關(guān)于聯(lián)合測試工作的思考
——以慣性儀表為例

丁衡高

（中國慣性技術(shù)學(xué)會(huì), 北京 100854）

0 慣性儀表聯(lián)合測試工作的背景

近年來, 激光陀螺儀、光纖陀螺儀、MEMS 等新型慣性儀表得到了長足發(fā)展, 靜電陀螺儀、三浮陀螺儀及加速度計(jì)、石英撓性擺式加速度計(jì)等傳統(tǒng)機(jī)電式慣性儀表的精度也得到了持續(xù)提升,各有關(guān)單位陸續(xù)報(bào)道過相關(guān)進(jìn)展, 通過付出巨大的努力, 取得了很好的成績。

過去一段時(shí)期, 特別是從 “十一五” 開始,在筆者的提議下, 相關(guān)方面組織有關(guān)單位開展了聯(lián)合測試工作, 這是一個(gè)很好的舉措, 應(yīng)當(dāng)長期堅(jiān)持。 通過聯(lián)合測試, 可以看到各家研制工作的進(jìn)步以及達(dá)到的真實(shí)水平, 也看到了實(shí)際問題（包括共性問題和個(gè)性問題）和差距, 這為后續(xù)慣性技術(shù)的發(fā)展提供了有益的幫助。 在認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上, 把好發(fā)展方向, 定好發(fā)展目標(biāo), 選好攻關(guān)途徑, 抓好落實(shí)調(diào)整, 能夠促進(jìn)相關(guān)技術(shù)更好更快的發(fā)展。 同時(shí), 通過聯(lián)合測試, 可以對各類環(huán)境場合下應(yīng)用提供指導(dǎo)和牽引, 也為用戶在對相關(guān)產(chǎn)品的選用過程中提供參考。

1 關(guān)于聯(lián)合測試工作的幾點(diǎn)想法

1.1 關(guān)于指標(biāo)的問題

測試大綱中規(guī)定的指標(biāo)要全面, 各項(xiàng)指標(biāo)要有一定的權(quán)重, 綜合指標(biāo)要協(xié)調(diào)。 靜態(tài)指標(biāo)往往比較簡單明確, 聯(lián)合測試時(shí)還應(yīng)對環(huán)境考核項(xiàng)目和指標(biāo)進(jìn)行考慮, 如溫度、振動(dòng)對材料、結(jié)構(gòu)的影響, 要進(jìn)行深入的理論分析, 仔細(xì)地考慮和研究。 對于不同用途的慣性儀表, 環(huán)境的考核要有針對性, 對相關(guān)測試結(jié)果的評(píng)估也應(yīng)有所加權(quán)側(cè)重, 例如航天器和艦艇應(yīng)用中的溫度、振動(dòng)等條件就有很多差異, 測試時(shí)應(yīng)關(guān)注的指標(biāo)也不全一樣, 又如MEMS 儀表結(jié)構(gòu)的自振大多落在音頻范圍內(nèi), 因此應(yīng)該關(guān)注噪聲試驗(yàn)項(xiàng)目［1］。

在關(guān)注零偏、非線性、角度隨機(jī)游走等重點(diǎn)誤差外, 聯(lián)合測試時(shí)還應(yīng)對時(shí)間趨勢項(xiàng)等誤差予以關(guān)注, 只有具有長期重復(fù)性和穩(wěn)定性, 做到可補(bǔ)償, 這樣才能用, 如果長期演變規(guī)律不知道、不可控, 就無法應(yīng)用。 同樣, 在關(guān)注儀表隨機(jī)誤差的同時(shí), 也應(yīng)對各項(xiàng)誤差的常值大小予以考核。對于各項(xiàng)誤差的常值, 要力求小, 這個(gè)問題以往也多次講到［2］。 從能量的角度來看, 常值誤差也是能量的一種儲(chǔ)存方式, 常值越大往往也意味著其可能產(chǎn)生的波動(dòng)（隨機(jī)部分）越大, 對此已有一些單位的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行了印證, 在制定儀表指標(biāo)或測試大綱時(shí)應(yīng)進(jìn)行考慮。

對于體積、質(zhì)量、功耗等項(xiàng)目, 以及自檢測、自標(biāo)定等功能實(shí)現(xiàn), 也應(yīng)納入聯(lián)合測試的指標(biāo)范疇。

1.2 關(guān)于統(tǒng)一規(guī)范的問題

測試規(guī)范要進(jìn)一步明確, 要征求使用部門的意見, 這樣測試結(jié)果才更能讓使用部門認(rèn)可。 各項(xiàng)目的測試標(biāo)準(zhǔn)要力求對標(biāo)國際化, 有些沒有標(biāo)準(zhǔn)的要盡快組織形成標(biāo)準(zhǔn)。 電氣和機(jī)械接口的標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)做到國際化, 要學(xué)習(xí)國外的先進(jìn)經(jīng)驗(yàn), 同時(shí)也為使用上提供方便。 電源體制也要有標(biāo)準(zhǔn),各研制和應(yīng)用方應(yīng)共同研究并提出。 同類儀表最好采用統(tǒng)一的適應(yīng)性強(qiáng)的ASIC（專用集成電路）,這在石英撓性擺式加速度計(jì)和MEMS 等儀表上都好實(shí)現(xiàn), 有利于聯(lián)合測試工作的開展, 也利于共性問題的發(fā)現(xiàn)與解決, 如溫度的補(bǔ)償問題以及表頭和電路的協(xié)調(diào)問題等。

