CN109163602A - 一种用于外场测试性验证试验的便携式射频故障注入设备 - Google Patents

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Abstract

本发明针对测试性试验中的外场测试性验证需求以及覆盖射频微波频段能力的需求，设计了一种用于外场测试性验证试验的便携式射频故障注入设备，且设备支持多种故障注入手段，扩展故障注入技术的应用范畴。设备由12个部分组成，各组成单元资源能力整合汇总，一方面形成了针对低频、中频与射频信号的故障注入能力，能力涵盖了插拔式与探针式故障注入方法，大幅扩展了故障注入对象的适用范围。另一方面通过本发明中设计的自检适配器实现了针对内部各项故障注入与故障监测资源的自检测，为设备操作员掌握设备状态提供了便利条件。本发明以精确、便捷、安全注入的角度着眼，以期能为武器装备测试性验证与评价提供一种运用范围广泛且便利可靠的技术途径。

Description

一种用于外场测试性验证试验的便携式射频故障注入设备
技术领域
本发明是一种用于外场测试性验证试验的便携式射频故障注入设备，属于测量测试技术领域。
背景技术
测试性是武器装备能及时、准确地确定其状态(可工作、不可工作或性能下降)，并隔离其内部故障的一种设计特性。对于武器装备而言，良好的测试性能力能够显著地缩短维修时间、减少维修人力成本与资源、降低保障费用，进而提高从使用到维护的全寿命周期成本。因此，开展测试性专业的技术研究与工程应用具有重要的价值和意义。测试性验证是测试性专业的一个分支，其目的是对武器装备的测试性水平进行考核和评估的方法，而测试性验证的一种主要且直接有效的实施方法即为测试性验证试验。主要实现的技术手段为故障注入，故障注入技术通过人为地向受试样件注入故障，实现对受试样件的故障模拟，从而在短时间内获得足够多的故障样本，进而实现对受试产品测试性指标的评估与测试性设计的评价。目前故障注入技术已经成为测试性验证领域不可或缺的一种主要技术手段。故障注入技术的应用发展需要借助故障注入设备实现，现阶段的故障注入设备存在两个方面的提升空间，具体如下：
1)目前武器装备飞速发展，装备向着模块化、综合化、通用化的方向发展，将原有的LRU结构逐步压缩至集成机架中，多种功能线程共享硬件资源；此外，随着微波与射频技术的发展，传统武器装备引进了更为先进的功能配置，因原有通信频带有限，先进的功能配置通常需要更高的频点且占据更宽的带宽；这就意味着在武器装备发展的新形式下，故障注入设备需要覆盖射频与微波频段工作的能力范围。
2)测试性验证试验工作在实验室条件下开展，而受制于试验对象的体积、重量、规模，有些情况下，试验实施人员需要在装备实际使用外场或者综合联试台开展试验工作，这就要求有一套完善的适用于外场试验实施的设备来支撑外场试验的开展，
发明内容
本发明针对测试性验证中的外场测试性验证需求以及覆盖射频微波频段能力的需求，设计了一种用于外场测试性验证试验的便携式射频故障注入设备，以精确、便捷、安全注入的角度着眼，扩展故障注入技术的应用范畴，以期能为武器装备测试性验证与评价提供一种运用范围广泛且便利可靠的新途径。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
该种用于外场测试性验证试验的便携式射频故障注入设备，其特征在于：该设备功能架构的选择突破了以往故障注入设备其能力无法覆盖射频信号范围的限制，将针对中/低频与射频信号的故障注入与故障信号测量资源整合到一个设备中，由统一的主机端进行控制，运用统一的高速数字总线实现内部的互连。该设备包括：
控制单元1，该单元是便携式故障注入设备的核心，实现对设备内各个子设备的集中管理与资源调配，人机交互软件与各功能应用软件驻留在控制分区1内，为用户提供数据交互的软硬件平台；
