王建強(qiáng)，肖彬

(中航工業(yè)北京長(zhǎng)城計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所，北京100095)

0 引言

21世紀(jì)，國家越來越重視國防和軍隊(duì)裝備的使用前校準(zhǔn)工作，專用檢測(cè)系統(tǒng)這種構(gòu)成復(fù)雜、參數(shù)眾多的測(cè)試系統(tǒng)更多地投入使用。專用檢測(cè)系統(tǒng)負(fù)擔(dān)著對(duì)軍用裝備性能指標(biāo)的檢測(cè)、故障診斷與維修檢測(cè)等技術(shù)保障任務(wù)，其測(cè)量的準(zhǔn)確性、可靠性會(huì)直接影響裝備能否正常工作，然而，目前國內(nèi)缺乏這種多參數(shù)設(shè)備的校準(zhǔn)系統(tǒng)，使其參數(shù)難以溯源至國家或者國防最高基準(zhǔn)，因此，對(duì)專用檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行全面有效的計(jì)量校準(zhǔn)，是確保專用檢測(cè)系統(tǒng)完成任務(wù)的關(guān)鍵。

脈沖干擾模塊作為專用檢測(cè)系統(tǒng)中的重要組成部分，對(duì)其實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確高效的校準(zhǔn)至關(guān)重要。實(shí)現(xiàn)該模塊的自動(dòng)化校準(zhǔn)，一來可以減少人為操作引入的誤差;二來可以提升校準(zhǔn)的速度，解放勞動(dòng)力，達(dá)到高效的目的。

1 總體設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)要求

設(shè)計(jì)一種該模塊的自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)庫、自動(dòng)測(cè)量以及出具電子證書三個(gè)部分。數(shù)據(jù)庫負(fù)責(zé)提供校準(zhǔn)點(diǎn)以及證書出具時(shí)所需要的各種信息;自動(dòng)測(cè)量部分根據(jù)數(shù)據(jù)庫提供的校準(zhǔn)點(diǎn)信息自動(dòng)控制校準(zhǔn)器對(duì)被測(cè)模塊進(jìn)行校準(zhǔn)，包括脈沖周期、幅度、脈寬和時(shí)延［1］;出具電子證書部分將校準(zhǔn)結(jié)果進(jìn)行處理并計(jì)算出此次測(cè)量結(jié)果的不確定度，最后出具電子證書。

1.2 設(shè)計(jì)原理

設(shè)計(jì)中采用外部校準(zhǔn)法，脈沖干擾模塊的校準(zhǔn)裝置主要由綜合標(biāo)準(zhǔn)組建、被校系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)以及GPIB等連接線組成。綜合標(biāo)準(zhǔn)組建由一系列標(biāo)準(zhǔn)源、標(biāo)準(zhǔn)表、通訊控制接口等構(gòu)成;計(jì)算機(jī)系統(tǒng)是校準(zhǔn)裝置的控制中心，運(yùn)行校準(zhǔn)軟件，處理校準(zhǔn)結(jié)果［2］。綜合標(biāo)準(zhǔn)組建采用一系列標(biāo)準(zhǔn)器——標(biāo)準(zhǔn)表或者標(biāo)準(zhǔn)源輸出作為標(biāo)準(zhǔn)值，通過檢定標(biāo)準(zhǔn)器來解決測(cè)試系統(tǒng)的溯源問題。

2 硬件方案

校準(zhǔn)裝置主要由標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備構(gòu)成的儀器資源、用于GPIB通訊的總線控制器、運(yùn)行校準(zhǔn)軟件的主控計(jì)算機(jī)、對(duì)輸入低頻信號(hào)進(jìn)行切換的掃描開關(guān)和連接被校信號(hào)的校準(zhǔn)專用適配器等構(gòu)成，主控計(jì)算機(jī)與總線控制器通過USB總線相連，校準(zhǔn)系統(tǒng)構(gòu)建如圖1所示。

