CN107462786A - 一种矩阵综合测试仪及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种矩阵综合测试仪以及测试方法，本发明的矩阵测量仪可实现通路的自动化切换，可提高测试效率和安全性；通过设置内置万用表、外接示波器以及外接电源、外接电阻，可实现多种测试模式，使得本发明通过简单的仪器设备，实现多种测试需求；通过设计自动化测试软件和测试流程，有利于测试方法的规范和统一，保证设备交付周期内各阶段测试数据的一致性；测试数据的自动判读和保存，有利于测试数据的判读和管理。

Description

一种矩阵综合测试仪及测试方法

技术领域

本发明属于自动化测试技术领域，具体涉及一种矩阵综合测试仪以及测试方法，主要用于实现星载电子产品的静态阻抗、指令测试和输入、输出阻抗的自动化测试。

背景技术

随着国家航天产业的日趋发展壮大，航天器型号产品越来越多任务越来越密集，另外由于综合电子等新兴设计理念的影响，星载电子设备接口高度密集，接口的静态阻抗测试和输入、输出指令测试等多达上百条，传统测试采用手工测试，测试方法繁琐，测试过程容易受到人为不确定性因素干扰；重复性测试占用时间长，工作效率低；手工测试时采用自制工装进行测试，过多的人为操作容易引起误操作；测试数据手工记录，不利于测试数据的判读及管理。因此提高测试效率的需求日益突出。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种矩阵综合测量仪以及测试方法，用于实现自动化测试过程在通路的自动切换和测试。

一种矩阵测量仪，包括测试计算机、控制板、开关矩阵以及万用表；控制板通过USB接口与测试计算机相连，开关矩阵与控制板相连；开关矩阵包括多组继电器，每组继电器包括两个继电器，分别定义为正继电器和负继电器；其中，正继电器的一端接被测试设备的一条测试线路的正端，另一端接公共信号正端O；负继电器的一端接该条测试线路的负端，另一端接公共信号负端；

所述控制板接收测试计算机导入的配置文件后进行解析，并根据解析结果控制矩阵开关中的各组继电器依次进行相应的开关动作；

其中，公共信号正端O通过程控开关K2和K3分别接出两条线路，其中一条为开关K2串接有数字万用表后接公共信号负端；另一条线路为开关K3与接公共信号负端之间设置两个引出点C和D,用于在必要时接入示波器；同时，公共信号正端O还通过程控开关K1接有乒乓开关S；开关K1的一端接在共信号正端O上，另一端接乒乓开关S的固定点；乒乓开关S的两个活动点1、2分别接外接电源DC的正端和负端；开关K1与乒乓开关S之间还串接两个断开的引出点A和B，用于在必要时串联外接电阻。

一种矩阵测量仪的测试方法，包括：

静态阻抗测试时，K1不闭合，K2闭合，接入数字万用表，然后将需要测试的设备线路对应的一组继电器闭合，并控制数字万用表采集阻值；

指令测试时，K1不闭合，K3闭合，在引出点C和D之间接入外接示波器，然后将需要测试的设备线路对应的一组继电器闭合，然后通过示波器采集测试数据；

输入阻抗测试时，将乒乓开关S拨至接入外接电源DC的正端；然后控制 K1闭合，引出点A和B之间串接上拉电阻；选择K2或者K3闭合，并采集接入的数字万用表或者示波器的读数；已知外接电源电压V和外接电阻R阻值，计算得到输入阻抗：测量外接电源电压V经过外接电阻后R的电压值V1，根据 (V-V1)/R＝V1/Rin，计算得出输入阻抗：Rin＝R×V1/(V-V1)；

输出阻抗测试时，将前面板上的乒乓开关拨至外接电源DC的负端；首先控制K1断开，在不接外接电阻时，使用数字表或者示波器在公共信号正端O点处测得一个输出电压V1；然后再控制K1闭合，测量外接电阻接入后的外接电阻两端的电压V2，已知外接电阻R阻值的情况下，通过公式V1/(R+Ro)＝V2/R，计算得出输出阻抗：Ro＝(V1/V2-1)×R。

进一步的，测试计算机采集数字万用表或者示波器的测试数据后，对测量数据进行判读，判读结果符合要求后，将测试数据处理、上传和保存到报表；判读结果不满足要求，则通过弹窗提示。

本发明具有如下有益效果：

1.本发明的矩阵测量仪可实现通路的自动化切换，可提高测试效率和安全性；通过设置内置万用表、外接示波器以及外接电源、外接电阻，可实现多种测试模式，使得本发明通过简单的仪器设备，实现多种测试需求。

