測(cè)試原理：
絕緣電阻測(cè)試為非破壞試驗(yàn)，在相關(guān)聯(lián)的兩點(diǎn)施以一定值的直流電壓，zui高可達(dá)1000伏特，然后測(cè)量這兩點(diǎn)間的電阻值，通常使用單位為MΩ。耐壓測(cè)試方法為破壞性試驗(yàn)，在相關(guān)聯(lián)的兩點(diǎn)施以數(shù)倍于正常工作電壓的交流電壓，在規(guī)定的持續(xù)時(shí)間內(nèi)被測(cè)點(diǎn)未出現(xiàn)絕緣擊穿，也未發(fā)生電弧擊穿等現(xiàn)象，就認(rèn)為耐壓合格。在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，一般是先做絕緣電阻測(cè)試再進(jìn)行耐壓測(cè)試，zui后再做一次絕緣電阻測(cè)試，三個(gè)測(cè)試步驟系統(tǒng)能夠自動(dòng)完成。系統(tǒng)采用了“加高壓、測(cè)漏電流”的四線測(cè)試原理。
系統(tǒng)組成：
本系統(tǒng)采用DSP2407A 為控制核心，能夠完成系統(tǒng)自檢、電源管理、電弧監(jiān)測(cè)、繼電器輸出保護(hù)電路以及數(shù)據(jù)的采集、處理、傳輸、顯示等功能。系統(tǒng)為24V 鋰電池供電，可在野外無(wú)外供電源的情況下可靠工作，試驗(yàn)電壓和保護(hù)電流及試驗(yàn)時(shí)間等參數(shù)均可通過(guò)鍵盤(pán)設(shè)定，并且具有調(diào)壓無(wú)輸出、短路保護(hù)、擊穿保護(hù)等功能，液晶顯示模塊由單片機(jī)采用間接方式控制讀寫(xiě)，用于顯示測(cè)試結(jié)果，并動(dòng)態(tài)描繪出漏電流曲線變化。鍵盤(pán)用于選擇測(cè)試功能、設(shè)定測(cè)試時(shí)間、報(bào)警閥值等信息，DSP 通過(guò)繼電器完成對(duì)高壓的輸出保護(hù)控制，信號(hào)調(diào)理部分主要完成低通濾波以及阻抗匹配等功能， DSP內(nèi)部的16 位計(jì)數(shù)器完成試驗(yàn)時(shí)間定時(shí)。 高壓模塊設(shè)計(jì)：
為滿(mǎn)足型號(hào)產(chǎn)品的測(cè)試需要，高壓模塊需產(chǎn)生0-1000V 直流電壓和0-650V 交流電壓，且交流電壓是頻率為50Hz±1Hz 的正弦信號(hào)，瞬態(tài)輸出功率不低于500VA。由于系統(tǒng)為電池供電，直流高壓和交流高壓的產(chǎn)生需均通過(guò)一系列的電源變換實(shí)現(xiàn)，系統(tǒng)采用了高頻鏈逆變技術(shù)，以高頻變壓器來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)逆變器中笨重的工頻變壓器。高頻逆變部分采用了推挽變換電路，SG3525 產(chǎn)生PWM 信號(hào)驅(qū)動(dòng)推挽ＭＯＳ管得到30-50KHz 的高頻脈沖，再經(jīng)高頻隔離變壓器升壓、整流、濾波產(chǎn)生直流高壓。直流電壓既是絕緣電阻的試驗(yàn)電壓，也是低頻DC/AC 正弦逆變的變換電壓。模塊中的儲(chǔ)能電路為無(wú)極性的高壓儲(chǔ)能電容，保證了系統(tǒng)瞬態(tài)輸出500VA 交流的能力。為了提高逆變效率，低頻逆變部分采用集成電路U3990 直接輸出 SPWM 脈沖。U3990是數(shù)字化的、專(zhuān)為車(chē)載、太陽(yáng)能、風(fēng)力、數(shù)碼發(fā)電機(jī)而設(shè)計(jì)的純正弦波單相逆變電源主控芯片，它不僅可以輸出高精度的SPWM 正弦波脈沖序列，還可以實(shí)現(xiàn)穩(wěn)壓、保護(hù)、空載時(shí)自動(dòng)休眠等功能，這樣可以使電路控制簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊。
電弧偵測(cè)：
在進(jìn)行耐壓測(cè)試時(shí)，如果被測(cè)體在某個(gè)電壓下絕緣擊穿，往往都伴隨著電弧的產(chǎn)生。因此GB4706-1998 中規(guī)定，在進(jìn)行耐壓測(cè)試時(shí)，被測(cè)體不得產(chǎn)生閃絡(luò)和拉弧現(xiàn)象，但是電弧往往發(fā)生在被測(cè)體的內(nèi)部，或者持續(xù)時(shí)間很短，試驗(yàn)人員無(wú)法直接觀測(cè)。這種電弧放電產(chǎn)生的電流有兩個(gè)特點(diǎn)，它是斷續(xù)而非連續(xù)的電流，而且是高頻電流（相對(duì)于工頻50Hz 而言）。為了快速監(jiān)測(cè)測(cè)試過(guò)程中的電弧放電現(xiàn)象，系統(tǒng)采用了硬件電路監(jiān)測(cè)的方法。監(jiān)測(cè)電路的輸入信號(hào)從電流采樣電阻R1 上取得，并經(jīng)5 倍放大和高通濾波。高通濾波器僅讓電弧放電產(chǎn)生的高頻成分通過(guò)，然后再與電弧監(jiān)測(cè)靈敏度等級(jí)的基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，如果高頻的峰值大于基準(zhǔn)電壓，則比較器輸出高電平，通知DSP 處理。系統(tǒng)的電弧監(jiān)測(cè)靈敏度閾值可由鍵盤(pán)輸入設(shè)定。根據(jù)試驗(yàn)，基準(zhǔn)電壓在0.5V—4.5V 之間調(diào)整，對(duì)應(yīng)監(jiān)測(cè)的電弧高頻電流峰值可在2.5—22mA 之間。