圖1 校準(zhǔn)系統(tǒng)硬件構(gòu)成

其中，儀器資源、掃描開關(guān)和校準(zhǔn)專用適配器安裝在專測(cè)系統(tǒng)校準(zhǔn)裝置的機(jī)柜內(nèi);便攜式計(jì)算機(jī)和總線控制器可以放置在工作臺(tái)上或校準(zhǔn)裝置機(jī)柜中可收放的托盤上。

被校設(shè)備、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備和總線控制器通過GPIB總線相連，主控計(jì)算機(jī)與總線控制器通過USB總線相連。

3 軟件方案

3.1 軟件設(shè)計(jì)方法

軟件設(shè)計(jì)過程中，采用LabVIEW中面向組件的設(shè)計(jì)(Component Oriented Design，COD)理念。

一般來講，構(gòu)建一個(gè)組件有以下要求:

1)組件必須對(duì)所要求的服務(wù)提供明確的說明。

2)一個(gè)組件與其他組件或應(yīng)用程序的其余部分交互的唯一途徑是其預(yù)先定義的接口，該組件的所有數(shù)據(jù)和進(jìn)程都必須封裝在其接口背后。

3)組件應(yīng)該能夠獨(dú)立運(yùn)行，以便單獨(dú)進(jìn)行調(diào)試。4)組件預(yù)先定義的接口和操作不能更改，其他組件或軟件都必須根據(jù)其接口進(jìn)行操作。

一個(gè)好的組件應(yīng)當(dāng)能夠以簡(jiǎn)潔、明確的方式完成工作，擁有簡(jiǎn)單的接口，并將其中的復(fù)雜性隱藏在內(nèi)部。

本系統(tǒng)中的脈沖周期、幅度、脈寬和時(shí)延4個(gè)模塊都是按照組件的設(shè)計(jì)方法構(gòu)建，通過模塊的輸入端口控制模塊的操作，通過模塊的輸出端口提交輸出，調(diào)用時(shí)，通過模塊的輸入接口為系統(tǒng)其余部分提供服務(wù)。

3.2 軟件框架設(shè)計(jì)

校準(zhǔn)系統(tǒng)采取分層結(jié)構(gòu)，并將各個(gè)參數(shù)模塊化，使它們之間相互獨(dú)立，易于調(diào)試。各個(gè)模塊能夠獨(dú)立完成各參數(shù)的校準(zhǔn)，包括脈沖幅度、周期、寬度和時(shí)延4個(gè)模塊，對(duì)應(yīng)于硬件部分的相應(yīng)校準(zhǔn)設(shè)備。

校準(zhǔn)軟件框架采用分層結(jié)構(gòu)，共分為四個(gè)層次。第一層為資源管理層，軟件開始工作后，首先對(duì)校準(zhǔn)器以及被校設(shè)備進(jìn)行掃描，確認(rèn)它們處于正?？煽貭顟B(tài)，其次運(yùn)行數(shù)據(jù)庫，并確認(rèn)校準(zhǔn)證書模板是否存在;第二層為校準(zhǔn)應(yīng)用層，該層直接面對(duì)用戶，可接受用戶的校準(zhǔn)操作，包括選擇校準(zhǔn)模塊，選擇校準(zhǔn)點(diǎn)，并根據(jù)這些選擇進(jìn)行校準(zhǔn)，該層由用戶界面和菜單選項(xiàng)等結(jié)構(gòu)構(gòu)成;第三層是由儀器的驅(qū)動(dòng)程序構(gòu)成的，這些驅(qū)動(dòng)主要來源于第三方廠商，負(fù)責(zé)完成儀器的基礎(chǔ)操作，供應(yīng)用層調(diào)用。第四層為系統(tǒng)恢復(fù)層，該層負(fù)責(zé)在校準(zhǔn)結(jié)束后關(guān)閉界面，將儀器恢復(fù)到初始狀態(tài)，最后退出程序。

3.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

LabVIEW數(shù)據(jù)庫工具包只能操作而不能創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫，所以必須借助第三方數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，比如Microsoft Office Access，來創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫。

