0 引言
随着航空装备的快速发展，通用型的自动测试系统( ATS) 逐步成为机载电子设备可靠运行的必要保证，用于实现对某类机载设备进行功能和性能测试［1 － 2］。此类测试设备一般与被测产品进行同步研发设计，如空空导弹测试仪、发射装置测试仪等［3 － 4］。这些测试设备在测试产品时，通过运行自动的测试流程，一方面为被测产品提供所需的电源，一方面通过发送和接收相应的测试信号，检验被测产品的功能和性能是否正常。
为了防止被测产品或测试设备故障导致的短路及过流问题，测试设备需要设计相应的保护措施。传统的方案是安装保险丝或空气断路器，这种方法虽然简
单，但由于不同测试条件下的测试电流往往并不相同，只能保护*大电流的极限状态，无法实现动态保护。另一方面，随着健康监测和视情维修的理念逐步被引入航空装备的维护体系［5 － 7］，在测试过程中对被测产品的工作电流监测成为了故障诊断和视情维修判断的重要依据，也成为测试设备不可或缺的设计要求之一。
近年来，在机载导弹发射装置的研制过程中，因缺乏有效的电流监测及过流保护措施，而在测试过程中损坏被测产品或测试设备的情况时有发生，这不仅造成了巨大的财产损失，还会造成研制进度的延误。因此，对测试设备的供电电流进行准确监测并实现动态过流保护已成为测试设备设计所面临的一个迫 切 问 题。本文以发射装置内场测试仪为平台，提出了一种基于霍尔传感器的电流监测及过流保护方案。经实验验证，该方案能够准确地实现电流监测，并可以按照设定值进行有效的过流保护。同时，该方案具有良好的通用性和可移植性，能够为同类设备的设计提供参考。
1 硬件设计
机载导弹发射装置用于在飞机上安装和运载导弹，并按规定的发射程序控制和实施导弹的发射［8］。发射装置内场测试仪的功能是通过模拟飞机和导弹系统的电气接口，完成对机载导弹发射装置的电气功能测试。测试仪的基本工作原理如图 1 所示。
测试时，测试仪通过测试电缆与发射装置连接，发射装置的工作电源由测试仪模拟飞机提供。为了监测发射装置工作过程中的电流情况，同时避免发射装置和测试仪损坏，在供电电路上设计了电流监测及过流保护控制电路，电路原理图如图 2 所示。
电路的核心器件选用 Allegro 公司的 ACS712 霍尔式电流传感器，其基本原理是利用霍尔效应，感应流入电流所产生的磁场强度，然后转化为电压输出。利用霍尔传感器进行电流测试具有电路简单、灵敏度高、动态特性好等优点。该芯片采用 SOIC8 封装，内阻仅为1． 2 mΩ，输出精度在 25 ℃ 时可达 1． 5% ，在 － 40 ℃ ～85 ℃全温度范围内可达 4% 。该芯片具有 3 种量程可选，分别为 ± 5 A、± 20 A 和 ± 30 A，本文根据被测电流的大小选择 ± 20 A 量程，其输出公式为VOUT = 0． 5 VCC + 0． 1 IIN ( 1)
式中: IIN的单位为 A。
后续调理电路分为两部分，一部分为电流监测调理电路，一部分为过流保护控制电路。电流监测调理电路用于对传感器输出信号进行调理，由运放及匹配电阻构成，其中 Ｒ2 /Ｒ3 = 5 /3，Ｒ1 /Ｒ4= 1 /3，从而有:
V电流指示 = 1． 5 VCC － 3 VOUT = － 0． 3 IIN ( 2)
通过此电路，将测试灵敏度由 100 mV /A 提高到300 mV /A，同时将零位点由 0． 5VCC调整至 0 V，便于采集和计算。该电路的输出信号通过测试仪的 AD 采集板卡进行采集后由测试软件进行读取，实现电流监测的功能。