射频故障注入单元2，该单元实现射频频段内信号的故障模拟与注入，该单元中包含射频故障插拔式故障注入设备5与射频故障探针式故障注入设备6，射频故障插拔式故障注入设备5实现对射频信号的导通、关断类故障情况的模拟，射频故障探针式故障注入设备6实现对射频信号的功率、频率以及调制方式的故障类情况的模拟；射频故障插拔式故障注入设备5与射频故障探针式故障注入设备6两种设备性能覆盖了针对射频信号展开插拔式、探针式故障注入的基本能力要求；
中频低频故障注入单元3，该单元实现中频和低频频段内信号的故障模拟与注入，该单元中包含中频低频插拔式故障注入设备7与中频低频探针式故障注入设备8，中频低频插拔式故障注入设备7实现对中/低频信号的导通、关断类故障情况的模拟，中频低频探针式故障注入设备8实现对中/低频信号的电压/电流幅值、阻抗特性等故障类情况的模拟；中频低频插拔式故障注入设备7与中频低频探针式故障注入设备8两种设备性能覆盖了针对中/低频信号展开插拔式、探针式故障注入的基本能力要求；
故障信号测量单元4，该单元实现对故障注入后的反馈信号的测量功能，测量结果作为测试性试验中判断是否成功注入故障的依据，其测量能力范围覆盖了电压幅度、电流强度、阻抗特性电阻、电容、电感以及导通/关断情况；具有高精度测量能力，可检测出故障发生时多种物理量的细微变化。
上述四个单元通过PXI总线实现数据交互，对外通过VGA/USB接口连接至显示控制套件，通过模拟/数字接口连接至故障注入适配器12和自检适配器。
该种用于外场测试性验证试验的便携式射频故障注入设备的结构能够在外场恶劣的环境下保护设备中故障注入资源与故障信号测量资源不受外界环境条件的损伤，并且在减小体积的同时提高设备使用的便利性。
所述的故障注入适配器12能够将PXI机箱中所包含的故障注入资源经公共对接接口11的转接口引出，并合理调整各资源接口的间距位置，使各资源接口能够良好的接入被测设备。
所述的自检适配器能够在万用表之间串联电阻和程控开关，通过程控电阻/程控开关与万用表之间的连接关系，逐次调节各设备的量程、控制档位等参数，实现设备内部中/低频插拔式故障注入资源、中/低频探针式故障注入资源与故障信号测量资源的功能自检测；通过程控开关与PXI和万用表之间的连接关系，逐次调节各设备的控制档位等参数，实现设备中/低频直流电压输出信号与故障信号测量资源的功能自检测、设备中/低频直流电流输出信号与故障信号测量资源的功能自检测。
附图说明
图1是本发明设备的功能架构框图
图2是本发明设备的外形结构示意图
图3是本发明设备的故障注入适配器的外形结构示意图
图4是本发明设备的自检适配器原理图
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
参见附图1所示，该种用于外场测试性验证试验的便携式射频故障注入设备，其特征在于：该设备功能架构的选择突破了以往故障注入设备其能力无法覆盖射频信号范围的限制，将针对中/低频与射频信号的故障注入与故障信号测量资源整合到一个设备中，由统一的主机端进行控制，运用统一的高速数字总线实现内部的互连。该设备包括：
控制单元1，该单元是便携式故障注入设备的核心，实现对设备内各个子设备的集中管理与资源调配，人机交互软件与各功能应用软件驻留在控制分区1内，为用户提供数据交互的软硬件平台；
射频故障注入单元2，该单元实现射频频段内信号的故障模拟与注入，该单元中包含射频故障插拔式故障注入设备5与射频故障探针式故障注入设备6，射频故障插拔式故障注入设备5实现对射频信号的导通、关断类故障情况的模拟，射频故障探针式故障注入设备6实现对射频信号的功率、频率以及调制方式的故障类情况的模拟；射频故障插拔式故障注入设备5与射频故障探针式故障注入设备6两种设备性能覆盖了针对射频信号展开插拔式、探针式故障注入的基本能力要求；
