光電軸角編碼器的細分誤差快速測量系統

0引言

　　電纜的應用非常廣泛，且長時間使用后經常會出現短路或者斷路的情況，目前我國許多行業的電纜通斷測試仍停留在手工階段，費時費力，而且容易出現人為失誤，即使有配套的通斷測試儀，也存在測試精度不高，速度不夠快的現象。鑒于此本文設計了一種基于PC104的電纜通斷測試儀，新型的通斷測試儀采用先進的PC104嵌入式系統作為主控計算機，其意義就在于加快通斷測試的速度，減少操作步驟，提高測試的可靠性及精度。

　　新型測試儀的應用價值是比較明顯的，它不僅實現了有效的故障測試，縮短了故障排除的時間，提高了故障判斷的準確度，減輕了維護工作人員的工作量，而且相比與同類型的測試儀便攜性更好，對于測試條件艱苦的行業，本測試儀相比于現代國內的其他同類測試儀優越性更明顯。并且新型的測試儀兼容性好，可以應用于其他行業的電纜維修與測試，所以新型測試儀具有廣闊的應用前景。

　　1實現功能

　　新型的電纜通斷測試儀主要實現以下功能：

　　1)檢測功能，能夠對電纜芯線進行通斷檢測；

　　2)自檢功能，對系統檢測采集通道和測量通道進行系統自檢，檢查設備的工作狀態；

　　3)數據管理功能，具有數據報表自動生成，數據查詢、打印、導出、刪除、結果判斷等功能；

　　4)USB接口轉存功能，能夠通過USB接口利用U盤安裝程序，轉存數據。

　　2技術指標

　　1)通斷測量通道：256路，可擴展；

　　2)通斷測量范圍：測量電壓5V，串聯可變電阻檔：0～5MΩ；測量誤差：0．05V；精確度：0．01％；

　　3)對外接口：外界PS／2鍵盤、鼠標、一個標準串行接口、一個并行接口、兩個USB接口、自帶觸摸顯示屏；

　　4)輸入電源：AC220V(220±10％)，輸入電源功率：≥300W；

　　5)工作環境溫度：0℃～55℃。

　　3設備組成及工作原理

　　該智能測試裝置主要由人機接口電路、機箱、電源、液晶屏顯示部分、打印機、鼠標和鍵盤等部件組成。測試儀的系統原理圖如圖1所示。

　　用以PC104總線為基礎的嵌入式系統作為測試儀的核心控制系統，其中采用研華公司研制的PCM－3380作為CPU板。CPU板用來完成程序的運行控制、地址和數據命令的接收、對數據進行處理并顯示等工作。I／O板采用PCM－3724，用來完成數據的輸入輸出，供電電壓為5V。數據輸入方面有48個通道，0．8V以下視為邏輯0，2V以上視為邏輯1。數據輸出方面有48個通道，0．5V以下視為邏輯0，2V以上視為邏輯1。

　　數據采集板采用PCM－3718，用來完成采樣電壓的A／D轉換，采集板有8個模擬量輸入通道，工作電壓為5V。因為測通斷的測試電壓不需要太高，所以不用考慮采樣電壓過大的影響。

　　繼電器矩陣起到選通被測支路的作用，該部分主要由PC104總線接口，驅動器，繼電器開關組等器件構成，工作電壓為12V。它的工作過程是由PC104總線發出地址和控制數據到I／O板，I／O板收到數據后，先識別地址，然后將數據送到對應的地址處，從而起到控制相應的繼電器開關動作，選通測量支路的作用。

　　人機接口單元用來接收鍵盤，鼠標或者觸摸屏的控制命令，完成相應操作，并在觸摸屏上顯示相應信息。測試儀采用WindowsXP操作系統，可以通過軟件設計人機交互界面。

　　系統工作原理為：CPU板發出控制命令，通過I／O板控制繼電器驅動器驅動繼電器矩陣中相應的繼電器閉合或者斷開，從而起到將需要測試的測試芯線接入到測試電路的目的。測試完成后，將測試電壓濾波，隔離放大后送入數據采集板進行A／D轉換處理，最后將數據送回CPU板進行數據處理，判斷并顯示。

