某導彈測試設備電路板智能檢測系統(tǒng)設計

摘要：針對某型導彈測試設備電路板故障缺乏行之有效檢測方法的現狀，設計了某導彈測試設備電路板智能檢測系統(tǒng)。首先簡單介紹了電路板檢測原理，結合該設備電路板的結構和工作特點，建立了某型導彈測試設備電路板故障檢測的模型，闡述了該系統(tǒng)硬件各功能模塊的設計方案和系統(tǒng)軟件實現方法;以典型的光電轉換電路的測試為例，對電路板智能檢測系統(tǒng)的進行了試驗;試驗結果表明，該系統(tǒng)能解決導彈測試設備電路板檢測困難、測試效率較低的問題，提高了檢測的效率和故障定位的能力，其性能穩(wěn)定可靠，操作使用方便，結果顯示直觀;結合試驗積累的經驗，從兩個方面對下一步繼續(xù)研究進行了展望。

引言

　　在導彈武器系統(tǒng)中，尤其是在以集成電路為核心的電子電路中，由于系統(tǒng)的規(guī)模越來越大，性能和構造也更加完善和復雜，對導彈武器系統(tǒng)的可靠性和可維護性的要求也越來越高。目前，某型號導彈武器系統(tǒng)地面測試設備電路板的故障檢測定位主要依賴生產廠家的技術人員，部隊缺乏有效的檢測方法和手段，致使測試設備電路板出現問題后影響后續(xù)的作戰(zhàn)與訓練。

　　目前，國內在電路板通用維修測試設備的研制和開發(fā)方面開發(fā)出了基于VXI、PXI、GPIB、ISA等多種總線結構的自動測試診斷設備(ATE)產品和相應的測試軟件，能完成電子設備的系統(tǒng)級、電路板級測試診斷，其測試方法是通過判斷電路板上的器件是否正常，及連線是否正確來檢測整塊電路板是否正常，對電路板有一定的學習能力，具有一定的通用性，但由于缺少對整板性能進行測試，測試結果不完全。國際上開展了無接觸檢測技術的研究，該技術充分利用被測電路板的各種物理場的特征參數，以此作為故障診斷的依據，具有測試速度快、適用范圍廣等特點，但由于該檢測技術十分復雜，而且檢測費用也非常高，可靠性難以保證，并沒有得到較好的推廣。

　　本文在對當前電路測試理論及技術進行分析后，針對某型導彈地面測試設備使用的電路板的特點及測試要求，構建了一個基于功能測試的電路板自動測試系統(tǒng)，可提高導彈武器系統(tǒng)的測試效率，并降低導彈武器系統(tǒng)的測試成本。

1 電路板檢測原理與故障模型

1.1 電路板檢測原理

　　電路板系統(tǒng)測試的基本原理是暗箱原理，如圖1所示，被測對象電路板是一個“暗箱”，在不允許打開“暗箱”的情況下又要檢測電路板的功能好壞，只能通過對它施加激勵信號后判斷輸出響應來完成對系統(tǒng)的分析。

　　對于數字電路，測試其輸出端的響應代碼，與數據庫中的正確代碼比較，來判斷被測電路的邏輯功能是否正常，從而確定電路的好壞;對于模擬電路，測試其輸出端的電壓、電流、與輸入端之間的函數關系等其它參數，與相應的標準進行比較，根據它們是否一致來判斷模擬電路的功能是否正常。

1.2 電路板故障檢測模型

　　構成導彈地面測試設備電路板的最小單元是無非就是集成芯片和電容、電阻等元器件，這些元器件組合在一起就構成某個功能電路，完成特定功能;而功能模塊則由幾個功能電路組合而成，就能完成較為復雜的功能;一個電路板由若干個功能模塊組成，完成相應的系統(tǒng)功能，實現用戶的需求。因此，可將電路板分為以下四個層級：第一級是電路板級，第二級是功能模塊級，第三級是功能電路級，第四級是元器件級。根據四個之間的功能和相互關系，構成樹狀層次結構的電路板故障檢測模型，如圖2所示。

