1 引言

　　在軍事裝備保障中，計量測試是極其重要的技術(shù)基礎(chǔ)，計量對軍事裝備特別是尖端技術(shù)的重要性尤為突出。標(biāo)志軍隊測試水平的自動測試系統(tǒng)在現(xiàn)在軍隊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)的計量保證其正常的工作。做好計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)裝置的研制工程項目基礎(chǔ)上，運用虛擬儀器的方法，運用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。運用了一種面向?qū)嶋H運用的自動測試系統(tǒng)校準(zhǔn)方法，滿足了項目對校準(zhǔn)裝置的要求。

2 校準(zhǔn)原理

　　計量校準(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)的主要缺點包括：測試儀器或儀器模塊的程控特性往往無法檢驗；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：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)可在其實際工作環(huán)境中進(jìn)行，實現(xiàn)了校準(zhǔn)工作的真實性；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)計基本原理圖

3 校準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計的主要內(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

　　檢測設(shè)備的硬件平臺由主控機和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

　　校準(zhǔn)系統(tǒng)的軟件是整個系統(tǒng)的核心，計量校準(zhǔn)工作的順利進(jìn)行、校準(zhǔn)功能的實現(xiàn)、參數(shù)計量精度的保證、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，計量出不確定度，給出計量校準(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

　　在系統(tǒng)的適配機箱內(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)各個獨立計量的對象設(shè)計各自的適配調(diào)理電路，模塊化設(shè)計，使得電路設(shè)計、制作、調(diào)試、修改和運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

　　采用ISP技術(shù)，應(yīng)用ispLSI1032E芯片設(shè)計測控卡的接口電路，實現(xiàn)5輸入控制32路輸出，通過譯碼電路后實現(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)境中借助計算機等設(shè)備，運用專用的開發(fā)軟件對其編程來實現(xiàn)所需的邏輯構(gòu)造，簡化系統(tǒng)設(shè)計，降低費用，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)裝置運用于某型號反坦克導(dǎo)彈測試系統(tǒng)的計量中，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，難于計量標(biāo)定的問題，成功完成了對自動測試系統(tǒng)進(jìn)行計量校準(zhǔn)的任務(wù)，受到該自動測試系統(tǒng)使用部隊領(lǐng)導(dǎo)好評。虛擬儀器的使用，極大簡化了硬件設(shè)計，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)合運用中，很方便即可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的采集，濾波處理及存儲。在自動測試系統(tǒng)的計量校準(zhǔn)中，虛擬儀器的使用是必然的主流。