基于面向?qū)ο笳Z言的功率敏感器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

蘇姍姍，宋 哲，張 娟

(1.南京熊貓漢達(dá)科技有限公司，南京 210014；2.南京電子設(shè)備研究所，南京 210007)

0 引言

隨著儀器技術(shù)的更新和對(duì)計(jì)量要求的不斷提高，自動(dòng)測(cè)試成為當(dāng)前計(jì)量的主要手段，對(duì)于常見的通用儀表自動(dòng)測(cè)試的應(yīng)用更是司空見慣。如吳海松在《基于Labview的信號(hào)發(fā)生器自動(dòng)計(jì)量校準(zhǔn)系統(tǒng)研究》[1]中提出了一套完整的信號(hào)發(fā)生器自動(dòng)測(cè)試方案，該系統(tǒng)完全依據(jù)信號(hào)發(fā)生器檢定規(guī)程，可實(shí)現(xiàn)頻率、幅度、諧波等必檢項(xiàng)目的自動(dòng)測(cè)試；李博等在《函數(shù)信號(hào)發(fā)生器自動(dòng)檢定/校準(zhǔn)系統(tǒng)的開發(fā)》[2]中采用Visual BASIC 6.0平臺(tái)和MS ACCESS數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)了函數(shù)信號(hào)發(fā)生器頻率、信號(hào)、幅度等項(xiàng)目自動(dòng)測(cè)試；蘇姍姍、宋哲等在《基于MET/CAL的數(shù)字示波器自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)》[3]講述了如何采用福祿克公司的9500B和FSC語言實(shí)現(xiàn)示波器的自動(dòng)校準(zhǔn)；段譽(yù)在《基于GPIB總線的頻譜分析儀自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)》[4]中設(shè)計(jì)了一套基于Delphi環(huán)境頻譜分析儀自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)，能實(shí)現(xiàn)頻率、電平參數(shù)、分辨力帶寬等主要項(xiàng)目的自動(dòng)測(cè)試；王曉東在《基于C#的數(shù)字多用表自動(dòng)校準(zhǔn)測(cè)試系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)》[5]中利用多功能源5522A實(shí)現(xiàn)了對(duì)34401A的自動(dòng)測(cè)試；徐曉燕、王海林在《基于LabVIEW的工業(yè)鉑、銅熱電阻自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)》[6]提出了由1590超級(jí)電阻測(cè)溫儀、2590掃描器、低溫槽、油槽等組成的熱電阻自動(dòng)測(cè)試平臺(tái)?？梢?，自動(dòng)測(cè)試在計(jì)量各個(gè)專業(yè)中都得到了廣泛的應(yīng)用。

通常功率敏感器配合功率指示器用來進(jìn)行微波功率測(cè)量，常用的功率敏感器有羅德與施瓦茨公司生產(chǎn)的NRP系列，如NRP-8S、NRP-Z11，是德科技公司的E930XA、N192XA等系列，安立公司的MA2472D、MA2481D等。

測(cè)量中，通常按照高中低頻率分為3個(gè)通道，倘若按照生產(chǎn)廠家技術(shù)要求，僅校準(zhǔn)因子一個(gè)項(xiàng)目的校準(zhǔn)點(diǎn)就高達(dá)200～300個(gè)，熟練的計(jì)量人員完成該項(xiàng)目的測(cè)量通常需要90分鐘左右，而自動(dòng)測(cè)試可使該過程縮短至20分鐘左右，大幅提高了工作效率，降低了人工成本[7-10]。

C#是一種常用的面向?qū)ο蟮恼Z言，具有很高的穩(wěn)定性和安全性，語言簡(jiǎn)潔，以.NET Fromwork為基礎(chǔ)，很多儀器都留有C#編程接口。C#中的類(class)、接口(interface)、委托(delegate)、引用(using)等概念的應(yīng)用對(duì)于程序模塊化實(shí)現(xiàn)非常方便，將通用的功能進(jìn)行模塊化設(shè)計(jì)，為以后將該系統(tǒng)移植為其他自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)提供了可能[11]。

1 測(cè)量原理

功率敏感器的測(cè)量依據(jù)JJG(軍工)48-2014《小功率座檢定規(guī)程》和GJB/J3598-99《功率敏感器檢定規(guī)程》進(jìn)行，主要校準(zhǔn)項(xiàng)目有校準(zhǔn)因子和電壓駐波比。

