基于虚拟仪器技术的引信电池测试系统设计
【摘要】本文利用虚拟仪器技术构建引信电池测试系统，通过模拟弹丸工作条件，进行电池数据的实时采集，并对电池性能数据进行分析和处理。
【关键词】虚拟仪器；LABVIEW；引信；数据采集
1.引言
无线电引信电源是无线电引信工作的能源。由于无线电引信工作的特殊条件，电源在引信发射过程中必须能被激活并可靠工作，在弹丸的飞行过程中，能为引信电子部件提供足够的能量，以保证电子部件的正常工作，因此电源部件是无线电引信可靠工作的关键。对电源部件的性能测试也是整个无线电引信测试必不可少的部分。
引信电源多为化学电池或热电池，通过施加一定的外力使其激活，并开始逐渐放电，为无线电引信提供一定时间的电源供给，保证其电路的正常工作。根据引信电子部件的实际工作需要，电池检测体系应有以下几项指标构成：输出电压（负载应模拟引信实际工作时负载）、激活时间、工作时间、噪音等性能指标，这些指标一般可通过实验室模拟试验的办法来检测。传统的这类检测方法是用数字万用表、示波器等手段构成测试系统，存在采样速率低、测试不够准确，系统不能通用于不同电池测试等缺点。近年来，随着计算机技术的发展，出现了虚拟仪器这一新测试技术，它是仪器技术与计算机技术深层次结合的产物，是全新概念的仪器，是对传统仪器概念的重大突破使，引信电源部件电性能测试可以采用虚拟仪器这一先进技术，使得系统测试更精确，体积更紧凑，应用更灵活。
2.系统概述
电池测试系统能在实验室模拟电池部件工作的全过程，对电池部件进行动态性能测试，考查在电池在激活、放电过程中的各项性能指标。系统模拟弹丸飞行过程中激活电池并开始放电为电子部件提供能源，模拟引信工作的实际过程，完成弹丸条件模拟，同时进行整个过程的电池性能数据采集、处理和分析，并在计算机上显示出来。
3.系统组成
系统包括动力装置和数据采集装置，动力装置主要完成模拟弹丸飞行条件和过程。数据采集装置负责对电池旋转激活装置的控制盒电池性能数据的实时采集。系统组成如图1所示。
3.1 动力装置
动力装置主要有中大孔径炮管、真空泵、电磁铁和电机机构等组成。给电池
提供向前和自身旋转的作用力，使电池可靠激活，进入正常放电过程。电池经过中大孔径炮管，产生类似弹丸激发的旋转力；真空泵抽炮管真空，形成一定的压强，给电池提供向前的力，模拟弹丸激发；电磁铁负责释放电池；电机机构由电机、传动部件、采集夹具和控制电路构成，电机旋转通过传动部件带动采集夹具高速旋转，模拟弹丸高速飞行的过程，控制电路主要通过固态继电器和变频器完成对电机旋转的控制。首先，变频器接受数据采集装置的信号控制电机机构带动采集夹具高速旋转，达到额定转速后，真空泵抽炮管真空，抽真空达到额定压强后激发电磁铁释放电池，电池通过炮管到达采集夹具内，随电机机构一起旋转并开始放电。
3.2 数据采集装置
数据采集装置作用有三个方面。首先，是对旋转激活装置进行控制，完成弹丸飞行过程的模拟，产生电池激活的外力条件，激活电池。其次，是完成控制信号和采集对信号的调理。最后，完成对电池部件激活、放电等性能数据的采集、处理、分析和显示。
数据采集装置由凌华公司CPCI-2501 PXI系统和信号调理、控制电路组成。PXI机箱配备零槽控制卡CPCI-3700A和PXI-2206多功能数据采集卡，CPCI-3700A[1]是用于3U CPCI系统的CPU模块，Pentium-III850MHz CPU，256M内存、40G硬盘、2个USB接口、2个串行端口、一个并行端口、4M显示存储器、100M网口控制器，具有一般计算机的功能；PXI-2206多功能数据采集卡[2]是通道16位多功能的数据采集卡，4通道同步差分模拟输入，24通道可编程数字I/O口，最高达250kS/s采样率，16bit A/D分辨率。信号调理、控制电路是多功能采集卡电机控制接口电路，信号采集前的调理电路和负载切换电路。
4.数据采集功能的实现
数据采集是电池性能测试系统重要的组成部分，如何准确采集相关数据是系统设计的关键所在。现对其实现方法和过程叙述如下。
对电池性能数据的采集需要进行输入前的调理。如图2所示，电池部件在激活装置作用下正常工作，E+电池部件经过R（传输线路电阻），通过R*（负载电阻）放电，经过R1、R2按比例衰减，传输进入数据采集卡，完成数据采集、处理过程，看似简单，但要做到数据的真实性，必须注意以下方面。
4.1 信号采集的时时性
数据采集系统在规定时间内以几十KHz的采样速率不间断采集，会采集到大量的数据，如何在较高的采样速率下，保证电池放电数据的不丢失，为后期计算机处理，提供可靠的依据。必须从硬件和软件两个方面着手，相互配合，才能达到这一要求。充分利用数据采集模块板载4K FIFO的作用，采用异步双缓冲模式，在采集过程中，对FIFO进行半满读取，一边采集，一边读取数据。同时利用LABVIEW的并行机制，对数据进行数字滤波、存储和显示。
4.2 噪音信号提取
采集到得电池放电信号当中，包括直流电压信号和噪音电压信号。需要对其中的噪音信号提取后，再进行处理。在信号分离需要用到滤波器，它可以使信号中特定的频成分通过，而极大地衰减其他频率成分。利用滤波器的这种选频作用，可以完成电池噪音的提取。LABVIEW自带强大的数字滤波器模板，不需要编写复杂冗长的滤波器程序，省去了模拟滤波器的设计与调试，只需要调用相应的函数即可实现信号滤波的功能。
按滤波器的选频作用，或者说对频率函数的处理作用，滤波器的输出频率段有三种情况：通带、阻带、过渡带。根据上述三种频带及其在频带所处区间的不同，滤波器可分为四类：低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器、带阻滤波器。最常用的可实现的滤波器有巴特沃兹、切比雪夫滤波器等。根据电池放电性能的特点及电池噪音信号的频率范围，选用带通滤波器。其中，巴特沃兹滤波器具有较好的幅频特性，能较好的反映电池放电的真实特性，设置上限截止频率和下限截止频率，通过调整滤波器的阶数达到满意的滤波效果，从而使提取出真实的通带电池噪音信号，为采集后的分析、处理提供可靠得依据。