基于LabVIEW的导电滑环测试系统

贾 惠，李 壮

(1.杭州电子科技大学电子信息学院，浙江 杭州310018;2.郑州炜盛电子科技有限公司，河南郑州310027)

0 引言

导电滑环是实现两个相对旋转设备间信号及电流传递的精密装置，在军工、航空、航海都广泛应用，因其通断时间在ns级，通断检测问题一直以来都难以解决，波形跟踪更难以实现。德国GAT的产品采用贵金属做导电滑环材料，选用青铜或银石墨为触头，因而不仅可以在毫伏电压下传送最小的微安级电流，或在15kv电压下传输电能，也可通过数据传输线和计算机接口进行数据传输。导电滑环性能的提高使导电滑环的检测有了更好的发展。国内最新是用FPGA来解决导电滑环0.1ms及以上的瞬短、瞬断的问题［1］，LabVIEW含有FPGA模块，而且在数字采集和处理方面有更快的速度。本文采用了LabVIEW进行多路滑环的选通，从基本上解决了多路滑环接触间断在ns级的测量、计数和跳断波形跟踪的问题。

1 导电滑环检测系统前向通道工作原理

课题的设计采用“自上向下”的设计流程，，系统图如图1所示。

图1 系统框图

整个系统由LabVIEW控制模块，译码选通模块(译码器、电子开关)，延时判决模块、触点跳断报警模块(LabVIEW显示模块、LED显示电路)、触点跳断计数模块(LabVIEW计数模块)组成。

2 电路单元模块原理及测试

2.1 LabVIEW控制80路开关译码选通模块

单路开关译码选通模块通过LabVIEW的Port0端口依次串行输出，控制实际硬件电路中CD4514的使能端来实现，电路原理是:4—16线的4514译码器接5V电源，选通信号STROBE置为5V，禁止信号INHIBIT置为0V，CE通过一个非门接到LE，通过LabVIEW控制4514地址编码置为D4D3D2D1=0000，Y0输出接到CD4066的输入端，输出端接两个74LS14，通过74LS14对信号进行整形，使变化缓慢的信号变得陡峭，然后进入延时模块。实际电路中用了5片4514可以实现128路测试，因采集卡采集频率的限制，实际实现了80路译码选通。

Dev1/port0/line0为6229采集卡的P0.0口，并通过 DAQmx create channel将其设置为 Digital Output(数字输出)，DAQmx Sart Task用于开始通过端口输出控制电平。DAQmx Write用于向输出端口写数据，而写入的值则直接由一个布尔开关控制。通过LabVIEW控制第一片4514，并把地址编码端全接地，所得测试结果如图2所示。通过5组相同的程序，最终实现80路路导电滑环自动选通的功能［2］。

图2 LabVIEW控制选通模块

2.2 信号延时特性测量模块

通过软件仿真的方式测试了4种与门的延时时间，结果如表1所示，根据设计需要实现对30ns倍数时间的检测，选择CD4081作为延时电路的构成部分。

表1 延时时间结果数据表

该模块的测试使用函数发生器输出5V的脉冲波，经过信号整形后分为两路，一路进入由CD4081构成与门延时电路实现信号的延时，继而输出到与门74LS08;另一路输出直接进入74LS08，两路信号经过74LS08与门进行相与，在输入信号存在高电平重叠时，输出端输出高电平信号，在其余时间内，输出端均输出低电平信号［3］。在设计中使用使用了9个CD4081与门和一个Header，通过选择header的2、4、7 引脚实现了60ns内、60 －120ns、120 －210ns、大于210ns的延时。