2.通过设计自动化测试软件和测试流程，有利于测试方法的规范和统一，保证设备交付周期内各阶段测试数据的一致性；

3.测试数据的自动判读和保存，有利于测试数据的判读和管理。

附图说明

图1为本发明的系统组成示意图；

图2为本发明的机箱前面板结构示意图；

图3为本发明的测试部分的电路图。

具体实施方式

下面结合附图并举实例，对本发明进行详细描述。

为实现星载电子产品接口的输入与输出特性(阻抗、指令等)的自动化测试，解决目前测试中人为操作过多、效率低下等问题，开发自动化测试设备和辅助设备，提高测试的安全性和测试效率，自动化测试的理念被引入到航天测试领域，即将一些费时费力的重复性、流程易标准化的测试项目-如静态阻抗测试和指令测试等-借助自动化测试辅助设备，通过设置合理的测试流程，开发自动化测试软件实现自动化测试。测试过程由软件程控自动进行，减少人为参与，以达到既提高测试安全性、又提高测试效率的目的。

自动化测试辅助设备-可通路程控的矩阵综合测试仪，可程控实现通路的自动切换，结合程控通用测试仪器(数字表、示波器等)，对星载电子产品进行自动化测试，具有较高的实用价值。

如图1所示，矩阵综合测试仪主要用于通道的自动切换，测试仪由控制部分、开关矩阵部分和测量部分三部分组成。CPU控制板通过USB接口与测试计算机相连，矩阵开关阵列与CPU控制板通过机箱内部走线连接；同时，矩阵开关阵列的各路继电器通过测试接口1和2接测试电缆与被测设备的各测试线路相连。

各部分主要功能：

1.控制部分(CPU控制板)主要功能是与计算机通信，解析控制指令，并控制矩阵开关中的继电器开关进行相应的动作；每次控制正负各一个继电器开关闭合，则对该继电器开关连接的星上设备测试通路进行测试。

2.开关矩阵部分主要功能为相应通路的导通与断开的具体实现；

本发明主要用于实现星载电子产品的自动化测试，根据真实的测试项目和测试方法，设计合理的自动化测试流程，并开发自动化测试软件，达到一键完成测试并自动生成测试报表的效果。

3.测量部分主要功能为测量并将测量数据传送给计算机。

矩阵综合测试仪主要用于通道自动切换，另外为了扩展功能，设置了内置数字表模块，可以测试静态阻抗；还可以配合外接示波器，进行指令测试。研制面向星载电子产品的矩阵综合测试仪设备，实现目标接口输入阻抗和输出阻抗的自动化测试。减少过多人为干预，提高测试效率和测试可靠性，统一测试方法。产品具备通用性、小型化、测试容量大、自动化程度高、使用寿命长等特点。

根据自动化测试的需求，测试通路需要自动切换。设备通过USB接口与测试计算机通信。通路的正负节点定义通过EXCEL配置文件导入，配置文件按照约定的形式编制。首先，CPU解析导入的配置文件，控制矩阵开关中对应的继电器开关动作，通路切换完成后再由测量部分进行相应的测量，测量数据经软件判读符合要求后，将测试数据处理、上传和保存到报表，然后切换到下一路重复同样的操作。如测量数据判读不满足要求，则通过弹窗提示。

设备可兼容多种测试模式，外部设置乒乓开关，可以选择测试模式为输入阻抗测试或者输出阻抗测试；内部设置有三路继电器，分别控制选择接入内置数字表、接入外部示波器、接入外接负载，由此可以组合多种测试模式。另外前面板设置有外接电源接口和阻抗接入接口，可以根据需要对通路进行电源上拉或者下拉，以及带载测试或者空载测试等。

如图3所示，测试仪对外共有202个接点，每个接点上都设置有一组两个继电器，测试仪工作时，同一时刻应该只有一组继电器闭合；一组中的两个继电器分别定义为正继电器和负继电器；其中，正继电器的一端接一条测试线路的正端，另一端接公共信号正端O；负继电器的一端接该条测试线路的负端，另一端接公共信号负端；所有继电器默认状态都是断开状态，根据实际需要控制对应的其中一组继电器闭合，由此将测试线路的两路分别接到公共信号正端O 和公共信号负端，模拟人工测试时的红黑表笔通路。另外为扩展测试仪的功能，在通路中设置继电器可以串入外接电阻和上拉电源，以及接入数字表和示波器等，具体为：公共信号正端O通过程控开关K2和K3分别接出两条线路，其中一条为开关K2串接有万用表后接公共信号负端；另一条线路为开关K3与接公共信号负端之间设置两个引出点C和D,用于在必要时接入示波器。同时，共信号正端O还通过程控开关K1接有乒乓开关S；开关K1的一端接在共信号正端O 上，另一端接乒乓开关S的固定点；乒乓开关S的两个活动点1、2分别接外接电源DC的正端和负端；开关K1与乒乓开关S之间还串接两个断开的引出点A 和B，用于在必要时串联外接电阻。

