摘要：随着科学技术的飞速发展，要求测试和处理的信息量愈来愈大、速度愈来愈快。测试也越来越要求现场化、远程化、网络化。由此，基于总线的智能数据采集模块越来越受到人们的重视，由于智能数据采集模块的功能复杂，量程多，输入信号小，要求精度高等，在生产时人工校准效率很低，熟练技术工人校准一块的时间至少要分钟，另外由于重复劳动，常常会有量程忘记校准的现象发生，并且精度也不能保证，经过长期的实际测试试验后发现，利用计算机对数据采集模块进行自动化校准能极大的提高效率，避免了漏校准量程的现象，更能保证精度的一致性。校准一块模块的时间由原来的至少分钟提高的分钟内。极大的节省了人工成本。本文以热电偶模块的自动化校准为例，讨论了一种利用计算机进行智能数据采集模块的自动化校准与测试的框架结构和实现方法。
关键词：数据采集设备；现场校准；技术研究
引言
数据采集是指从传感器和其他待测设备等模拟和数字被测单元中自动采集信息的过程。数据采集系统是结合基于计算机的测量软硬件产品来实现灵活的、用户自定义的测量系统。校准是１个在计量领域得到普遍重视的检测方法，是指在规定条件下，为确定测量仪器或测量系统所指示的量值，或实物量具或标准物质所代表的量值，与对应的由标准所复现的量值之间的１组操作。校准是确认测量仪器是否工作在仪器技术指标内，是保证仪器测量准确的必不可少的工作。
1.技术现状
综合测试设备对武器装备进行综合性能测试，通常由多个仪器模块及其它装置共同组成，与被测对象之间的信号传输通过电缆、信号转接、信号调理等环节完成，具有自动化程度高、技术先进、组成复杂、参数多、精度高、量程宽等显著特点。目前综合测试设备普遍采用的校准方法是对其各组成单元分别校准，参数分散计量，这种校准方法存在一些不足。首先，综合测试设备与被测对象之间的信号传输通过电缆、信号转接、信号调理等环节完成，这些中间环节对信号的最终输出产生影响，单个仪器模块工作稳定、准确可靠并不能说明整个综合测试设备满足测试要求，因此，只针对各组成单元校准不能代表综合测试设备的有效校准;其次，在进行综合测试设备各组成单元独立校准时，是按照各组成单元的参数种类、技术指标进行校准，要动用大量资源，如仪器、人员等等，成本较高，而在整个综合测试设备中通常只应用其部分功能，只涉及其部分参数和技术指标，因此各组成单元独立校准最终导致部分无用计量，造成资源浪费;另外由于在校准过程中基本是手动操作，由操作人员引入的测量误差较大，同时，整个校准过程时间较长，工作量较大;再者，校准过程中综合测试设备各组成单元的搬移拆卸，很容易产生机械损伤和连接失误，从而降低了综合测试设备的整体可靠性和稳定性［1］。
2.关键技术
数据采集自动校准系统需要设计制作的重要部件是多路开关，需要重点解决的关键技术包括信号噪声的抑制、通道低电势的实现和控制的高可靠性。
2.1信号噪声的抑制
信号预处理之前，必须对输入信号进行低通滤波，防止高频强噪声进入放大器。设计二阶巴特沃斯低通(butterworth)滤波器。它的特点是在靠近零点频率附近具有一段平坦的通带，通带和阻带之间有一个平滑的过渡带，在从通带趋向阻带时，衰减单调增大，延时特性好，过渡带的衰减特性可以通过改变滤波器的阶数调整，使之尽可能接近理想滤波器的特性。
2.2通道低电势的实现
多路开关的寄生电势是由继电器接触电阻变化引起的。采用纳伏表测量通道寄生电势，其方法是将各通道输入端分别用直径Φ1mm单芯铜导线短接，将输出端用相同的铜导线短接后分别至纳伏表输入端，20min后对纳伏表清零。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆依次切换多路控制器的通道进行测量，在每个通道停留60s，记录最大电势的绝对值，多路控制器断电5min后，重复上述测量10次，对通道的测量值进行分析。
3.校准对象分析
综合测试设备通过其端口输出能源使被测对象满足正常工作条件，输出控制信号使被测对象处于正常工作状态，提供相关激励信号建立测试条件，通过测试端口进行综合测试。综合测试设备与被测对象通过测试端口对接，被测对象测试端口信号经过整理、分类、适配和转接送至综合测试设备进行综合测试，并对测试信息进行融合、判断、分析和处理，最后形成结果并输出相关信息。
综合测试设备通过测试端口为被测对象提供供电电源、基准直流电压源使其正常工作;提供脉冲信号源作为时钟或者进行时序控制;对被测对象输出的直流电压信号进行测量，实现直流数字电压表功能;对直流电流信号进行测量，实现直流数字电流表功能;对电阻值进行测量，实现直流数字欧姆表功能;对脉冲和时序信号进行测量实现示波器功能;对数字I/O信号检测进行功能与状态检查。综合测试设备可以接收微波信号，并对微波信号进行频率和功率测量，进行衰减、多普勒频移和延时等处理后，发送至被测对象，也可以直接输出微波信号，激励被测对象，建立相关测试条件。
由综合测试设备的组成和工作原理可知，综合测试设备既可以对输入信号进行测试，又有信号输出;既有直流信号、脉冲信号，又有微波信号;被校参数包括电压、电流、电阻、脉冲和微波信号功率、频率、衰减、延时等。因此，校准项目众多，校准过程比较复杂。
4.校准方法
针对综合测试设备的具体特点和目前计量校准过程中存在的不足，为实现综合测试设备的有效校准，提高计量准确性和可靠性，增强武器装备的综合保障能力，同时避免资源浪费，本项研究提出了系统校准的方法，并得到了实际应用。系统校准就是把综合测试设备作为一个功能整体，通过测试端口对总体性的输入输出外部特性进行校准，经过校准数据分析与处理，综合给出校准结果。
综合测试设备各组成单元无搬移拆卸，支持原位校准，有利于保证综合测试设备的可靠性和稳定性。校准过程中把综合测试设备的测试端口作为校准端口，根据其具体应用特点和实际技术指标要求进行有针对性的校准，通过测试端口为综合测试设备测量类仪器仪表提供标准信号源，为信号源类仪器提供高精度测量仪器和校准方法，对于开关类和数字I/O类模块进行功能检定，最终实现综合测试设备的系统校准，所有参量的校准均溯源到相应国防计量标准。
结束语
针对综合测试设备的具体特点和目前计量校准过程中存在的不足，本项目提出了系统校准的主题思想，并简要给出了其校准方法及校准装置的组成，在工程实践中得到了应用。系统校准能更为有效的掌握综合测试设备系统指标，提高其综合测试能力，为武器装备研制提供更为有效的计量保障。系统校准支持原位校准，不影响综合测试设备的内部结构和连接，有利于保证综合测试设备的可靠性和稳定性。校准过程中对综合测试过程中所应用的技术参数及其量程进行有针对性的校准，能够有效降低工作量和成本。
参考文献
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[5]许艳.最佳的电压基准源的设计[J].大庆师范学院学报,2006，26（5）：61-64.
论文作者:吕晓凯
论文发表刊物:《基层建设》2020年第1期
论文发表时间:2020/4/21
标签：综合测试论文; 信号论文; 设备论文; 测量论文; 测试论文; 端口论文; 对象论文; 《基层建设》2020年第1期论文;