2.3 触点跳断报警测试模块

触点跳断报警测试电路的实现方案是调节数字示波器，输出电压3V，频率为1kHz的脉冲波，占空比调为0.001%，offset为1.5V，使得最低电压为0V。然后调节函数信号发生器，输出电压5V，频率为1kHz的方波［4］。使用自制电源为电路提供5V电的电压。上级电路输出的信号经过与门74LS08进行与运算，当输入的两路信号高电平在时域上不存在重叠时，74LS08输出低电平，经过施密特触发器取反输出高电平，当电源瞬时打开时，SD=1，CD=0，Qn+1=0，D触发器清零，此时Q端为低电平，三极管不导通，发光二极管LED不亮;当输入的两路信号为高电平时，74LS08输出为高电平，经过施密特触发器取反为低电平，SD=1，CD=1，CLK=↑，Qn+1=1，此时Q端为高电平，三极管导通，发光二极管LED点亮［5］。在实际的电路搭建过程中要考虑电容的充放电问题。按照现在方法搭建的电路无法清零，在实际电路中加了复位键，每次输入波形后按复位键能够使电路正确显示［6］，，理论和实际还是有一定的差距。

把实际电路中三极管3DG6的集电极端接到LabVIEW数据采集端口，一灯用蓝线接到33端口，二灯用紫线接到65端口，三灯用灰线接到30端口。通过LabVIEW程序框架如图3(a)所示能够跟随硬件电路灯亮灭，实现了人机交换［2］。通过用DAQ助手多路采集三极管集电极端电压，当三极管导通时，集电极和射极间压降极低，低于2V，而三极管不导通时，集电极和射极间的压降为3.3V，所以通过判断压降来实现判断跳断间断。当硬件电路和LabVIEW面板上3灯都不亮，说明跳断时间是在60ns内;当一灯亮时跳断时间间隔在60ns－120ns，LABVIEW的前面板上的60ns的灯亮;硬件电路3灯全亮和LabVIEW面板上210ns灯亮，表明跳断时间是大于210ns，如图3(b)所示。

图3 LabVIEW流程图和二灯亮时LabVIEW跟随显示

2.4 触点跳断计数模块

触点跳断计数模块主要是用74LS112双JK触发器作计数器，把JK触发器的J、K端全接高电平组成T触发器［3］。把从施密特触发器74LS14输出的信号接到CLK端，每次下跳沿到来，输出Q端就翻转，输出矩形波，接到LabVIEW上根据编程能够计算出1ms内接触跳断中各个时间段的数目，从而是实现了多路滑环接触跳断脉冲的计数功能。

在测试结果中反应的是74LS08输出信号电平的状况，当74LS08输出低电平时，经过施密特触发器74LS14取反为高电平，74LS14有一定的驱动能力，接到74LS112上，把JK都接到高电平上，当电源瞬时打开时，PR=1，CLR=0，Qn+1=0，T触发器清零［7］，此时 Q 端为低电平，这时 LabVIEW 不计数;如果74LS08输出为低电平，经过施密特触发器取反为高电平［3］，PR=1，CLR=1，CLK=↓，Qn+1=0，时 Lab-VIEW开始计数［6］。实际测试了各路的实现情况，并与仿真做了对比。

3 结束语

基于LabVIEW的多路导电滑环测试系统是利用对信号的“与”作用成功实现了对滑环触点跳断情况的跟随检测，同时LabVIEW能够对选通情况进行控制、触点跳断计数、跟随报警及跳断波形跟踪，使显示结果容易识别。全部测试分析工作以实际电路、Altium Designer 6和Multisim仿真相结合的方式进行，最后对待测试系统的功能和测得的各种参数进行了分析、理解、整理和总结。从导电滑环的实际电路中取得的信号稳定性，以及实际电路搭建过程中的80路信号干扰问题解决的不是很好，对导电滑环的模拟还不能实现，测试过程中出现很多理论在实际电路中不能实现的问题，测试方法也需要进一步提高，对芯片的了解也要进一步加强，还要对后向通道进行深一步的研究。

［1］朱岩峰.一种精密导电滑环瞬短瞬断检测方法的研究［D］.洛阳:中国导弹研究院，2010.

［2］陈锡辉.LabVIEW8.20程序设计从入门到精通［M］.北京:清华大学出版社，2007:15－81.

［3］阎石.数字电子技术基础［M］.北京:高等教育出版社，2006:67－73.

［4］韩广兴.常用仪表使用方法与应用实例［M］.北京:电子工业出版社，2005:20－36.

［5］三恒星科技.Altium Designer6.0易学通［M］.北京:人民邮电出版社，2000:18－56.

［6］康华光.电子技术基础教程［M］.北京:高等教育出版社，2006:69－92.