静态阻抗测试时，K1不需要闭合，K2闭合接入数字万用表，然后将需要测试的设备线路对应的一组继电器闭合，并控制数字万用表采集阻值即可。

指令测试时，K1不需要闭合，K3闭合，并在C、D之间接入示波器，然后将需要测试的设备线路对应的一组继电器闭合，然后控制示波器，设置和采集测试数据。

输入阻抗测试时，将前面板上的乒乓开关S拨至“输入阻抗”方向上，即将乒乓开关S的固定点上的闸刀掷向活动点1，即接入外接电源DC的正端；然后控制K1闭合，引出点A和B之间串接上拉电阻。输入阻抗测试提供示波器测试和数字表测试两种测试模式可供选择，即可选择K2或者K3闭合，并采集数字万用表或者示波器的读数。已知外接电源电压V和外接电阻R阻值，可以计算得到输入阻抗：测量外接电源电压V经过外接电阻后R的电压值V1，根据 (V-V1)/R＝V1/Rin，计算得出输入阻抗：Rin＝R×V1/(V-V1)。

输出阻抗测试时，将前面板上的乒乓开关拨至“输出阻抗”方向上，即接入外接电源DC的负端；首先控制K1断开，在不接外接电阻时，使用数字表或者示波器在公共信号正端O点处测得一个输出电压V1，K1处所指即是V1的上测试点；然后再控制K1闭合，测量外接电阻接入后的外接电阻两端的电压V2，已知外接电阻R阻值的情况下，通过公式V1/(R+Ro)＝V2/R，计算得出输出阻抗Ro＝(V1/V2-1)×R。

矩阵综合测试仪根据需要测试的项目开发了相应的测试软件，目前提供：静态阻抗测试、指令测试、输入阻抗测试(示波器模式或者数字表模式)和输出阻抗测试(示波器模式)可供选择。

为实现图3的测试需求，本发明在机箱前面板中设置相应的硬件，如图2 所示，插孔C、D分别连接引出点C和D,用于接入示波器；插孔A、B分别连接引出点A和B,用于连接外接电阻。输入/输出阻抗选择开关用来选择测试模式；电源灯用来指示设备的供电状态；USB指示灯用来指示设备USB通讯状态；设备电源开关用来控制设备外部供电。

以xx单元的离散指令测试为例，测试过程中对测试数据进行实时存储和自动比对，如果出现数据比对异常，会弹出对话框提示“测试数据比对异常，是否继续？”，点“是”则忽略异常点继续测试，并在生成的数据报表中将该条测试数据标红，点“否”则退出程序。

基于USB总线的便携式矩阵综合测试仪的设计，产品针对人工测试的整个过程建立模型，利用计算机控制通道选择阵列，对待测点阵进行自动切换、数据自动采集、判读，并将测量结果自动保存。该仪器的使用统一了测试仪器，缩短了测试时间，避免了频繁更换接插件带来的误操作隐患，实现了测试过程的自动化测试。该产品在设计中也首次引入了TEKVISA(程控控制示波器)技术，实现了自动化程控通用示波器的功能，并捕获了输入阻抗测试时通道打开瞬间的被测试电压值，这与传统手动测试使用数字表不关注通道打开瞬间的被测试电压变化值，只记录稳定电压值大为不同。使用该仪器使测试的数值更为直观，数据更真实可靠，很好的解决了星载电子产品传统手工测试的主要矛盾，提高了测试效率和测试安全性。

后面板为各种接口，包括220V转12V电源适配器插座、继电器矩阵 J14A-101ZJ1B插件接口和USB接口。

后面板主要功能包括：

a)AC220V转12V电源适配器插座提供矩阵综合测试仪供电电源接口；

b)XP1-1、XP1-2插件连接测试电缆；

c)USB线用于连接计算机交互通信。

数据采集模块采用的是安捷伦DMM模块，该模块通过+12V电压供电，最大工作电流2A，具有安全性高、体积小、自动化程度高、采集速率快(100次/ 秒)的特点。该设备精度为5位半，测量电压档位为1mV～300V之间,电压采集精度为0.015％±0.008％。

