某型飛機專用檢測系統脈沖干擾模塊自動校準系統

王建強，肖彬

(中航工業北京長城計量測試技術研究所，北京100095)

0 引言

21世紀，國家越來越重視國防和軍隊裝備的使用前校準工作，專用檢測系統這種構成復雜、參數眾多的測試系統更多地投入使用。專用檢測系統負擔著對軍用裝備性能指標的檢測、故障診斷與維修檢測等技術保障任務，其測量的準確性、可靠性會直接影響裝備能否正常工作，然而，目前國內缺乏這種多參數設備的校準系統，使其參數難以溯源至國家或者國防最高基準，因此，對專用檢測系統進行全面有效的計量校準，是確保專用檢測系統完成任務的關鍵。

脈沖干擾模塊作為專用檢測系統中的重要組成部分，對其實現準確高效的校準至關重要。實現該模塊的自動化校準，一來可以減少人為操作引入的誤差;二來可以提升校準的速度，解放勞動力，達到高效的目的。

1 總體設計

1.1 設計要求

設計一種該模塊的自動校準系統，包括數據庫、自動測量以及出具電子證書三個部分。數據庫負責提供校準點以及證書出具時所需要的各種信息;自動測量部分根據數據庫提供的校準點信息自動控制校準器對被測模塊進行校準，包括脈沖周期、幅度、脈寬和時延［1］;出具電子證書部分將校準結果進行處理并計算出此次測量結果的不確定度，最后出具電子證書。

1.2 設計原理

設計中采用外部校準法，脈沖干擾模塊的校準裝置主要由綜合標準組建、被校系統和計算機系統以及GPIB等連接線組成。綜合標準組建由一系列標準源、標準表、通訊控制接口等構成;計算機系統是校準裝置的控制中心，運行校準軟件，處理校準結果［2］。綜合標準組建采用一系列標準器——標準表或者標準源輸出作為標準值，通過檢定標準器來解決測試系統的溯源問題。

2 硬件方案

校準裝置主要由標準設備構成的儀器資源、用于GPIB通訊的總線控制器、運行校準軟件的主控計算機、對輸入低頻信號進行切換的掃描開關和連接被校信號的校準專用適配器等構成，主控計算機與總線控制器通過USB總線相連，校準系統構建如圖1所示。

圖1 校準系統硬件構成

其中，儀器資源、掃描開關和校準專用適配器安裝在專測系統校準裝置的機柜內;便攜式計算機和總線控制器可以放置在工作臺上或校準裝置機柜中可收放的托盤上。

被校設備、標準設備和總線控制器通過GPIB總線相連，主控計算機與總線控制器通過USB總線相連。

3 軟件方案

3.1 軟件設計方法

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

一般來講，構建一個組件有以下要求:

1)組件必須對所要求的服務提供明確的說明。

2)一個組件與其他組件或應用程序的其余部分交互的唯一途徑是其預先定義的接口，該組件的所有數據和進程都必須封裝在其接口背后。

3)組件應該能夠獨立運行，以便單獨進行調試。4)組件預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其接口進行操作。

一個好的組件應當能夠以簡潔、明確的方式完成工作，擁有簡單的接口，并將其中的復雜性隱藏在內部。

本系統中的脈沖周期、幅度、脈寬和時延4個模塊都是按照組件的設計方法構建，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，調用時，通過模塊的輸入接口為系統其余部分提供服務。

3.2 軟件框架設計

校準系統采取分層結構，并將各個參數模塊化，使它們之間相互獨立，易于調試。各個模塊能夠獨立完成各參數的校準，包括脈沖幅度、周期、寬度和時延4個模塊，對應于硬件部分的相應校準設備。

校準軟件框架采用分層結構，共分為四個層次。第一層為資源管理層，軟件開始工作后，首先對校準器以及被校設備進行掃描，確認它們處于正常可控狀態，其次運行數據庫，并確認校準證書模板是否存在;第二層為校準應用層，該層直接面對用戶，可接受用戶的校準操作，包括選擇校準模塊，選擇校準點，并根據這些選擇進行校準，該層由用戶界面和菜單選項等結構構成;第三層是由儀器的驅動程序構成的，這些驅動主要來源于第三方廠商，負責完成儀器的基礎操作，供應用層調用。第四層為系統恢復層，該層負責在校準結束后關閉界面，將儀器恢復到初始狀態，最后退出程序。

3.3 數據庫設計

LabVIEW數據庫工具包只能操作而不能創建數據庫，所以必須借助第三方數據庫管理系統，比如Microsoft Office Access，來創建數據庫。

本校準程序數據庫使用Access實現如下功能，針對各測量模塊所生成的證書，建立統一的命名規則、保存地址、排序，實現證書的保存、查詢、調用等等內容，方便用戶使用;通過輸入的基本信息例如:測試時間、儀器編號、生產廠家、送檢單位等關鍵詞保存證書至數據庫，同理，查詢功能即可通過搜索某一類關鍵詞完成證書的查詢。

3.4 WORD報表輸出

LabVIEW Report Generation Toolkit工具包通過ActiveX技術將Microsoft Word和Excel與LabVIEW集成開發環境結合起來，用于快速生成專業的報告，從而高效地表示出各種測試數據和結果。用戶可以移植、修改現有的報告模板，并使用標準的VIEW功能，擴展該工具包的報告生成功能。通過運行由VBA編寫的宏代碼還可以進一步自定義修改報告生成過程并自動生成報告。

3.5 校準軟件流程圖

校準過程開始后，根據用戶選擇的校準項目從數據庫中提取校準點，然后逐項進行校準，根據被校設備的指標判斷校準結果是否滿意，如果出現不滿意結果則提示用戶檢查儀器或連線情況，調整結束后，用戶可點擊重新校準;若不能解決該問題可退出校準。如果校準結果滿意，則計算校準結果不確定度并出具電子證書，校準流程如圖2所示。

圖2 校準軟件流程圖

4 對比實驗

根據標準源法對脈沖干擾模塊的脈沖寬度參數進行了測試，人工和自動校準的實驗條件均為:溫度:20.4℃，濕度為55%［3］。測試數據見表1，其中實測值單位同設置值單位。

表1 脈沖寬度校準值對比

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，自動校準結果完全滿足校準要求［4］。

5 結束語

通過對比可知，本自動校準系統完全能夠滿足脈沖干擾模塊的校準精度要求，與此同時，自動校準大大節省了人力和時間成本，并最終出具電子證書，如果校準參數需要修改，只需在數據庫中進行調整即可，提高了系統的擴展性。

［1］劉紅煜，魏亞利，陳耀明.脈沖信號發生器自動檢定/校準系統.［J］.上海計量測試，2009，36(1):16-19.

［2］張曉博.脈沖信號類儀器自動檢定系統軟件的設計與實現［D］.西安:西北大學，2005.

［3］JJG 490-2002.脈沖信號發生器計量檢定規程［S］.

［4］張乃國.電子測量技術［M］.北京:人民郵電出版社，1985.