張喬斌，卞 強，豐少偉，朱愛芳

（海軍工程大學(xué)，湖北 武漢 430033）

0 引言

隨著電子技術(shù)和傳感器技術(shù)的快速發(fā)展，海水中電場信號的測量水平已有大幅度提高，高靈敏的測量技術(shù)可以很容易測量到以前無法測量到的信號。近年來，歐美、俄羅斯等國家的一些機構(gòu)已經(jīng)開始重視艦船的靜電場、交變磁場和超低頻電磁信號的研究，使得艦船水下電場信號已經(jīng)成為水中兵器新的信號源。俄羅斯已經(jīng)裝備了利用艦船水下電場信號動作的非觸發(fā)反潛錨雷，美國也決定開發(fā)裝有電場信號傳感器的智能濱海水雷。由于電場信號已經(jīng)威脅到艦船的安全，對艦船的電場防護(hù)是十分必要的。而陽極塊和船體的絕緣性、大軸隔斷處的絕緣性以及各種異種金屬連接處的絕緣性對電場防護(hù)裝置能否正常工作、防護(hù)效果是否顯著有十分重要的意義，因此有必要設(shè)計一個絕緣檢測設(shè)備來對其絕緣程度進(jìn)行檢測[1,2]。

根據(jù)實船上的要求，設(shè)計了一種有別于其他電氣絕緣檢測、電纜絕緣檢測等設(shè)備的新型絕緣檢測設(shè)備。

1 整體設(shè)計

本設(shè)備采用電壓測量和電阻測量相結(jié)合的方式來對被測對象進(jìn)行絕緣檢測。設(shè)備整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

圖1 設(shè)備整體結(jié)構(gòu)框圖

2 設(shè)備組成裝置設(shè)計

2.1 電壓測量裝置

電壓測量裝置是通過檢測被測對象的電壓來判斷其絕緣性能，其基本原理為:被測對象的信號進(jìn)入檢測放大器輸入端，檢測放大器是直流放大器，建立在一個信號調(diào)制-解調(diào)電路中；檢測放大器將輸入的直流電壓變?yōu)榻涣麟妷海ɡ冒氩ㄕ{(diào)制器）；轉(zhuǎn)化后的輸入電壓通過電容器接到兩個微分發(fā)射復(fù)示器輸入端，發(fā)射復(fù)示器保證高輸入電阻，降低檢測放大器輸入電路的噪聲干擾；信號從發(fā)射復(fù)示器輸出端接到載波頻率放大器輸入端，此放大器的放大系數(shù)為K=500；放大的交流電壓再接入到汽相級解調(diào)器，在汽相級輸出端將得到兩個相互成180°的信號；此信號通過一個RC電路輸出到檢測裝置；調(diào)制-解調(diào)電路的控制通過發(fā)生器進(jìn)行，發(fā)生器按自動多諧振蕩器電路制成，在此微電路中裝有放大器用于調(diào)整調(diào)制器與解調(diào)器的脈沖。此裝置的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 電壓測量裝置結(jié)構(gòu)框圖

為了對不同絕緣要求的對象進(jìn)行檢測，電壓測量裝置把被測信號在0mV～1000mV區(qū)間內(nèi)分為6個量程，分別為 0mV～3mV、0mV～10mV、0mV～30mV、0mV～100mV、0mV～300mV、0mV～1000mV。

2.2 檢測裝置

檢測裝置保證按電壓檢測被檢對象狀態(tài)，范圍在10mV～1000mV。其基本原理為:被檢對象的檢測電壓首先接到低頻濾波器，其輸出電壓通過臨界電路與一個設(shè)定電壓Uc進(jìn)行比較，再通過邏輯電路輸出到疊合裝置。此裝置的結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。

圖3 檢測裝置結(jié)構(gòu)框圖

2.3 疊合裝置

疊合裝置用于把檢測對象部件狀態(tài)發(fā)送到信號臺。檢測裝置的輸出信號通過負(fù)載電阻接入到疊合裝置。其內(nèi)部通過一個累加器將所有的檢測對象部件的狀態(tài)進(jìn)行累加，只要其中一個部件出現(xiàn)故障就會向信號臺提供故障信號，進(jìn)行進(jìn)一步檢測。

2.4 設(shè)定裝置

設(shè)定裝置是一系列單獨工作的電阻分壓器，用以保證按每個檢測通道中任一要求設(shè)定電壓，位于10mV～1500mV范圍內(nèi)。設(shè)定裝置設(shè)置了“精調(diào)”和“粗調(diào)”兩檔，能夠準(zhǔn)確的得到需要的設(shè)定電壓。此設(shè)定電壓將輸出到檢測裝置的臨界電路中，用以與檢測信號進(jìn)行比較，得到輸出并送到疊合裝置。

