一种多通道电爆管控制回路全电阻检测系统的制作方法

1.本发明属于液体火箭发动机地面试验控制技术领域，尤其涉及一种多通道电爆管控制回路全电阻检测系统。


背景技术：

2.液体火箭发动机地面试验中需要测量电爆管控制回路全电阻阻值(电爆管控制回路，包括电爆管电源、控制微机、驱动继电器、限流电阻及发动机电爆管)。全电阻包含电爆管电阻、控制线路电阻及限流电阻。目前液体火箭发动机地面试验中电爆管控制回路全电阻测量常用的方法主要有万用表测量法、比较电路法及恒流源法。万用表测量法测试时通常要求采取静电防护措施，并手动进行测试，操作不方便，判读误差大，测量精度低。比较电路法采用标准精密电阻与被测电阻通过同一恒流电路进行采样得到电压，通过电压的比值来判断被测电阻的电阻值，该方法可以避免恒流源精度问题，因为在比较电路中电流比值后不参与运算，但是如何保证比较电路两个采样电路的一致性是很大问题，若两个采样电路存在差异，则影响电阻检测精度；恒流源法主要是给被测电阻提供一个高精度恒流源激励，通过采集被测电阻两端电压，进而由欧姆定律计算出电爆管电阻阻值来，高精度恒流源是影响电阻检测精度的主要因素，但是如何保证高精度恒流源是一大挑战。