　　4硬件設計

　　4．1通斷測試電路設計

　　通斷測試電路采用串聯測壓原理，具體電路如圖2所示。

　　測試電源采用5V，工頻50Hz的交流電源，R1是一個高精度數控可變電阻，變化范圍0～5MΩ，U0是采樣電壓，它經過濾波，隔離放大后送入數據采集模塊，Rx是是被測電纜。不同的電纜種類有不同的規范，根據數控電阻R1的阻值，如將R1調至50Ω，則一般測得的電壓值在4．2～5V之間可以視此電纜芯線為導通，0～0．8V視為斷路。

　　4．2濾波電路設計

　　濾波電路用來消除對50Hz工頻電壓信號的干擾，本測試儀采用的視無源雙T型濾波電路，具體電路如圖3所示。

　　圖中，R1，R2，R3為可變電阻，通過調節它們的阻值來實現對一定頻率電壓信號的濾波。

4．3繼電器矩陣電路設計

　　繼電器分為行控制和列控制，其工作原理為：繼電器線圈的正極采用三極管放大器進行電流輸入驅動，當其邏輯輸入電壓為5V時，輸入電流為0．5mA時，則集電極的電流為β×0．5mA，其中β為三極管的放大倍數，選取適當β的三極管，可使其最大輸出電流為1A左右，可知列驅動電路中的繼電器能夠達到工作要求，其輸出的電流也為1A左右，因而滿足列驅動的電流要求，實現了推電流的功能。繼電器線圈的負極采用ULN2004來吸收通過繼電器線圈負端的電流，ULN2004的輸入端接5V的邏輯信號電壓時，其要求輸入電壓為0．35～0．50mA，而對其輸出端，實際上它是作電流輸入用途，當供電電壓為12V時，其工作電流在350～500mA之間。當輸入端無電壓輸入時，輸出端和地之間處于開路狀態，所以電流不能通過，此電路也就不能實現導通電流的作用，而當輸入端加載5V的信號電壓時，只需要0．5mA的電流，就可以使輸出端和地之間導通，從而使電流可以順利地通過實現“拉”電流的功能。只有當繼電器的行列驅動都工作的時候，繼電器矩陣中的繼電器才會工作，對應測試電纜的通路才會接通。繼電器工作原理如圖4所示。

　　5電纜通斷測試儀系統軟件

　　5．1軟件組成

　　CPU主控制器軟件平臺選用WindowsXP操作系統，編程語言采用ObjectPascal語言，軟件開發環境選用Delphi7．0。

　　系統軟件主要有顯示界面管理模塊、用戶接口管理模塊、數據文件管理模塊、測試項目管理模塊四大功能模塊組成。測試系統軟件組成如圖5所示。

　　5．2測試軟件主程序設計

　　本文設計的電纜通斷測試軟件系統，一個重要的特點在于它的通用性和可擴展性，它能根據需要自動加入不同型號電纜的測試程序。其實現過程為：將需要的測試程序加入到主引導程序的搜索路徑下，供主引導程序檢索；在測試進行前，先選擇所測的電纜型號，由程序加載需要的相應測試程序；運行測試程序，進行通斷測試。測試主程序如圖6所示。

　　圖6是測試過程的軟件流程圖：

　　6試驗數據驗證

　　利用該測試儀對某型號導彈的地面電纜進行測試。該電纜內有5根芯線，首先分別檢測每根芯線是否導通，再檢測芯線與芯線之間是否短路，根據數據采集板A／D轉換的范圍將數控電阻調至50Ω，測試結果如表1所示。

　　表1是將測得數據以電壓的方式顯示，同時也可以將測得值以電阻的方式顯示。

　　7結束語

　　該測試儀是基于PC104總線的嵌入式控制器系統，具有開放性、模塊化、易擴展等特點。軟件方面可以根據用戶的不同需求進行測試流程、測試任務的現場動態配置。試驗數據表明該測試儀可以方便、快捷、準確的完成電纜的通斷測試，可以大大降低工作人員的工作量，提高測試效率。該測試儀使用簡單，便于攜帶，維護方便且通用性較好，具有廣闊的市場前景。

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