本校準(zhǔn)程序數(shù)據(jù)庫使用Access實(shí)現(xiàn)如下功能，針對(duì)各測(cè)量模塊所生成的證書，建立統(tǒng)一的命名規(guī)則、保存地址、排序，實(shí)現(xiàn)證書的保存、查詢、調(diào)用等等內(nèi)容，方便用戶使用;通過輸入的基本信息例如:測(cè)試時(shí)間、儀器編號(hào)、生產(chǎn)廠家、送檢單位等關(guān)鍵詞保存證書至數(shù)據(jù)庫，同理，查詢功能即可通過搜索某一類關(guān)鍵詞完成證書的查詢。

3.4 WORD報(bào)表輸出

LabVIEW Report Generation Toolkit工具包通過ActiveX技術(shù)將Microsoft Word和Excel與LabVIEW集成開發(fā)環(huán)境結(jié)合起來，用于快速生成專業(yè)的報(bào)告，從而高效地表示出各種測(cè)試數(shù)據(jù)和結(jié)果。用戶可以移植、修改現(xiàn)有的報(bào)告模板，并使用標(biāo)準(zhǔn)的VIEW功能，擴(kuò)展該工具包的報(bào)告生成功能。通過運(yùn)行由VBA編寫的宏代碼還可以進(jìn)一步自定義修改報(bào)告生成過程并自動(dòng)生成報(bào)告。

3.5 校準(zhǔn)軟件流程圖

校準(zhǔn)過程開始后，根據(jù)用戶選擇的校準(zhǔn)項(xiàng)目從數(shù)據(jù)庫中提取校準(zhǔn)點(diǎn)，然后逐項(xiàng)進(jìn)行校準(zhǔn)，根據(jù)被校設(shè)備的指標(biāo)判斷校準(zhǔn)結(jié)果是否滿意，如果出現(xiàn)不滿意結(jié)果則提示用戶檢查儀器或連線情況，調(diào)整結(jié)束后，用戶可點(diǎn)擊重新校準(zhǔn);若不能解決該問題可退出校準(zhǔn)。如果校準(zhǔn)結(jié)果滿意，則計(jì)算校準(zhǔn)結(jié)果不確定度并出具電子證書，校準(zhǔn)流程如圖2所示。

圖2 校準(zhǔn)軟件流程圖

4 對(duì)比實(shí)驗(yàn)

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)源法對(duì)脈沖干擾模塊的脈沖寬度參數(shù)進(jìn)行了測(cè)試，人工和自動(dòng)校準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)條件均為:溫度:20.4℃，濕度為55%［3］。測(cè)試數(shù)據(jù)見表1，其中實(shí)測(cè)值單位同設(shè)置值單位。

表1 脈沖寬度校準(zhǔn)值對(duì)比

脈沖寬度范圍:1 μs～3 ms，允許誤差極限為±(5%+250 ps)，由此可以判定，自動(dòng)校準(zhǔn)結(jié)果完全滿足校準(zhǔn)要求［4］。

5 結(jié)束語

通過對(duì)比可知，本自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)完全能夠滿足脈沖干擾模塊的校準(zhǔn)精度要求，與此同時(shí)，自動(dòng)校準(zhǔn)大大節(jié)省了人力和時(shí)間成本，并最終出具電子證書，如果校準(zhǔn)參數(shù)需要修改，只需在數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行調(diào)整即可，提高了系統(tǒng)的擴(kuò)展性。

［1］劉紅煜，魏亞利，陳耀明.脈沖信號(hào)發(fā)生器自動(dòng)檢定/校準(zhǔn)系統(tǒng).［J］.上海計(jì)量測(cè)試，2009，36(1):16-19.

［2］張曉博.脈沖信號(hào)類儀器自動(dòng)檢定系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［D］.西安:西北大學(xué)，2005.

［3］JJG 490-2002.脈沖信號(hào)發(fā)生器計(jì)量檢定規(guī)程［S］.

［4］張乃國.電子測(cè)量技術(shù)［M］.北京:人民郵電出版社，1985.