过流保护控制电路用于实现测试仪的过流保护功能。之所以通过硬件电路直接实现过流保护而没有采取软件判定再控制的方式，是为了获得更快的响应速度和更高的可靠性。过流保护控制电路由比较器、达林顿管等器件组成。比较器的参考电平根据需求由测试仪的 DA 板卡设置，根据不同的被测产品和测试流程可以随时更改参考电平，以实现对不同电流的动态过流保护功能。一旦实际电流超过要求值，传感器输出将超过参考电平，则比较器翻转，从而驱动达林顿管控制继电器动作，切断电源输出。同时，为防止电流在限额附近波动造成继电器反复断开闭合，在比较器的正输入端和输出端之间设计了箝位二极管，一旦比较器翻转，二极管导通，会将正输入端电平拉低，从而使比较器一直保持在翻转状态，需将系统断电复位后方可恢复。
通过此电路的设计，实现了对测试仪输出电源的电流监测和过流保护功能。
2 软件设计
测试仪的测试软件基于 LabVIEW 进行开发，软件框架分为三层，由上到下分别为应用层、中间层、板卡驱动层，示意图如图 3 所示。其中，板卡驱动层直接对硬件板卡资源进行控制，负责控制板卡的输出、采集、总线数据发送、接收等任务; 中间层是建立在驱动层之上、但不直接和操作者进行交互的一层，实现底层板卡驱动层和应用层的隔离，它负责测试系统软、硬件资源的统一调度，包括测试软件的内部数据管理、测试流程的生成和管理、报表的存储和管理等功能; 应用层为直接和用户交互的一层，它包括人机交互功能和调用测试序列的功能。
对于电流监测功能而言，首先在中间层设置电流保护阈值，此阈值不是固定不变的，而是根据不同被测产品和不同测试流程动态变化的，以实现精准控制的目的。电流保护阈值按 2 档进行设计，第 1 档为提示值，用于电流值略微超出正常范围、但还不会损坏产品的情况; 第 2 档为保护值，用于电流大幅超出正常范围、且有可能损坏产品的情况。阈值设置完成后，通过板卡驱动层控制相应 DA 板卡输出参考电平给电流保护电路，另一方面调用 AD 板卡对电流指示信号进行采集并在应用层进行显示和记录。
含电流 监 测 及 保 护功能的测试流程图如图 4所示。
测试过程中，如某一时刻产品的工作电流达到提示值，测试流程继续进行，但会在测试界面上以黄灯提示，并将此时的电流值、工作流程、日历时间等信息进行存储，作为产品故障诊断和视情维修的重要判据来源。如某一时刻产品的工作电流达到保护值，硬件电路直接控制测试仪给产品断电，同时测试流程中断，并在测试界面上以红灯显示，达到保护产品和测试仪的目的。
3 实验结果与讨论
为了验证所设计电路的性能，分别对其进行了静态性能测试和动态性能测试，静态性能测试主要考核电路的电流监控能力，动态性能测试主要考核电路的
过流保护能力。
静态性能测试: 使用功率电阻对电路的输出电源加载，使用电流表测试输出电源上的实际电流，电压表测试电流指示信号的电压值。在 0 A ～ 10 A 的范围
内，测得其输入-输出关系如图 5 所示。度较好，灵敏度与设计参数一致。
动态性能测试: 在输出电源不上电的情况下，连接足以使电流超限的功率电阻，用示波器监视保护后的电源信号，记录该信号从上电到被切断的变化波形，如图 6 所示。
由图可见，从电源上电到超限保护仅用了不到 3ms 时间，而所用保护继电器的动作时间指标为≤6ms，从而可知超限保护时间主要取决于继电器动作的
速度，翻转电路的动作时间可忽略不计，该时间足以满足在被测产品或测试仪损坏前切断电源。
4 结论
本文针对发射装置内场测试仪无法实现**的电流监测及缺乏动态过流保护功能的问题，设计了一种基于霍尔器件的电流监测及过流保护电路，该方案结
构简单、使用灵活。经过静态性能测试和动态性能测试，该方案能够准确、有效地实现所需功能，这对于降低发射装置的研制风险、加快研制进度有着重要的意义，同时可为同类设备的设计提供有效的参考。
