協(xié)調(diào)加載控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的自動(dòng)校準(zhǔn)設(shè)計(jì)

嚴(yán)洪燕，武 樺，解啟瞻

（中航工業(yè)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001）

0 引 言

協(xié)調(diào)加載控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是直升機(jī)靜力試驗(yàn)和疲勞試驗(yàn)的核心設(shè)備，測試系統(tǒng)的準(zhǔn)確度直接影響試驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性；因此，在科研試驗(yàn)前必須對(duì)測試系統(tǒng)進(jìn)行校準(zhǔn)，以確保測試系統(tǒng)準(zhǔn)確可靠。

協(xié)調(diào)加載控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的特點(diǎn)是多通道多參量，校準(zhǔn)工作量極大。采用傳統(tǒng)計(jì)量方法校準(zhǔn)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，容易出錯(cuò)。在直升機(jī)多型號(hào)研發(fā)過程中，為保證科研試驗(yàn)任務(wù)按節(jié)點(diǎn)順利完成，要求在短時(shí)間內(nèi)對(duì)測試設(shè)備進(jìn)行校準(zhǔn)。因此，急需設(shè)計(jì)出一套針對(duì)協(xié)調(diào)加載控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的自動(dòng)校準(zhǔn)平臺(tái)，以滿足型號(hào)研發(fā)試驗(yàn)的需要，并保證科研試驗(yàn)任務(wù)的順利進(jìn)行。

1 系統(tǒng)組成

系統(tǒng)是由標(biāo)準(zhǔn)源（Fluke5520A/5720A多功能校準(zhǔn)源、CBA-2310A應(yīng)變校準(zhǔn)器/1550A應(yīng)變?cè)矗?、?biāo)準(zhǔn)表（Agilent34401A數(shù)字多用表、Agilent34970A數(shù)據(jù)采集表、FlukePM6681R/CNT-90數(shù)字頻率計(jì)、VA-2230A音頻信號(hào)分析儀）、被校設(shè)備（FlexTest200、Aero ST、Aero-90等）、便攜式計(jì)算機(jī)、自動(dòng)校準(zhǔn)軟件組成。

2 系統(tǒng)校準(zhǔn)原理

便攜式計(jì)算機(jī)通過GPIB接口與標(biāo)準(zhǔn)源和標(biāo)準(zhǔn)表連接，標(biāo)準(zhǔn)源的信號(hào)輸出端與被校設(shè)備的信號(hào)輸入端連接，被校設(shè)備的信號(hào)輸出端與標(biāo)準(zhǔn)表的信號(hào)輸入端連接，通過自動(dòng)校準(zhǔn)軟件控制標(biāo)準(zhǔn)源發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，同時(shí)控制標(biāo)準(zhǔn)表測出被校設(shè)備的輸出值，并對(duì)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及存檔，形成報(bào)告。

2.1 控制通道的校準(zhǔn)原理

伺服控制通道（簡稱控制通道）的校準(zhǔn)原理如圖1所示。將標(biāo)準(zhǔn)表（數(shù)字多用表、數(shù)字頻率計(jì)、音頻信號(hào)分析儀）與被校設(shè)備的信號(hào)輸出端連接，通過控制被校設(shè)備的信號(hào)輸出，由校準(zhǔn)軟件控制標(biāo)準(zhǔn)表分別測出頻率、幅值及失真度，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理及存檔[1]，實(shí)現(xiàn)對(duì)被校設(shè)備控制通道的校準(zhǔn)。

圖1 控制通道校準(zhǔn)組成示意圖

2.2 數(shù)采通道的校準(zhǔn)原理

數(shù)據(jù)采集通道（簡稱數(shù)采通道）的校準(zhǔn)原理如圖2所示。將標(biāo)準(zhǔn)源（多功能校準(zhǔn)源、應(yīng)變校準(zhǔn)器）與被校設(shè)備的信號(hào)輸入端連接，標(biāo)準(zhǔn)表（數(shù)字多用表/數(shù)據(jù)采集表）與被校設(shè)備的信號(hào)輸出端連接，通過設(shè)置被校設(shè)備的測試通道、量程及參數(shù)，由校準(zhǔn)軟件控制標(biāo)準(zhǔn)源輸出標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，同時(shí)控制標(biāo)準(zhǔn)表測出輸出值，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[2-3]，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)被校設(shè)備數(shù)采通道的線性、示值、零漂、采集速率、通道間串?dāng)_的校準(zhǔn)。

