高适配度通用化导通绝缘测试仪的设计及应用

作者 张怡文 周毅然 上海航天控制技术研究所(上海 200233)

张怡文(1985-)，女，工程师，研究方向：测试测量。

摘要：本高适配度通用化导通绝缘测试仪主要用于对多通道的被测对象进行自动化导通绝缘测试，且具有高适配性，多通道数等特点，通过预先的配置可实现一键式全自动测试，并将测试结果按要求进行分析、判断、保存、打印。本导通绝缘测试台可测对象阻值范围广，且对于非纯阻性等特殊被测点可通过测试模式的设置等方式准确的测试其阻值大小，其测试程序基于LabVIEW语言开发，且留有多个可配置接口，可以满足用户不同的测试需求及使用习惯。

引言

　　随着现今军工及电子产品复杂度及产量的日趋提升，对其导通绝缘的测试精度及效率要求也随之上升。当今工业领域主要使用的检测手段还十分落后，大多采用非标定制测试仪针对某一类型产品进行测试，且测试主要采用二极管亮灯或蜂鸣器发声等物理显示手段，不仅精度差，故障出错率高，且无法对其量值进行测试显示。针对这一问题，本项目设计的自动导通绝缘仪不仅可实现全自动流程测试，且可对其具体阻值大小进行测试显示并与标准值进行比对判断，且本测试仪采用通用架构的设计思路，提供多达198通道的路数，被测对象在满足通道数的情况下均可通过更换接口连接电缆实现通用测试。本文详细介绍了本导通绝缘测试仪的设计原理及应用情况，重点对其硬件及软件的通用化、自动化方面的设计进行了详细的描述。

1 系统组成及功能概述

　　本通用化导通测试仪在满足功能的前提下，兼顾考虑使用方便，人性化智能化等特性，尊重用户使用习惯及需求，可设计为多种结构外形，如桌式、台式、便携式等。目前已完成三个结构版本的设计，并已投入使用。外观见图1~图3。

　　导通绝缘仪的功能实现主要分为前端采集、后端处理及显示存储三部分。其中前端采集部分分为导通测试、绝缘测试及智能通道选择三个功能模块，后端处理为测试项配置加载、数据处理及判断三大功能模块，显示存储包括显示及存储两大功能模块。其功能模块关系示意图见图4。

　　本测试台可以测试高达198通道中任意两点之间的导通绝缘情况，测试仪对外的接口统一为4×50芯接口，可将被测点按需求配置后实现多测试项自动顺序测试，并将测试结果处理、与标准值比对后得出判断结论并保存，保存格式可依照用户需求设置，且存储路径、文件生成覆盖与否等配置项可由用户设置，方便用户后续查看。

2 系统设计思路及功能实现

　　测试仪的主要功能为检测被测对象的导通和绝缘情况，其前端主要功能为获取被测对象并进行硬件调理与阻值采集，由于本测试仪提供多通道自动切换的测试模式，所以如何达到通道的智能选择切换至关重要。兼顾多通道及成本控制等因素，系统选用单通道高精度的阻值采集模块，既同一时间对一组被测节点进行高精度采集，多通道之间采用顺序循环切换模式采集，其主要采集模块功能示意图见图5。

　　前端采集切换部分的难点在于对各类不同特性采集对象的采集方式，如带有容性和感性的被测对象，其通道切换及采集前的处理方式都与纯阻性的对象有所不同，包括切换滞空时间、切换后的等待时间、采样前的电路处理、采样的次数、频率以及有效值的筛选等。其中确定的采样特性可在系统配置表中预先设置，后续的调试测试过程中也可按照实际情况进行调整校准。

　　基于多对象的采集计算模式，本导通测试台选用STC12C60S2单片机为核心，利用分压测量原理，通过A/D转换器进行采样，得到的采样值经过计算处理后实现电阻测量的功能，测量结果按照用户显示需求进行界面显示。

2.1 采集主控模块的选型

　　测试台整个采集过程，包括采集、处理、计算、显示、保存等各个环节都依靠单片机的处理来完成，所以选择一款满足本项目特点的单片机芯片至关重要，综合考虑整个项目，我们选择了低电压高性能的处理器控制芯片STC12C60S2作为核心控制单元，将前端A/D转换器采集分压电路的输出电压值输入单片机进行处理计算后，输出到后端进行显示及保存，采集使用分压测量，通过16位的A/D可有效减小测量误差。

2.2 主要测试模块的选型

　　电阻测量方案：电阻测量采用分压测量法;

　　信号采集模块：信号采集电路选用A/D模数转换LTC1864;

　　档位选择模块：采用多路继电器开关卡作为档位开关控制;

　　显示模块：显示器根据不同外形结构，可由用户自定义选择;

　　基准电压模块：AD586(5V);

　　保存模块：后端保存程序由Labview进行开发编辑，保存格式由用户自定义。

3 硬件功能模块设计

　　硬件采集测量设计原理图如图6所示。

　　如图6所示，打开导通测试仪后，用户选择进入测试模式，通过单片机控制选择被测对象通道，通过分压电路和继电器切换电路产生对应的电压值，通过A/D转换模块将数字量输入单片机进行处理计算后显示。

3.1 A/D采样模数转换器LTC1864

　　本测试仪的采样A/D转换模块选用了凌力尔特的16串行A/D芯片，此款芯片由5V单电源供电，最大工作电流为850μA，最大采样率为250ksps，且可在-40℃~+125℃的宽温度范围内正常工作。其与单片机的接口电路见图7。

3.2 档位选择电路

　　本导通仪可对0~100MΩ的被测对象进行测试，但由于电阻范围跨度大，不同量级的被测对象对测试电压电流的要求也不同，若统一采用同一档位进行测量，其精度会大大降低，故本测试台对测试对象进行了档位的自动匹配选择，档位选择电路由多个继电器阵列组成，测试开始时，首先对被测对象进行粗测，根据粗测结果控制继电器切至匹配档位进行精测。本电路选用松下公司的TX2-5V继电器，由于单片机的输出电流无法直接驱动继电器动作，故在中间加入一级三极管进行放大后再驱动继电器工作，整个档位选择电路接口图见图8。