武器裝備測試系統(tǒng)自動校準(zhǔn)裝置的研究

1 引言

　　在軍事裝備保障中，計(jì)量測試是極其重要的技術(shù)基礎(chǔ)，計(jì)量對軍事裝備特別是尖端技術(shù)的重要性尤為突出。標(biāo)志軍隊(duì)測試水平的自動測試系統(tǒng)在現(xiàn)在軍隊(duì)武器裝備測試方面得到了大量的應(yīng)用，對這些檢測設(shè)備都需要相應(yīng)的計(jì)量保證其正常的工作。做好計(jì)量工作具有明顯的技術(shù)保障作用，可以節(jié)約資金、爭取時間、提高作戰(zhàn)能力。本文講述的在某型號導(dǎo)彈自動測試系統(tǒng)自動校準(zhǔn)裝置的研制工程項(xiàng)目基礎(chǔ)上，運(yùn)用虛擬儀器的方法，運(yùn)用NI的數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和Labwindows語言進(jìn)行軟件編寫。運(yùn)用了一種面向?qū)嶋H運(yùn)用的自動測試系統(tǒng)校準(zhǔn)方法，滿足了項(xiàng)目對校準(zhǔn)裝置的要求。

2 校準(zhǔn)原理

　　計(jì)量校準(zhǔn)是一個與更高精度標(biāo)準(zhǔn)相比較的工作過程，確保所校準(zhǔn)的測試系統(tǒng)的測試精度和技術(shù)性能符合測試的要求。校準(zhǔn)策略可分為離位 (off station) 校準(zhǔn)和原位(on station) 校準(zhǔn)兩種工作方式。

　　離位校準(zhǔn)（off-station calibration），是把自動測試系統(tǒng)看作多個獨(dú)立測試儀器的組合，定期將儀器或者儀器模塊從自動測試系統(tǒng)中卸出依據(jù)相應(yīng)的規(guī)范分別來校準(zhǔn)。離位校準(zhǔn)的主要缺點(diǎn)包括：測試儀器或儀器模塊的程控特性往往無法檢驗(yàn)；缺乏考慮系統(tǒng)與被測對象之間的連接電纜、接插件、測試適配電路等對測試信號的影響，使校準(zhǔn)結(jié)果缺乏完整性；測試儀器或儀器模塊不在其正常工作的環(huán)境（溫度、濕度和電磁環(huán)境），使校準(zhǔn)工作缺乏真實(shí)性。

　　原位校準(zhǔn)（on-station calibration），是把測試系統(tǒng)作為具有測試功能的整體單元，定義統(tǒng)一的計(jì)量校準(zhǔn)流程和校準(zhǔn)周期，在系統(tǒng)原有的工作位置上進(jìn)行。原位校準(zhǔn)的主要優(yōu)點(diǎn)：被校準(zhǔn)的參數(shù)特性是UUT測試需求，達(dá)到測試系統(tǒng)的最高的測量完整性；校準(zhǔn)可在其實(shí)際工作環(huán)境中進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了校準(zhǔn)工作的真實(shí)性；可通過校準(zhǔn)TPS控制完成，系統(tǒng)校準(zhǔn)快速簡便，自動化程度高，校準(zhǔn)所需時間短。

　　基于虛擬儀器技術(shù)以PC機(jī)為核心是新一代自動測試系統(tǒng)的基本特征，顯然，離位校準(zhǔn)難以滿足軍用自動測試系統(tǒng)的計(jì)量需求，具有很大的局限性；原位校準(zhǔn)可以滿足軍用ATS校準(zhǔn)的需求，全面而準(zhǔn)確地計(jì)量其使用功能和測試性能。

　　本課題研制的某導(dǎo)彈檢測設(shè)備校準(zhǔn)系統(tǒng)采用原位校準(zhǔn)策略，與被校準(zhǔn)對象的工作同時進(jìn)行，保證了校準(zhǔn)工作的完整性和真實(shí)性，可用于檢測設(shè)備的現(xiàn)場校準(zhǔn)保障服務(wù)。

　　該自動測試系統(tǒng)包括的內(nèi)場檢測設(shè)備和外場綜合檢測設(shè)備均有完善的自檢功能，完全覆蓋了其檢測參數(shù)，自檢測試精度也與檢測精度相當(dāng)，基于自檢過程的計(jì)量校準(zhǔn)思路完全是可行的?；谧詸z過程的校準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本原理如圖1所示。這里，我們將自檢電纜中的信號分為源信號和測試信號，其中，源信號是由檢測設(shè)備提供的工作條件或模擬信號源，即為激勵，使得裝備或自檢電路工作；而測試信號是被測裝備或自檢電路輸出的信號，即為響應(yīng)。

圖1 校準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)基本原理圖

3 校準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容

　　根據(jù)檢測設(shè)備特性和校準(zhǔn)要求，校準(zhǔn)系統(tǒng)主要由三大部分構(gòu)成，分別為溯源子系統(tǒng)、內(nèi)場檢測設(shè)備校準(zhǔn)子系統(tǒng)和外場檢測設(shè)備校準(zhǔn)子系統(tǒng)。系統(tǒng)采用PXI總線技術(shù)、虛擬儀器技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)等前沿技術(shù)以保證校準(zhǔn)系統(tǒng)的方便易用性。