2.5 電阻測量裝置

電阻測量裝置是通過檢測被測對象的電阻來判斷其絕緣性能，其基本原理為:控制掃描發(fā)射器對被測對象發(fā)出頻率f=6000Hz（波動范圍±1000Hz）的交流電流，對與被測電阻成比例的電壓信號進(jìn)行測量；此電壓信號先經(jīng)過一預(yù)置放大器，在進(jìn)入預(yù)置放大器之前先進(jìn)行隔離處理，去除直流信號；再經(jīng)過一輸出放大器得到測量結(jié)果，此放大器的反饋上接一整流電橋，然后通過變壓器組將輸出信號發(fā)送到顯示儀表上。此裝置的結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示。

同樣，為了對不同絕緣要求的對象進(jìn)行檢測，電阻測量裝置把被測信號在0?～1000?區(qū)間內(nèi)分為8 個量程，分別為 0?～0.3?、0?～1?、0?～3?、0?～10? 、 0?～30? 、 0?～100? 、 0?～300? 、0?～1000?。

圖4 電阻測量裝置結(jié)構(gòu)框圖

2.6 掃描發(fā)生器

掃描發(fā)生器用于把交流電供到被檢對象的失效部件，借助掃描儀用來確定部件故障位置。其供到的被檢對象為頻率 f=5000Hz～7000Hz、幅值為100mV的交流電，通過交流穩(wěn)壓器來實現(xiàn)。穩(wěn)壓器的負(fù)載就是被檢對象的電阻。在電路中通過負(fù)載的電流的計算按公式（1）計算。

其中:Uout為向被檢對象提供的交流電的電壓值；R1為整個交流穩(wěn)壓器的負(fù)反饋電阻；K為一比例系數(shù)；Roc為反饋電阻，激勵一定的電流通過負(fù)載（被檢對象）。此電阻布置在電阻測量裝置上。

2.7 掃描儀

掃描儀是自動、小型、輕便的，用于搜尋被檢故障部件連接件損壞位置的儀器。故障部件位于掃描發(fā)射脈沖電流穿過部件時產(chǎn)生的地磁場最大場強處。在掃描儀中采用輸入感應(yīng)式測量轉(zhuǎn)換器作為場強接收裝置。

在被檢對象故障部件地磁場作用區(qū)使用測量轉(zhuǎn)換器，感應(yīng)電動勢頻率與掃描發(fā)生器相同，電壓與通過故障部件的電流成正比。電壓從測量轉(zhuǎn)換器通過放大調(diào)節(jié)器接入到諧振放大器中，從頻率設(shè)定為6000Hz的諧振回路解除諧振放大器的輸出電壓，接入到微分發(fā)射轉(zhuǎn)發(fā)器。然后通過揚聲器的聲強和指示燈的光強正比顯示測量轉(zhuǎn)換器上的地磁場強度。

2.8 充電裝置

充電裝置用于實現(xiàn)掃描儀蓄電池的自動充電。充電裝置向掃描儀提供穩(wěn)壓電±6V，通過內(nèi)部自動調(diào)節(jié)器電路保證電流在充電開始時為25mA±2.5mA，在充電結(jié)束時不超過1mA。

3 結(jié)束語

在國內(nèi)艦船上進(jìn)行了一系列的測試，測試結(jié)果可以達(dá)到以下指標(biāo):

1）檢測裝置動作誤差為Δ=±(5%US+2.5)mV，其中US為設(shè)定裝置提供到檢測裝置的設(shè)定電壓。檢測裝置直流輸入電阻不小于2k?。

2）電壓測量裝置誤差在0mV～1000mV范圍內(nèi)，Δ=±(5%UJ+0.5)mV，其中 UJ為電壓測量裝置設(shè)置的分區(qū)電壓極限值。

3）電阻測量裝置誤差在 0?～1000? 范圍內(nèi)，按量程分別為 0.3?±15%、1?±15%、3?±10%、10?±10%、30?±5%、100?±5%、300?±5%、1000?±15%。

由以上數(shù)據(jù)可以看出，本設(shè)備對犧牲陽極塊和船體的絕緣以及大軸隔斷的絕緣檢測效果良好，可以廣泛使用。

[1]婁會超, 戴新生, 萬少松. 多路絕緣電阻自動檢測儀設(shè)計[J]. 計算機測量與控制, 2003, 11(8):635-637.

[2]刑昌鳳, 李亦偉. 船用電纜絕緣電阻自動檢測精度的分析與研究[J]. 海軍工程大學(xué)學(xué)報, 2002, 14(2):25-28.