圖2 數(shù)采通道校準(zhǔn)組成示意圖

3 校準(zhǔn)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)加載控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)自動(dòng)校準(zhǔn)的關(guān)鍵，選擇擁有快速連接和測量分析功能，以及可預(yù)測、管理和優(yōu)化測試功能的Agilent VEE Pro作為軟件開發(fā)平臺(tái)。

3.1 校準(zhǔn)軟件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

校準(zhǔn)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)。軟件總體結(jié)構(gòu)是由儀器信息記錄、控制通道校準(zhǔn)、數(shù)采通道校準(zhǔn)、打印輸出4個(gè)模塊構(gòu)成。儀器信息記錄模塊是由測試儀器信息登記模塊、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)信息記錄模塊、校準(zhǔn)結(jié)果信息記錄模塊、環(huán)境及人員信息記錄模塊4個(gè)子模塊組成；控制通道校準(zhǔn)模塊是由頻率準(zhǔn)確度校準(zhǔn)模塊、電壓幅頻特性校準(zhǔn)模塊、非線性失真校準(zhǔn)模塊3個(gè)子模塊組成；數(shù)采通道校準(zhǔn)模塊是由線性誤差校準(zhǔn)模塊、示值誤差校準(zhǔn)模塊、零點(diǎn)漂移校準(zhǔn)模塊、采集速率校準(zhǔn)模塊、通道間串?dāng)_校準(zhǔn)模塊5個(gè)子模塊組成；打印輸出模塊是由審核測試數(shù)據(jù)模塊、打印預(yù)覽數(shù)據(jù)模塊、打印測試數(shù)據(jù)模塊3個(gè)子模塊組成。校準(zhǔn)軟件結(jié)構(gòu)組成示意圖如圖3所示，校準(zhǔn)軟件設(shè)計(jì)程序框圖（局部）如圖4所示。

3.2 校準(zhǔn)軟件流程設(shè)計(jì)

圖3 校準(zhǔn)軟件結(jié)構(gòu)組成示意圖

圖4 校準(zhǔn)軟件設(shè)計(jì)程序框圖（局部）

首先繪制軟件工作流程圖，根據(jù)軟件工作流程圖，可把不同模塊分發(fā)給不同的編程人員，可以有效、快速地開發(fā)軟件。由于篇幅有限，不可能將全部軟件設(shè)計(jì)流程圖繪出，只能繪出部分典型模塊的設(shè)計(jì)流程圖，現(xiàn)以控制通道校準(zhǔn)主模塊的電壓幅頻特性校準(zhǔn)項(xiàng)目和數(shù)采通道校準(zhǔn)主模塊的線性誤差校準(zhǔn)項(xiàng)目為例，介紹該子模塊的校準(zhǔn)軟件設(shè)計(jì)流程圖如圖5所示。

3.3 儀器信息記錄及打印輸出模塊設(shè)計(jì)

圖5 子模塊校準(zhǔn)軟件設(shè)計(jì)流程圖

儀器信息記錄模塊是收集（對(duì)測試儀器信息登記、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)信息記錄、校準(zhǔn)結(jié)果信息記錄、環(huán)境及測試人員信息記錄）所有校準(zhǔn)前后的備檔留存信息。打印輸出模塊是完成校準(zhǔn)任務(wù)后對(duì)校準(zhǔn)數(shù)據(jù)備檔信息輸出形成紙質(zhì)報(bào)告提交客戶（可預(yù)覽和打印測試數(shù)據(jù)）。對(duì)開發(fā)平臺(tái)的庫函數(shù)（Text Constant、Selection Control、To File、Collector、Execute Program、Gate、To Printer等模塊）[4]的調(diào)用來實(shí)現(xiàn)。