1.1 校準(zhǔn)因子

校準(zhǔn)因子是指功率敏感器中測(cè)熱元件內(nèi)的替代功率(即功率指示器指示的功率)與入射到功率座輸入端面上的微波功率之比。一般采用交替比較法進(jìn)行測(cè)量。

傳遞標(biāo)準(zhǔn)由高方向性的定向耦合器(或?qū)ΨQ性良好的功分器)和高準(zhǔn)確度等級(jí)的標(biāo)準(zhǔn)功率座和標(biāo)準(zhǔn)功率指示器組成。該傳遞標(biāo)準(zhǔn)由高一級(jí)的功率標(biāo)準(zhǔn)裝置定標(biāo)并確定其校準(zhǔn)因子Ks，然后用于校準(zhǔn)/被檢功率敏感器[12]。

校準(zhǔn)原理如圖1所示。首先對(duì)標(biāo)準(zhǔn)功率座和被校功率敏感器進(jìn)行校零；將信號(hào)發(fā)生器調(diào)至所需頻率，電平按需設(shè)置；讀取標(biāo)準(zhǔn)功率指示器上示值Pbs(此處值為1 mW)和主臂上被檢功率指示器的示值Pbu，那么被校功率敏感器的校準(zhǔn)因子Ku為：

圖1 校準(zhǔn)因子測(cè)量原理圖

(1)

1.2 電壓駐波比

如圖2所示，電壓駐波比是無線電領(lǐng)域表征反射特性的傳統(tǒng)參量，指駐波波腹電壓與波谷電壓幅度之比，網(wǎng)絡(luò)分析儀帶有電壓駐波比測(cè)量功能，直接測(cè)量該參數(shù)即可。

圖2 電壓駐波比測(cè)量原理圖

首先對(duì)傳遞標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)分析儀進(jìn)行單端口校準(zhǔn)，然后將被校功率敏感器接在此端口，選擇S11(端口2匹配時(shí)，端口1的反射系數(shù))測(cè)量模式，選擇VSWR(voltage standing wave ratio)測(cè)量功能，結(jié)果即為電壓駐波比。文中所用網(wǎng)絡(luò)分析儀為N9952A[13]。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)硬件如圖3所示。根據(jù)第1節(jié)中測(cè)量原理知，功率敏感器校準(zhǔn)裝置中傳遞標(biāo)準(zhǔn)包括標(biāo)準(zhǔn)功率敏感器及網(wǎng)絡(luò)分析儀、信號(hào)發(fā)生器。

圖3 系統(tǒng)硬件框圖

文中采用羅德施瓦茨公司生產(chǎn)的NRPC-18作為標(biāo)準(zhǔn)功率座，雙通道功率計(jì)NRX作為標(biāo)準(zhǔn)功率指示器。當(dāng)被校功率敏感器是同廠家生產(chǎn)時(shí)，可將其連接至NRX通道2直接測(cè)量；為其他廠家時(shí)，需配套相應(yīng)的功率指示器。NRPC-18的頻率范圍為0 Hz～18 GHz。網(wǎng)絡(luò)分析儀采用手持便攜式網(wǎng)絡(luò)分析儀N9952A，其頻率測(cè)量范圍為300 kHz～50 GHz。信號(hào)發(fā)生器采用E8257D，其頻率測(cè)量范圍為0.09 kHz～40 GHz。該組合可滿足大部分功率敏感器的校準(zhǔn)需求。

GPIB(general-purpose interface bus)總線技術(shù)是實(shí)現(xiàn)儀表與計(jì)算機(jī)交互的基礎(chǔ)。儀表往往留有通訊接口以支持GPIB卡，網(wǎng)絡(luò)通信或USB(universal serial bus)通信。在廠家的技術(shù)手冊(cè)中通?？梢圆榈阶远x的儀器交互指令。這些是儀器交互的硬件基礎(chǔ)[14]。

儀器管理可借助于儀器廠商的接口控制器軟件，最常用的為是德科技的IO Control或者NI(national instrument)公司的 IO Control，本自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的開發(fā)建立在是德科技的IO Control基礎(chǔ)上，其用于識(shí)別、控制儀表。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