盡量采用標(biāo)準(zhǔn)化工藝規(guī)范, 才好判斷是設(shè)計(jì)問題還是工藝問題, 有利于對評(píng)測結(jié)果的分析及后續(xù)工作的開展。 設(shè)計(jì)要從理論上做分析, 充分開展仿真驗(yàn)證, 設(shè)計(jì)時(shí)要盡量按照標(biāo)準(zhǔn)化工藝規(guī)范進(jìn)行, 如MEMS 慣性儀表已有的SOG（玻璃上硅）、SOI（絕緣體上硅）規(guī)范等, 這樣出現(xiàn)的共性問題往往說明標(biāo)準(zhǔn)化工藝規(guī)范水平還應(yīng)繼續(xù)提高,或有其他技術(shù)方案方面的共性問題需解決, 個(gè)性問題方便查找原因并解決, 綜合起來更能保障儀表性能的快速平穩(wěn)提升。

隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展以及形勢的變化, 后續(xù)可能也有不同類產(chǎn)品的聯(lián)合測試, 不同產(chǎn)品的測試方法一般有所區(qū)別, 應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用場景和目標(biāo)建立一個(gè)共同認(rèn)同的、可以對比的方法, 應(yīng)提早組織相關(guān)方研討。

1.3 關(guān)于發(fā)展規(guī)劃的問題

各研究單位要充分利用評(píng)測結(jié)果, 制定好下一階段發(fā)展規(guī)劃和攻關(guān)方向。 一方面, 鼓勵(lì)各單位根據(jù)自身情況開展研制工作, 形成積極的競爭,促進(jìn)技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展, 尤其是對于當(dāng)前和未來的重點(diǎn)發(fā)展方向, 比如量子儀表、半球諧振陀螺儀和石英振梁加速度計(jì)等儀表的研制要提早布局,從陀螺技術(shù)研制的一般規(guī)律來看, 產(chǎn)品從新研制到工程可用通常需要10 ～15 年的時(shí)間。 另一方面,在幾輪聯(lián)合測試后, 各單位也可以看到問題和差距, 進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整, 找對重點(diǎn)攻關(guān)方向, 要干就要下定決心、增加投入、多下工夫, 針對性地開展工作, 才能獲得成功。

2 下一步聯(lián)合測試相關(guān)工作的建議

1）對于聯(lián)合測試的結(jié)果, 各研制單位要集中力量去研究, 要有理論和工藝可行性的全面分析并提出建議, 在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候開會(huì)討論研究。 對于聯(lián)合測試發(fā)現(xiàn)的共性問題, 例如材料的問題、測試設(shè)備的問題等, 一定要引起重視。 各單位要總結(jié)實(shí)踐中的經(jīng)驗(yàn), 有許多細(xì)致的工作要做, 如材料、結(jié)構(gòu)、電路、工藝等, 要進(jìn)行深入的理論分析,知其然也要知其所以然。 對于各單位的個(gè)性問題,要各自認(rèn)真總結(jié), 分別抓緊組織力量, 理論分析很重要, 只有弄清問題, 攻關(guān)才有明確的目標(biāo)。

2）下一步的考核。 對于以往沒考核或較少考核的指標(biāo), 但在實(shí)際應(yīng)用場景下可能會(huì)發(fā)生的, 例如噪聲、電磁兼容以及長期穩(wěn)定性等問題, 要合理安排測試。 測試方案等要統(tǒng)一協(xié)商, 測試場所的選擇也需要各方認(rèn)同, 或許可考慮在幾個(gè)單位間實(shí)行輪流制。 考核形式上可以采用更便捷的方式, 把最終的考核計(jì)劃和節(jié)點(diǎn)提明確, 對于提前完成的單位可提前考核, 安排要靈活些, 但是最終考核時(shí)間要明確。 此外, 當(dāng)前測試普遍采取的隨機(jī)抽樣方式很好, 但還應(yīng)進(jìn)一步明確, 隨機(jī)抽樣是從多少產(chǎn)品中挑出來的, 這也能從一定程度上反映出當(dāng)前達(dá)到的技術(shù)水平。

3）聯(lián)合測試工作要進(jìn)一步常態(tài)化。 相關(guān)方要及早謀劃, 根據(jù)技術(shù)發(fā)展和用戶需求確定好測試對象與工作目標(biāo), 提前通知邀請相關(guān)單位做準(zhǔn)備,將聯(lián)合測試工作作為推動(dòng)專業(yè)技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用推廣的有效手段。 每次測試后, 除了及時(shí)、全面的總結(jié)會(huì)外, 還應(yīng)該開一些局部的小范圍會(huì)議, 交流促進(jìn)一下, 抓緊落實(shí)并出成果。 不同類型和不同發(fā)展階段的儀表改進(jìn)迭代周期可能有所差異,例如對于MEMS 儀表, 表頭2 ～3 個(gè)月一個(gè)回合、電路半年左右一個(gè)回合是合適的, 但高精度機(jī)電儀表的表頭迭代周期就可能要稍長些, 至少半年。要珍惜每一個(gè)回合的機(jī)會(huì), 切忌粗制濫造, 設(shè)計(jì)和工藝要合作好、統(tǒng)籌好, 做到每一次都要有明顯進(jìn)步。

建議慣性儀表研制單位對以上問題認(rèn)真研究,提出明確的工作意見, 相關(guān)單位根據(jù)各自的情況定出工作計(jì)劃, 共同促進(jìn)慣性儀表技術(shù)進(jìn)步及行業(yè)發(fā)展。