技术实现要素：

3.为了克服现有全电阻测量方法存在检测精度难以保证的问题，本发明提供一种液体火箭发动机地面试验电爆管控制回路全电阻检测系统。
4.为了保证对电爆管电阻测试的安全性，不管用哪种方法，都必须保证通过电爆管的电流限定在安全电流(比如10ma)。本发明采用恒流源法并通过四线制电阻测试方法(开尔文四线电阻检测法)进行电爆管电阻测试，将恒流激励的两线以及电阻两端电压测试的两线独立地连接到被测电阻的两端，可以有效地消除布线和接触电阻的阻抗，提高测试精度。同时为了保证电爆管测试过程的安全性，在测试过程中采用过流保护电路及自锁电路来进行电爆管电阻的高精度可靠性测试。
5.本发明的技术方案是提供一种多通道电爆管控制回路全电阻检测系统，其特殊之处在于：包括恒流输出电路单元、过流检测电路单元、电阻测量电路单元、开关驱动电路与arm主控单元；
6.恒流输出电路单元包括dac、v/i电路、电流监测电路、滤波放大电路及24位adc采样电路；其中dac的输入端与arm主控单元的输出端连接，dac的输出端与24位adc采样电路的输出端相连后接v/i电路的输入端；v/i电路的输出端经过流检测电路单元与电流监测电路的输入端连接，电流监测电路的输出端通过滤波放大电路与24位adc采样电路的输入端连接，24位adc采样电路的另一路输出端与arm主控单元连接；dac用于根据arm主控单元命令输出模拟电压信号；v/i电路用于将电压信号转换成设定的电流输出，作为电阻测试的恒流输出激励；电流监测电路用于对输出的电流进行i/v转换，将电流转成电压；滤波放大电
路用于对电流监测电路进行降噪及电压放大；24位adc采样电路用于对滤波放大后的电压值进行采样；
7.过流检测电路单元包括无抖动高速开关、自锁电路与过流保护电路；过流保护电路的输入端通过无抖动高速开关与恒流输出电路单元中的v/i电路的输出端连接，过流保护电路的输出端分别与自锁电路及恒流输出电路单元中的电流监测电路连接；自锁电路的输入端与arm主控单元连接，自锁电路的输出端与无抖动高速开关连接；过流保护电路用于在输出电流超过保护电流阈值后产生脉冲信号，触发自锁电路并控制无抖动高速开关关断环路；过流保护后自锁电路处于自锁状态，保证恒流输出通道处于关断状态；当解除过流重启测试时，通过arm主控单元控制自锁电路闭合无抖动高速开关保证恒流输出环路畅通从而解除过流保护；
8.电阻测量电路单元包括矩阵开关、四线制电阻测试电路、电阻测量电路、滤波放大电路及24位adc采样电路；矩阵开关的输入端与恒流输出电路单元中的电流监测电路输出连接；矩阵开关的输出端与四线制电阻测试电路连接；通过四线制电阻测试电路将恒流激励的两线以及电阻两端电压测试的两线独立地连接到被测电阻的两端；电阻测量电路、滤波放大电路及24位adc采样电路依次电连接，电阻测量电路的输入端与矩阵开关的输出端连接，24位adc采样电路的输出端接arm主控单元；依次通过矩阵开关与四线制电阻测试电路将恒流输出电路单元的输出电流输出给每路被测电阻；滤波放大电路用于将经每路被测电阻压降后的电压信号进行信号滤波放大，经24位adc采样输入至arm主控单元；
9.开关驱动电路的输入端与arm主控单元的输出端连接，开关驱动电路的输出端与矩阵开关的输入端连接；
10.arm主控单元内存储计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，实现以下过程：
11.步骤1、设定输出恒定电流值，控制恒流输出电路单元中的dac恒压输出；之后接收恒流输出电路单元中的24位adc采样电路输出的电流值，并与设定输出恒定电流值进行比较，若二者差值没有在设定的误差范围内，则调整dac的输出，直至恒流输出满足设定的输出电流值范围；
12.步骤2、设定保护电流阈值，将24位adc采样电路输出的电流值与保护电流阈值进行比较，若24位adc采样电路的输出电流值大于保护电流阈值，则通过自锁电路触发无抖动高速开关切断电流回路，自锁电路处于自锁状态；当解除过流重启测试时，控制自锁电路闭合无抖动高速开关；
13.步骤3、通过开关驱动电路控制矩阵开关切换，接入不同的被测电阻；
14.步骤4、接收电阻测量电路中24位adc采样电路的输出，根据r＝v/i公式，计算出每路被测电阻阻值。
15.进一步地，电阻测量电路单元还包括与矩阵开关连接的航插接口，用于连接外部待测电阻。
16.进一步地，电阻测量电路单元还包括与矩阵开关连接的精密电阻，用于在测试之前，计量恒流输出电路单元输出的恒流值。通过设定10ma恒流激励给板载的精密电阻进行恒流激励并四线制测量其电压，然后根据电压和精密电阻阻值来计算实际的恒流值。
17.进一步地，电阻测量电路单元还包括与矩阵开关连接的外部计量接口，用于连接外部计量设备，进行恒流输出和电阻测量精度计量。
18.进一步地，上述检测系统还包括emc滤波模块，用于对供电电源进行emc滤波，去除由于电源模块的干扰。
19.本发明的有益效果是：
20.1、本发明采用恒流源法并通过四线制电阻测试方法进行电爆管电阻测试，将恒流激励的两线以及电阻两端电压测试的两线独立地连接到被测电阻的两端，可以有效地消除布线和接触电阻的阻抗，提高测试精度；同时为了保证电爆管测试过程的安全性，在测试过程中采用过流保护电路及自锁电路来进行电爆管电阻的高精度可靠性测试。
21.2、本发明具有外部计量接口，通过该接口连接外部计量设备进行恒流输出和电阻测量精度计量；并通过设置精密电阻，通过24位adc采样电路对恒流输出电流值进行回采，校准恒流输出精度。
22.3、本发明通过恒流输出电路单元及过流检测单元实现闭环补偿，能够为被测电阻提供一个高精度恒流源激励。
23.4、本发明设置过流保护机制，通过实现过流保护电路触发自锁电路控制无抖动高速开关关断环路；通过过流保护电路响应时间可小于1ms。
