下体，而逻辑分析模块及液晶屏等安装在上部。这样可以进行有效的隔离，防止信号干扰。同时，在每根信号传输线上套有磁环，可以有效的抑制干扰辐射。

检测仪上部同样将工控处理单元与存贮器及专用电源分开。采用铝板物理隔离的方式将逻辑分析模块及信号采集端子安装在铝板上部。

除这些措施之外，所有信号传输线全部采用屏蔽电缆，以确保传输信号不失真。

2.6 前面板设计

设备的实用性是对设计的另一个考验。本检测仪面板设计直观，操作界面及按钮功能人性化，仅需简单培训即可掌握检测、调试全过程，能让操作者很快上手。这对特装装备保障队伍的建设，人员技能的提高有很大的推动作用。该仪器前面板上部为检测信号输出及控制区，前面板下部为检测信号输入及显示区。操作者只需使用手写笔及控制按钮就能达到对板件检测的目的，同时配合提升板可直观、方便的进行修理，人机互动性强。

由于阵地修理检测仪工作环境较为恶劣，本着提高检测仪可靠性的原则，在前面板上部加入了复位开关按钮。信号输入错误、程序解算出错导致系统死机等情况出现时，可紧急按下复位按钮，重新启动程序。

2.7 后面板设计

供电采用下部分单独供电的方式，以便减少仪器供电模块的数量及仪器可靠性。仪器上下体所需其他电压如220V、24V、12V、5V通过后面板共享方式传输，另外上部分信号也通过后面板航空插头进行一一对应采集分析。同时，为了实现检测仪的功能扩展，设计时，配备了两条外部信号采集线，分别测量其他板件电压信号及波形信号，方便修理。

2.8 供电方式设计

信息处理单元电路采取单独电源供电方式，其余所需电压共用一路完成。所有按钮开关采用24V单独供电，在按下的同时，点亮发光二极管，表明程序正进行信息采集处理，可以较为直观的显示各路信号运行状态。待测板件供电电压为四路交流24V及两路18V交流电压。原装备电源采用独立的四个220V转24V变压器及两个220V转18V变压器来完成板件供电，若照搬原厂家设计方案，检测仪将比较笨重，不能达到快速保障的目的。传统的变压器生产工艺，采用抽头式来实现多路电压的输出，这种方式在技术要求不很严格的情况下可行。但对于稳压电源供电，由于四路电压相通，存在相互干扰，不符合三相稳压电源设计指标要求。通过对原有供电变压器参数的分析测量，设计出符合该指标的220V转24V单独四路变压器及220V转18V单独两路变压器，变压器次级各路电压相互隔离，尽可能少的减少了相互间的干扰，同时将变压器的数量从原有的六个减少到两个，此设计方案能够完全满足检测仪板件供电需求。

2.9 散热设计

由于检测仪需要多种电压的供电，检测仪内部存在五个独立的供电电源，仪器工作时将产生大量热量。同时，中央处理器在信号采集分析时，也会散发热量。若热量无法及时排出，将导致仪器运行缓慢甚至烧坏芯片情况。方案设计时，充分考虑了这一因素。对于中央处理模块供电的单独电源配有单独散热风扇，并向上排热。CPU产生的热量由导热硅脂加散热片完成。同时检测仪上下体均配有两个24V大功率散热风扇，与仪器侧面进风口形成回路，及时排出热量。

2.10 多任务系统设计

模块化是检测仪功能实现的前导，它确定系统由哪些模块组成和模块之间的相互关系以及模块独立的功能和输入输出数据的规格，使信号采集不会产生混乱。本仪器由中央处理模块、波形信息采集模块、电压信号采集模块、数据格式转换、人机界面模块等五大部分组成。五大模块相互之间为并行关系，正常运行时构成一个多任务系统。

图2 检测仪运行图

3.军事经济效益分析

如图2所示，该型中频稳压电源检测仪不仅能够单独对NF系列方位水平仪电源板进行多通道测量，及各工作点参数的分析、调试，同时其扩展功能可完成几乎所有板件波形信号检测调试等功能，同时复视四路工作电压，能够基本满足维修技术人员的需求，从而提高装备维修效率、降低保障难度、适应战时需要，具有显著的军事效益和推广应用前景。

参考文献

[1]史本安，徐巍.KB-1型三相中频稳压电源的修理和改进[J].船舶工业技术经济信息，2001（11）.

[2]韦成杰，李丽兰.开关电源综合应用实训系统开发[J].数字技术与应用，2011（08）.

[3]李峻.三相中频方波变频电源[J].微特电机，1990（04）.

作者简介：王慧（1983—），男，浙江宁波人，大学本科，毕业于浙江工业大学电子信息工程专业，现供职于中国人民解放军第4806工厂军械修理厂。

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