中频低频故障注入单元3，该单元实现中频和低频频段内信号的故障模拟与注入，该单元中包含中频低频插拔式故障注入设备7与中频低频探针式故障注入设备8，中频低频插拔式故障注入设备7实现对中/低频信号的导通、关断类故障情况的模拟，中频低频探针式故障注入设备8实现对中/低频信号的电压/电流幅值、阻抗特性等故障类情况的模拟；中频低频插拔式故障注入设备7与中频低频探针式故障注入设备8两种设备性能覆盖了针对中/低频信号展开插拔式、探针式故障注入的基本能力要求；
故障信号测量单元4，该单元实现对故障注入后的反馈信号的测量功能，测量结果作为测试性试验中判断是否成功注入故障的依据，其测量能力范围覆盖了电压幅度、电流强度、阻抗特性电阻、电容、电感以及导通/关断情况；具有高精度测量能力，可检测出故障发生时多种物理量的细微变化。
上述四个单元通过PXI总线实现数据交互，对外通过VGA/USB接口连接至显示控制套件，通过模拟/数字接口连接至故障注入适配器12和自检适配器。
参见附图2所示，该种用于外场测试性验证试验的便携式射频故障注入设备的结构能够在外场恶劣的环境下保护设备中故障注入资源与故障信号测量资源不受外界环境条件的损伤，并且在减小体积的同时提高设备使用的便利性。该结构包括机箱加固装置9、显示与控制套件10、公共对接接口11以及便携式射频故障注入适配器12。该结构具有以下特点：
1机箱加固装置9对内部的PXI机箱及内部所含设备进行紧密的包裹，避免了在运输过程中由于震动或颠簸引起的设备损伤。
2显示与控制套件10紧密镶嵌贴合在机箱加固装置的上表面，在外场执行测试性试验的过程中能够方便的使用，通过简单地开关操作就能够实现对设备故障注入参数的控制以及故障信号测量参数的阅览，减少了设备使用所需的空间以及购买连接电缆所需费用。
3公共对接接口11连接在PXI机箱与便携式故障注入适配器12之间，起到保护PXI机箱内部功能板卡接口的作用，避免了因连续插拔导致的功能板卡接口损伤、脱落的情况。
4便携式故障注入适配器12连接在公共对接接口11与故障注入目标设备之间，故障注入适配器上表面中接口间距适中，接口的分区与定义标示明显，能够直观、方便地引导试验员进行设备接口的连接。避免了因试验中需要连接多条线缆而导致的线缆排列拥挤且不便插拔的情况。
本设备配置的故障注入适配器12，连接在公共对接接口11与目标被测设备UUT之间，将由公共对接接口11转接的故障注入与测量资源引出并传输至被测设备UUT，故障注入适配器12的面板设计布局图如图3所示，将PXI机箱中的故障注入与测量资源合理地分配到适配器面板中，共包括以下6类接口，
A、功率开关接口d1引出中频低频插拔式故障注入设备7中针对中/低频信号的导通/关断资源；
B、RF信号发生器接口d2引出射频故障探针式故障注入设备6中针对射频信号的功率、频率以及调制方式的故障模拟资源。
C、RF开关接口d3引出射频故障插拔式故障注入设备5中针对射频信号的导通/关断资源。
D、程控电阻接口d4引出中频低频探针式故障注入设备8中针对中/低频信号的阻抗特性模拟资源。
E、源测量单元接口d5引出中频低频探针式故障注入设备8中针对中/低频信号的电压幅值、电流强度的故障模拟功能。
F、万用表接口d6引出故障信号测量单元4中针对电压幅度、电流强度、阻抗特性以及导通/关断情况等物理量的高精度测量能力。
本设备配置的故障注入自检适配器由14路程控开关与电阻组成的通路构成，其中10路用以实现设备内部中/低频插拔式故障注入资源与故障信号测量资源的功能自检测，2路用以实现设备中/低频直流电压输出信号与故障信号测量资源的功能自检测，2路用以实现设备中/低频直流电流输出信号与故障信号测量资源的功能自检测。设计布局图如图4所示。