3.1 軟件功能及流程

軟件設(shè)計(jì)借助于Microsoft visual studio 2019 軟件開發(fā)平臺(tái)，運(yùn)用C#語言搭建的Win From 桌面項(xiàng)目，再結(jié)合ACCESS數(shù)據(jù)庫、Keysight IO Control來實(shí)現(xiàn)與儀表的通信、數(shù)據(jù)處理[15]。

軟件的設(shè)計(jì)流程參照儀表的計(jì)量過程，具體設(shè)計(jì)思路如圖4所示。根據(jù)計(jì)量流程，按照功能分為儀器管理、測(cè)試方案設(shè)計(jì)、測(cè)試過程實(shí)現(xiàn)及數(shù)據(jù)處理4個(gè)功能模塊。儀器管理包括搜索儀器，登記儀器；測(cè)試方案設(shè)計(jì)主要指測(cè)量模板的導(dǎo)入、編輯；數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和原始記錄的生成。除此以外，軟件還有一些輔助性功能，如一鍵更新現(xiàn)有模板中標(biāo)準(zhǔn)器信息、瀏覽歷史數(shù)據(jù)等。

圖4 軟件流程圖

3.2 儀器管理模塊

儀器管理模塊包括儀表搜索和儀表信息登記兩個(gè)模塊，該模塊實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于如何將程序中的變量與IO Control中識(shí)別的儀表進(jìn)行關(guān)聯(lián)：需要先在系統(tǒng)中添加公共類agvisa32.cs，該類包含了是德科技IO Control 中所留的基礎(chǔ)應(yīng)用程序接口，實(shí)例化類后，可方便地調(diào)用其中的公用函數(shù)與儀器進(jìn)行交互。

儀器搜索實(shí)現(xiàn)主要步驟是：

1)打開默認(rèn)資源管理器，生成操作句柄。主要使用函數(shù)viOpenDefaultRM(out)。

2)查找儀器，判斷是否出現(xiàn)錯(cuò)誤。查找儀器主要使用viFindRsrc(int sesn， string expr， out int vi， out int retCount， StringBuilder desc)、viFindNext(int vi， StringBuilder desc)等函數(shù)來實(shí)現(xiàn)；判斷是否出現(xiàn)錯(cuò)誤主要通過操作句柄返回的參數(shù)進(jìn)行識(shí)別，返回0表示無錯(cuò)誤。

儀器信息登記功能實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于數(shù)據(jù)庫的建立。根據(jù)實(shí)際需要建立數(shù)據(jù)庫表格，通常信息要包含委托方名稱、地址、被檢儀表名稱、型號(hào)、序列號(hào)、校準(zhǔn)人員、校準(zhǔn)時(shí)間、地點(diǎn)等信息，由于數(shù)據(jù)量不大，此處可采用ACCESS數(shù)據(jù)庫。調(diào)用相關(guān)操作函數(shù)，需在項(xiàng)目中添加system.data，system.data. OleD引用，使用該引用下的OleDbConnection類進(jìn)行數(shù)據(jù)庫操作。

3.3 測(cè)試方案模塊

該模塊主要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)功能：校準(zhǔn)方案的選擇、編輯。計(jì)量方案的選擇功能的實(shí)現(xiàn)較為簡(jiǎn)單，只需將數(shù)據(jù)庫文件列表搜索出，并將符合要求的方案設(shè)定為當(dāng)前文件即可。主要使用一些文件控制函數(shù)，如system.IO.Direction.getfiles()，在調(diào)用該此類函數(shù)前，需在程序中添加using system.IO的聲明。

根據(jù)計(jì)量質(zhì)量管理要求，計(jì)量的方案模板都處于受控狀態(tài)[16]，即格式、測(cè)量點(diǎn)要按照質(zhì)量文件要求進(jìn)行，通常是excel文檔格式。計(jì)量方案模板的編輯即指將受控的原始記錄模板導(dǎo)入到該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)庫文件，并添加標(biāo)準(zhǔn)器等信息。該功能實(shí)現(xiàn)的難點(diǎn)在于office文件如何轉(zhuǎn)化為ACCESS數(shù)據(jù)庫文件。主要步驟總結(jié)如下：首先，使用文件路徑函數(shù)system.IO.Direction.exit()判斷待轉(zhuǎn)換excel文件是否存在；其次，將excel文件按照測(cè)試項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為有多個(gè)sheet(單元)的格式化文件，每個(gè)sheet只寫一個(gè)測(cè)試項(xiàng)目，且在首行寫入表頭信息，作為之后數(shù)據(jù)庫表文件的字段；最后，創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫文件，建立基于excel文件的oledb連接，遍歷excel的sheet，獲取各個(gè)表名，表字段和數(shù)據(jù)，創(chuàng)建對(duì)應(yīng)表，在表中添加數(shù)據(jù)。