3.1 基于PXI的硬件平臺設(shè)計(jì)

　　檢測設(shè)備的硬件平臺由主控機(jī)和PXI模塊系統(tǒng)、繼電器陣列、多路復(fù)用繼電器以及高精度運(yùn)放構(gòu)成。如圖2為檢測設(shè)備校準(zhǔn)部分的硬件框圖。

圖2 檢測設(shè)備校準(zhǔn)部分硬件框圖

3.2 基于虛擬儀器技術(shù)的軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

　　校準(zhǔn)系統(tǒng)的軟件是整個系統(tǒng)的核心，計(jì)量校準(zhǔn)工作的順利進(jìn)行、校準(zhǔn)功能的實(shí)現(xiàn)、參數(shù)計(jì)量精度的保證、虛擬面板顯示、測試數(shù)據(jù)管理和輸出報表打印等都在程序軟件的控制協(xié)調(diào)下完成。檢測設(shè)備校準(zhǔn)過程采取監(jiān)視比對的方式進(jìn)行，校準(zhǔn)系統(tǒng)通過監(jiān)視檢測設(shè)備的自檢流程，并從自檢過程中獲取設(shè)備的信號特征，將其與檢測設(shè)備自身的自檢結(jié)果進(jìn)行比對，從而判定自檢設(shè)備的工作性能。

　　軟件基本處理策略如圖3所示，一般包括系統(tǒng)自檢、檢測設(shè)備測試和數(shù)據(jù)管理等，來自檢測設(shè)備的自檢參數(shù)由人工輸入，與校準(zhǔn)系統(tǒng)測試得到的參數(shù)相比較，計(jì)量出不確定度，給出計(jì)量校準(zhǔn)表。

圖3 軟件基本處理策略

4 適配電路調(diào)理模塊化設(shè)計(jì)

　　在系統(tǒng)的適配機(jī)箱內(nèi)是與各個檢測裝備相對應(yīng)的適配調(diào)理模塊電路，是所要計(jì)量的測試信號與儀器模塊所能處理的典型信號之間的適配與轉(zhuǎn)換樞紐。根據(jù)各個獨(dú)立計(jì)量的對象設(shè)計(jì)各自的適配調(diào)理電路，模塊化設(shè)計(jì)，使得電路設(shè)計(jì)、制作、調(diào)試、修改和運(yùn)行等更加合理與方便。各個調(diào)理模塊又根據(jù)功能進(jìn)一步細(xì)化，一般包括測試信號輸入電路、模擬信號輸出電路、標(biāo)準(zhǔn)信號控制電路、信號分配電路以及信號轉(zhuǎn)換電路等，如圖4所示。

圖4 適配調(diào)理模塊電路結(jié)構(gòu)圖

5 接口電路設(shè)計(jì)

　　采用ISP技術(shù)，應(yīng)用ispLSI1032E芯片設(shè)計(jì)測控卡的接口電路，實(shí)現(xiàn)5輸入控制32路輸出，通過譯碼電路后實(shí)現(xiàn)互鎖，保證任何情況下只有一路輸出保證了繼電器控制電路的安全性。它可讓設(shè)計(jì)人員根據(jù)自己的要求構(gòu)造邏輯結(jié)構(gòu)的集成電路，也可在自己的工作環(huán)境中借助計(jì)算機(jī)等設(shè)備，運(yùn)用專用的開發(fā)軟件對其編程來實(shí)現(xiàn)所需的邏輯構(gòu)造，簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，降低費(fèi)用，避免投資風(fēng)險。特別是在系統(tǒng)可編程技術(shù)的出現(xiàn)，提高了可編程器件的生命力。ISP 技術(shù)使用戶無需從系統(tǒng)板上拆下芯片就可以改變芯片的邏輯內(nèi)容。解決了校準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，信號數(shù)量多，種類復(fù)雜，而板卡接口相對缺乏的問題。

6 結(jié)論

　　該自動測試系統(tǒng)自動校準(zhǔn)裝置運(yùn)用于某型號反坦克導(dǎo)彈測試系統(tǒng)的計(jì)量中，解決了反坦克導(dǎo)彈自動測試系統(tǒng)測試的信號種類繁多，特征復(fù)雜，難于計(jì)量標(biāo)定的問題，成功完成了對自動測試系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)量校準(zhǔn)的任務(wù)，受到該自動測試系統(tǒng)使用部隊(duì)領(lǐng)導(dǎo)好評。虛擬儀器的使用，極大簡化了硬件設(shè)計(jì)，并且有很高的測量精度。Labwindows語言在和數(shù)據(jù)采集卡的結(jié)合運(yùn)用中，很方便即可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，濾波處理及存儲。在自動測試系統(tǒng)的計(jì)量校準(zhǔn)中，虛擬儀器的使用是必然的主流。