G、在万用表HI与LO端口之间串联10路由电阻和程控开关组成的通路(其中6路为“程控开关—电阻—程控开关”通路，4路为“程控开关”通路。6路“程控开关—电阻—程控开关”通路，可以通过程控电阻/程控开关ch1-r1-ch7、ch2-r2-ch8、ch3-r3-ch9、ch4-r4-ch10、ch5-r5-ch11、ch6-r6-ch12与万用表之间的连接关系，逐次调节各设备的量程、控制档位等参数，实现设备内部中/低频插拔式故障注入资源、中/低频探针式故障注入资源与故障信号测量资源的功能自检测；4路“程控开关”通路，可以通过程控开关ch17、ch18、ch19、ch20与万用表之间的连接关系，逐次调节各设备的控制档位参数，实现设备内部中/低频插拔式故障注入资源与故障信号测量资源的功能自检测。
H、在PXI直流电压输出与万用表之间串联2路程控开关通路，将万用表调到电压档，通过调节PXI直流电压输出与万用表之间的连接关系，逐次调节程控开关ch13、ch15，实现设备中/低频直流电压输出信号与故障信号测量资源的功能自检测。
I、在PXI直流电流输出与万用表之间串联2路程控开关通路，将万用表调到电流档，通过调节PXI直流电流输出与万用表之间的连接关系，逐次调节程控开关ch14、ch16，实现设备中/低频直流电流输出信号与故障信号测量资源的功能自检测。
本发明设备与目前市面上的故障注入设备相比拓展了故障注入对象的试用范围，扩展了故障注入方式，引入了故障注入设备的自检机制，主要体现在以下四点：
1设备简易轻便、移动方便、适用于针对外场开展测试性试验；
1集成汇总了针对低频、中频与射频信号的故障注入能力；
2故障注入的方式涵盖探针式故障注入方法与插拔式故障注入方法；
3具备针对设备内部资源完整的自检通道，自检方式灵活简单，易于设备操作员开展设备的自检测，及时跟踪发现设备的问题。

Claims (3)

1.一种用于外场测试性验证试验的便携式射频故障注入设备，其特征在于：该设备包括：
控制单元(1)，该单元实现对设备内各个子设备的集中管理与资源调配，人机交互软件与各功能应用软件驻留在控制分区(1)内，为用户提供数据交互的软硬件平台；
射频故障注入单元(2)，该单元实现射频频段内信号的故障模拟与注入，该单元中包含射频故障插拔式故障注入设备(5)与射频故障探针式故障注入设备(6)，射频故障插拔式故障注入设备(5)实现对射频信号的导通、关断类故障情况的模拟，射频故障探针式故障注入设备(6)实现对射频信号的功率、频率以及调制方式的故障类情况的模拟；
中频低频故障注入单元(3)，该单元实现中频和低频频段内信号的故障模拟与注入，该单元中包含中频低频插拔式故障注入设备(7)与中频低频探针式故障注入设备(8)，中频低频插拔式故障注入设备(7)实现对中/低频信号的导通、关断类故障情况的模拟，中频低频探针式故障注入设备(8)实现对中/低频信号的电压/电流幅值、阻抗特性等故障类情况的模拟；
故障信号测量单元(4)，该单元实现对故障注入后的反馈信号的测量功能，测量结果作为测试性试验中判断是否成功注入故障的依据，其测量能力范围覆盖了电压幅度、电流强度、阻抗特性以及导通/关断情况；
上述四个单元通过PXI总线实现数据交互，对外通过VGA/USB接口连接至显示控制套件，通过模拟/数字接口连接至故障注入适配器(12)和自检适配器。
2.根据权利要求1所述的用于外场测试性验证试验的便携式射频故障注入设备，其特征在于：所述的故障注入适配器(12)能够将PXI机箱中所包含的故障注入资源经公共对接接口(11)的转接口引出。
3.根据权利要求1所述的用于外场测试性验证试验的便携式射频故障注入设备，其特征在于：所述的自检适配器能够在万用表之间串联电阻和程控开关，通过程控电阻/程控开关与万用表之间的连接关系，逐次调节各设备的量程、控制档位，实现设备内部中/低频插拔式故障注入资源、中/低频探针式故障注入资源与故障信号测量资源的功能自检测；通过程控开关与PXI和万用表之间的连接关系，逐次调节各设备的控制档位，实现设备中/低频直流电压输出信号与故障信号测量资源的功能自检测、设备中/低频直流电流输出信号与故障信号测量资源的功能自检测。
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