3.4 控制通道校準(zhǔn)模塊設(shè)計(jì)

控制通道校準(zhǔn)模塊是根據(jù)儀器的指令代碼編寫儀器驅(qū)動(dòng)來控制標(biāo)準(zhǔn)儀器，實(shí)現(xiàn)對(duì)被校設(shè)備控制通道的頻率準(zhǔn)確度、電壓幅頻特性、非線性失真3個(gè)項(xiàng)目的校準(zhǔn)。按照?qǐng)D5所示的校準(zhǔn)軟件系統(tǒng)流程圖設(shè)計(jì)編寫電壓幅頻特性校準(zhǔn)模塊程序。通道1電壓幅頻特性校準(zhǔn)數(shù)據(jù)見表1。

表1 通道1電壓幅頻特性校準(zhǔn)數(shù)據(jù)

3.5 數(shù)采通道校準(zhǔn)模塊設(shè)計(jì)

數(shù)采通道校準(zhǔn)模塊設(shè)計(jì)根據(jù)儀器的指令代碼[5-7]編寫儀器驅(qū)動(dòng)來控制標(biāo)準(zhǔn)源發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)及控制標(biāo)準(zhǔn)表采集測試數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)被校設(shè)備數(shù)采通道的線性誤差、示值誤差、零點(diǎn)漂移、通道間串?dāng)_的校準(zhǔn)?？筛鶕?jù)測試狀態(tài)，設(shè)有實(shí)時(shí)顯示、超差報(bào)警功能。依據(jù)檢定規(guī)程和校準(zhǔn)規(guī)范編寫誤差處理子模塊，對(duì)測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[2-3]及保存。采集速率校準(zhǔn)是通過控制標(biāo)準(zhǔn)源發(fā)送標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，通過被校系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)采集數(shù)據(jù)并存檔，并通過數(shù)據(jù)傳輸線將采集的數(shù)據(jù)文件傳輸?shù)叫?zhǔn)系統(tǒng)的便攜式計(jì)算機(jī)中，校準(zhǔn)軟件讀取采集數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及統(tǒng)計(jì)，計(jì)算出被校通道實(shí)際最高采集速率。

線性誤差校準(zhǔn)模塊測試結(jié)果顯示圖如圖6所示，圖中顯示的數(shù)據(jù)是根據(jù)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范[2]計(jì)算得出。其他校準(zhǔn)子模塊的編寫方法與上述類似。

4 結(jié)束語

圖6 線性誤差校準(zhǔn)結(jié)果實(shí)圖

協(xié)調(diào)加載控制及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的自動(dòng)校準(zhǔn)平臺(tái)，顯著提高了工作效率，符合國家計(jì)量傳遞標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，有效解決了量值溯源問題，以及我國直升機(jī)系統(tǒng)亟待解決的專用測試設(shè)備原位校準(zhǔn)的難題，已在直升機(jī)型號(hào)研發(fā)中發(fā)揮了重要作用。

[1]JJG602—1996低頻信號(hào)發(fā)生器檢定規(guī)程[S].北京：中國計(jì)量出版社，1996.

[2]JJF1048—1995數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)校準(zhǔn)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)量出版社，1995.

[3]JJG623—2005電阻應(yīng)變儀檢定規(guī)程[S].北京：中國計(jì)量出版社，2005.

[4]Agilent Corporation.Agilent VEE Pro 9.0 User’s guide[M].USA：Agilent Corporation，2009.

[5]Fluke Corporation.5520A multi-product calibrator operators manual[Z].USA：Fluke Corporation，2001.

[6]Fluke Corporation.5700A/5720A series II multi-function calibrator operators manual[Z].USA：Fluke Corporation，2005.

[7]TML Corporation.CBA-2310A automatic calibrator operators manual[Z].Japan：TML Corporation，2003.