　　對導彈測試設備電路板的檢測過程是根據這個電路板故障檢測模型進行檢測的，對導彈測試設備電路板的檢測可在第一級也就是電路板級來實現，只要電路板級的檢測是正常的，便可認為導彈測試設備所有的電路板是無故障的。而對導彈測試設備電路板的檢測與診斷，可以按照導彈測試設備電路板故障檢測模型，采用從上至下的順序進行檢測與診斷，首先對導彈測試設備電路板級進行測試，如果發(fā)現導彈測試設備某個電路板級存在故障，則順序檢查各個相關的功能模塊，直到查到某個功能模塊存在故障，然后再對該功能模塊所包含的每個功能電路逐一進行檢測與診斷，如果發(fā)現導彈測試設備某個功能電路存在故障，再按照從上至下的順序檢測功能電路所包含的各個元器件，直至發(fā)現某個元器件有故障為止。倘若不能檢測到元器件故障，就檢測到功能電路級別，對功能電路進行整體更換。

2 系統(tǒng)設計與實現

　　檢測系統(tǒng)采用基于PC-DAQ的虛擬儀器構建模式，輔以靈活的測試接口電路。系統(tǒng)的硬件部分主要是對導彈地面測試設備電路板的模擬量測試信號、數字量測試信號和時序量測試信號進行采集和檢測，系統(tǒng)硬件設計總體結構框圖如圖3所示。

　　圖3中，被測試信號進入信號調理板后，分別通過模擬量通道、數字量通道、時序量通道進入檢測系統(tǒng)的數據采集卡;數據采集卡能夠產生控制信號，控制模擬量切換電路對模擬量的通道進行控制，使得需要檢測的模擬量進入檢測系統(tǒng)，而無關的模擬量則被隔離，此外，計算機作為系統(tǒng)的激勵源能產生相應的激勵信號通過ISA總線和數據采集卡送到信號調理板，用作電路板的檢測信號，這也是測試系統(tǒng)硬件的主要功能。

　　測試系統(tǒng)采用模塊化設計，根據導彈測試設備電路板檢測系統(tǒng)的需求，系統(tǒng)主要由電源轉換模塊、恒流源模塊、開關切換模塊、輸入模塊和輸出模塊、A/D轉換模塊和D/A轉換模塊組成。電路板智能檢測系統(tǒng)硬件功能模塊組成圖如圖4所示。

　　為了實現上述功能，本系統(tǒng)設計了相應的接口電路來實現對數據采集卡的控制和通道切換，完成數據采集和檢測的功能。由于數據采集卡本身具備電壓測試功能，所以可以直接用來測試電壓，不需要設計電壓接口電路，其他電流、電阻、電容、電感等接口電路及測試方法如下。

2.1 電流的測試方法

　　在電路板檢測的過程中，及時準確地掌握電流的大小非常重要，而數據采集卡不具備直接對電流信號進行采集量化的能力，系統(tǒng)采用了間接方法進行測量。在本測試系統(tǒng)中，讓測試電流直接流過標準電阻實現I-U轉換從而間接對電流進行測量，電流測量的原理圖如圖5所示。

　　在測試電路的設計中，通過并聯(lián)電壓負反饋放大電路，編程控制四個繼電器的切換，讓電流依次流過不同數量的電阻來實現I-V轉換。圖5中的放大器采用LM324來實現，由于放大器的輸入電阻很高，可以認為被測電流全部流過標準電阻。由電路的基本原理可以知道，放大器的輸入電壓為，輸出電壓，輸出電壓與輸入電流成正比。通過編程控制繼電器切換不同的電阻，就能夠得到不同的量程。通過本測試方法，較好地滿足了電路板上小電流的測量。

2.2 電阻的測試方法

　　電阻的在線測試一般根據電路等效三角形結構采用電隔離技術來實現，其測試原理圖如圖6所示。

　　圖6中與被測試電阻并聯(lián)的兩個等效電阻被運放隔離，在運放的一端加入一個標準的測量信號，通過轉換電路后就可以得到一個標準的信號輸出，根據計算，可得：。

2.3 電容的測試方法

　　電容的測量采用理想運算放大器來消除電容兩端旁路等效阻抗的影響，實現電容的在線隔離從而進行測量，其測試電路圖如圖7所示。

　　由數據采集卡的模擬輸出端口產生一個固定頻率的交流信號，它激勵轉換電路，得到一個與被測試電容成正比的交流電壓信號V_o，V_o通過數據采集卡采集到計算機以后，通過軟件實現信號的二階帶通濾波，濾除固定頻率以外的雜波，再經AC/DC VI函數轉換后得到與被測試電容成正比的電壓V。通過多組數據求得比例值K后，就可以根據比例值計算出被測試電容容值大小，可見轉換電路的實質是反相微分和積分電路。

　　由電路圖計算可得：， 。可以看出，被測電容與輸入電壓V_o成正比，從而實現的轉換。通過改變R₁和R₂的比值和電容C₁的大小，就可以擴大電容的測量范圍。