信號(hào)調(diào)理與數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)：
在進(jìn)行測(cè)試時(shí)，為了濾除各種干擾，在AD 的前端設(shè)計(jì)了低通濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波，運(yùn)放LM324 使用單電壓+5V 供電，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)內(nèi)部供電電路的設(shè)計(jì)，取得了良好的濾波效果。在該系統(tǒng)中由于DSP 內(nèi)部集成的10 位AD 精度不能滿(mǎn)足系統(tǒng)要求，因此數(shù)據(jù)采集部分使用了ADS7864。其具有六輸入通道，12 位分辨率，具有差分輸入特性，不僅滿(mǎn)足了精度要求而且解決了不共地信號(hào)的采集問(wèn)題[2]。ADS7864 屬于慢速器件，DSP2407A 不能通過(guò)IO空間對(duì)其進(jìn)行訪問(wèn)，只能使用大量I/O 端口對(duì)其進(jìn)行讀寫(xiě)時(shí)序控制。16位數(shù)據(jù)通過(guò)SN74ALVCH16245 進(jìn)行緩沖，完成3.3V 器件與5V 器件之間的電平轉(zhuǎn)換[4]。
繼電器輸出保護(hù)電路：
絕緣電阻和絕緣強(qiáng)度測(cè)試都是上百伏以上高壓輸出，為了保證操作者的安全，輸出高壓應(yīng)滿(mǎn)足兩個(gè)前提條件，一是保證被測(cè)點(diǎn)的靜態(tài)阻抗不小于20KΩ，二是保證被測(cè)點(diǎn)間的靜態(tài)電壓小于40V。輸出繼電器全部采用德國(guó)的Meder 高壓繼電器系列，并采用軟件和硬件相結(jié)合的保護(hù)措施，一旦出現(xiàn)擊穿電流超過(guò)設(shè)定的閾值電流，系統(tǒng)能夠自動(dòng)切斷試驗(yàn)電壓并發(fā)出聲光報(bào)警，以確保被測(cè)體不致?lián)p壞。
軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)：
絕緣/耐壓測(cè)試儀控制系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)主要難點(diǎn)在于兩個(gè)微控制器之間的協(xié)調(diào)，兩部分時(shí)序配合要求相對(duì)較嚴(yán)格。系統(tǒng)在完成初始化后進(jìn)行測(cè)試模式選擇，當(dāng)進(jìn)入絕緣電阻測(cè)試模式時(shí)需先設(shè)定報(bào)警閥值和測(cè)試電壓，隨后進(jìn)行系統(tǒng)自檢，自檢合格后進(jìn)行測(cè)試，并將測(cè)量結(jié)果通過(guò)串口發(fā)送至單片機(jī)。當(dāng)選擇耐壓測(cè)試時(shí)，首先設(shè)置試驗(yàn)時(shí)間（1-99s）、漏電流閥值和測(cè)試電壓，當(dāng)觸發(fā)測(cè)試按鍵時(shí)，內(nèi)部啟動(dòng)定時(shí)器，并動(dòng)態(tài)微調(diào)輸出電壓，將采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行軟件濾波處理、存儲(chǔ)及發(fā)送，并在顯示模塊上動(dòng)態(tài)描繪出漏電流曲線。單片機(jī)軟件流程主要是配合DSP 芯片發(fā)送的數(shù)據(jù)完成人機(jī)交互界面、操作步驟提示、測(cè)量結(jié)果顯示等功能。
結(jié)束語(yǔ)：
基于DSP 的絕緣/耐壓測(cè)試儀為便攜式試驗(yàn)設(shè)備，滿(mǎn)足航天地面、彈（箭）產(chǎn)品的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)和可靠性要求。測(cè)試儀采用了先進(jìn)的嵌入式設(shè)計(jì)理念和智能控制方法，使輸出試驗(yàn)電壓精度高，定時(shí)準(zhǔn)確，操作安全簡(jiǎn)便。 | 
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