24.5、本发明通过内置的精密电阻，在测量前可对恒流值进行诊断，并将恒流值通过以太网通讯在上位监控主机进行显示。
附图说明
25.图1为本发明多通道电爆管电阻测试电路原理框图；
26.图2为本发明恒流输出电路单元原理框图；
27.图3为本发明过流检测电路单元原理框图；
28.图4为本发明电阻测量电路单元原理框图；其中a为四线制电阻测试电路原理框图；b为电阻测量电路、滤波放大电路及24位adc采样电路原理框图；
29.图5为本发明开关驱动电路与矩阵开关连接原理框图。
具体实施方式
30.以下结合附图及具体实施例对本发明做进一步地描述。
31.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
32.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
33.其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
34.本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接：同样可以是机械连接、电连接或直接连接，
也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
35.如图1所示，本实施例多通道电爆管控制回路全电阻检测系统包括arm主控单元、恒流输出电路单元、过流检测电路单元、开关驱动电路及电阻测量电路单元。
36.arm主控单元是整个电阻测试系统的主控中心，负责控制其他电路功能以及与上位监控主机的通讯功能。如控制恒流输出电路单元输出高精度恒流、控制过流检测电路单元关断恒流回路、控制矩阵开关切换功能以及控制电阻测量电路实现高精度回采完成电阻值测量等。
37.如图2所述，本实施例恒流输出电路单元包括dac、v/i电路、电流监测电路、滤波放大电路及24位adc采样电路。其中dac的输入端与arm主控单元的输出端连接，dac的输出端与24位adc采样电路的其中一路输出端相连后接v/i电路的输入端；v/i电路的输出端通过过流检测电路单元与电流监测电路的输入端连接，电流监测电路的输出端与滤波放大电路的输入端连接，滤波放大电路的输出端与24位adc采样电路的输入端连接；24位adc采样电路的另一路输出端与arm主控单元连接；
38.dac用于输出模拟电压信号；v/i电路用于将dac输出的模拟电压信号转换成电流输出；电流监测电路用于对输出的电流进行i/v(电流转电压)转换，将电流转成电压；滤波放大电路用于对电流监测电路进行降噪及电压放大；24位adc采样电路用于对滤波放大后的电压值进行采样。
39.恒流输出电路单元采用环路电流控制模式，本实施例为了得到高精度10ma恒流源，采用24位adc采样电路实时采集恒流回路电流值，并且根据电流采样实时调整dac来控制v
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i电路的恒流输出，保证恒流源的高精度输出特性。
40.如图3所示，本实施例过流检测电路单元包括无抖动高速开关、自锁电路与过流保护电路；过流保护电路通过无抖动高速开关与恒流输出电路单元中的v/i电路的输出端连接；自锁电路的输入端与arm主控单元连接，自锁电路的输出端与无抖动高速开关连接。
41.当环路出现过流>20ma时，过流保护电路产生脉冲信号，触发自锁电路并控制高速开关立即关断环路，并通知arm控制单元；解除过流后，arm控制单元可复位自锁电路。另外还可以直接通过arm控制单元实现环路关断，若24位adc采样电路的输出电流值大于保护电流阈值，则通过自锁电路触发无抖动高速开关切断电流回路，自锁电路处于自锁状态。
42.结合图1与图4，本实施例电阻测量电路单元包括矩阵开关、四线制电阻测试电路、电阻测量电路、滤波放大电路及24位adc采样电路。矩阵开关的输入端与恒流输出电路单元中的电流监测电路连接；矩阵开关的输出端与四线制电阻测试电路连接；通过四线制电阻测试电路将恒流激励的两线以及电阻两端电压测试的两线独立地连接到被测电阻的两端；当恒流源电路的10ma电流，通过矩阵开关输出给每路待测电阻时，电阻会产生压降，这个压降经电阻测量电路差分模拟量信号转换，输送给24位adc采样电路，arm主控单元根据r＝v/i公式，可计算出每路阻值，嵌入式arm控制多次采样计算出平均电阻。
43.还可以在矩阵开关连接航插接口，用于连接外部待测设备；还可连接精密电阻，通过24位adc采样电路对恒流输出电流值进行回采，校准恒流输出精度。还可以连接外部计量接口，用于连接外部计量设备，进行恒流输出和电阻测量精度计量。
44.如图5所示，为了实现对多个电爆管电阻的同时测量，arm主控单元通过控制开关
驱动电路来控制矩阵开关实现多电爆管电阻的测量。矩阵开关单元与待测电爆管连接。
45.该测试装置还可以包括emc滤波模块，用于对供电电源进行emc滤波，去除由于电源模块的干扰。
46.arm主控单元内存储计算机程序，该计算机程序被处理器执行时，可实现以下过程：
47.步骤1、设定输出恒定电流值，控制恒流输出电路单元中的dac恒压输出；之后接收恒流输出电路单元中的24位adc采样电路输出的电流值，并与设定输出恒定电流值进行比较，若二者差值没有在设定的误差范围内，则调整dac的输出，直至恒流输出满足设定的输出电流值范围；
48.步骤2、设定保护电流阈值，将24位adc采样电路输出的电流值与保护电流阈值进行比较，若24位adc采样电路的输出电流值大于保护电流阈值，则通过自锁电路触发无抖动高速开关切断电流回路，自锁电路处于自锁状态；当解除过流重启测试时，控制自锁电路闭合无抖动高速开关；
49.步骤3、通过开关驱动电路控制矩阵开关切换，接入不同的待测被测电阻；
50.步骤4、接收电阻测量电路中24位adc采样电路的输出，根据r＝v/i公式，计算出每路被测电阻阻值。