该DMM模块支持USB协议，通过USB数据线，实现上位机对该模块的初始化设置，量程配置等功能，并可以选用该模块的电压档位对输入阻抗、输出阻抗相应电压值的数据进行采集。采集软件设计每路采集5～10组数值，然后取平均值进行读取、判读，可有效提高采集的准确率。

矩阵综合测试仪硬件由1块主控制板，2块继电器阵列板、一台Agilent U2741A数字表模块及一块USB HUB组成。主控制板为核心控制部分，包含与上位机的通信所有接口，继电器阵列板设计实现202路程控阵列切换，实现节点选择功能，数字表模块实现内置测量功能。设备组成框图如图2所示。

供配电接口的设计；矩阵综合测试仪的供电由外部电源220VAC通过适配器转换后直接供12V，板卡功能模块的供电电压由DC/DC器件变换得到。

矩阵综合测试仪硬件详细设计：

矩阵综合测试仪利用继电器阵列程控切换，实现双自由度接入，并能通过开关切换快速实现示波器、数字表模块选择，实现功能测试。

继电器双自由度设计：

由于矩阵综合测试仪所连设备的接口各点定义不同，测试前不确定进入矩阵综合测试仪的各接点是信号线还是回线地，因此在电路设计时，每路均采用双自由度设计，即接入测试仪的每个接点各并联两支继电器，分别将接点接至信号、信号地处，根据不同被测设备、不同被测接口的具体点定义来控制接点的信息。

上位机软件设计主要实现功能为：

a)软件读取测试Excel表格，并自动对测试表格进行解析；

b)软件可实现输入阻抗、输出阻抗等测试切换功能；

c)软件具有自动判读数据功能，测试时有比对超差提醒功能；

d)自动将采集的数据填写到表格相应位置，并可实现保存数据功能；

e)实现远程控制示波器状态设置及实时数据采集、显示功能。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种矩阵测量仪，其特征在于，包括测试计算机、控制板、开关矩阵以及万用表；控制板通过USB接口与测试计算机相连，开关矩阵与控制板相连；开关矩阵包括多组继电器，每组继电器包括两个继电器，分别定义为正继电器和负继电器；其中，正继电器的一端接被测试设备的一条测试线路的正端，另一端接公共信号正端O；负继电器的一端接该条测试线路的负端，另一端接公共信号负端；

所述控制板接收测试计算机导入的配置文件后进行解析，并根据解析结果控制矩阵开关中的各组继电器依次进行相应的开关动作；

其中，公共信号正端O通过程控开关K2和K3分别接出两条线路，其中一条为开关K2串接有数字万用表后接公共信号负端；另一条线路为开关K3与接公共信号负端之间设置两个引出点C和D,用于在必要时接入示波器；同时，公共信号正端O还通过程控开关K1接有乒乓开关S；开关K1的一端接在共信号正端O上，另一端接乒乓开关S的固定点；乒乓开关S的两个活动点1、2分别接外接电源DC的正端和负端；开关K1与乒乓开关S之间还串接两个断开的引出点A和B，用于在必要时串联外接电阻。

2.一种基于权利要求1所述的矩阵测量仪的测试方法，其特征在于：

静态阻抗测试时，K1不闭合，K2闭合，接入数字万用表，然后将需要测试的设备线路对应的一组继电器闭合，并控制数字万用表采集阻值；

指令测试时，K1不闭合，K3闭合，在引出点C和D之间接入外接示波器，然后将需要测试的设备线路对应的一组继电器闭合，然后通过示波器采集测试数据；

输入阻抗测试时，将乒乓开关S拨至接入外接电源DC的正端；然后控制K1闭合，引出点A和B之间串接上拉电阻；选择K2或者K3闭合，并采集接入的数字万用表或者示波器的读数；已知外接电源电压V和外接电阻R阻值，计算得到输入阻抗：测量外接电源电压V经过外接电阻后R的电压值V1，根据(V-V1)/R＝V1/Rin，计算得出输入阻抗：Rin＝R×V1/(V-V1)；

输出阻抗测试时，将前面板上的乒乓开关拨至外接电源DC的负端；首先控制K1断开，在不接外接电阻时，使用数字表或者示波器在公共信号正端O点处测得一个输出电压V1；然后再控制K1闭合，测量外接电阻接入后的外接电阻两端的电压V2，已知外接电阻R阻值的情况下，通过公式V1/(R+Ro)＝V2/R，计算得出输出阻抗：Ro＝(V1/V2-1)×R。

3.如权利要求2所述的一种矩阵测量仪的测试方法，其特征在于，测试计算机采集数字万用表或者示波器的测试数据后，对测量数据进行判读，判读结果符合要求后，将测试数据处理、上传和保存到报表；判读结果不满足要求，则通过弹窗提示。