遍歷excel，獲取表名，主要應(yīng)用的函數(shù)是GetOleDbSchemaTable(**，**)。獲取表結(jié)構(gòu)與數(shù)據(jù)可先將sheet中數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)表datatable，再添加到ACCESS對(duì)應(yīng)的表中。Datatable是內(nèi)存中一個(gè)臨時(shí)保存數(shù)據(jù)的網(wǎng)格虛擬表。將sheet文件寫入datatable，步驟可參照表1中語句。

表1 sheet中內(nèi)容寫入dataTable步驟

表1中，步驟1～4是將對(duì)應(yīng)sheet文件中數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)集dataset；步驟5提取對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)表；步驟6為datatable命名；步驟7為獲取數(shù)據(jù)表中對(duì)應(yīng)的字段名。獲得表名和字段后，即得知表結(jié)構(gòu)全部信息，在數(shù)據(jù)庫中創(chuàng)建新表，再遍歷datatable的數(shù)據(jù)，添加到對(duì)應(yīng)表即可。

3.4 測(cè)試過程模塊

測(cè)試過程的設(shè)計(jì)流程主要有：測(cè)試前準(zhǔn)備，選擇校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)點(diǎn)，按順序進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)結(jié)束后現(xiàn)場(chǎng)恢復(fù)。單個(gè)項(xiàng)目的測(cè)試流程如圖5所示，包括提示連接圖、實(shí)例化對(duì)象類、測(cè)試前儀器準(zhǔn)備、單點(diǎn)測(cè)試、保存數(shù)據(jù)、更新顯示界面、判斷是否超差等步驟，單個(gè)項(xiàng)目測(cè)試過程的設(shè)計(jì)思路詳見圖5。從圖可知，測(cè)試過程模塊的實(shí)現(xiàn)過程中運(yùn)用了大量的接口和類。

圖5 單個(gè)測(cè)試項(xiàng)目流程圖

在功率敏感器校準(zhǔn)因子的測(cè)試過程中，需要用到信號(hào)發(fā)生器、標(biāo)準(zhǔn)功率座、標(biāo)準(zhǔn)功率指示器、與被檢功率敏感器配套的功率指示器。下面以校準(zhǔn)系統(tǒng)測(cè)試過程中的信號(hào)發(fā)生器相關(guān)操作為例，講述如何在校準(zhǔn)過程模塊設(shè)計(jì)中使用接口和類。

首先，建立所用儀表相關(guān)接口。如信號(hào)發(fā)生器的接口interface Reference_Signal，在接口中定義信號(hào)發(fā)生器所用到的操作過程，如表2所示。步驟1，定義公共接口；步驟2到5定義接口成員函數(shù)，分別對(duì)應(yīng)設(shè)置電平、設(shè)置頻率、打開信號(hào)器輸出、關(guān)閉信號(hào)器輸出操作。

表2 在接口中定義操作函數(shù)

其次，定義信號(hào)發(fā)生器類 Class_Signal，在該類中實(shí)現(xiàn)接口Reference_Signal中的所有成員函數(shù)。表3中步驟1定義類名，且該類繼承了接口Reference_Signal；步驟2，定義類；步驟3～7實(shí)現(xiàn)接口成員函數(shù)，即為每個(gè)接口成員函數(shù)添加具體步驟。

表3 在類中實(shí)現(xiàn)接口成員函數(shù)

最后在測(cè)試過程類中調(diào)用接口以及接口的成員函數(shù)。表4以過程類ClassTestProcedure的實(shí)現(xiàn)過程為例，講述在過程類中如何與接口聯(lián)系并調(diào)用該接口成員函數(shù)。

表4 在過程類中調(diào)用接口及成員函數(shù)

表4中測(cè)試過程類被命名為ClassTestProcedure，在步驟1中定了類成員變量a1，b1，c1，a1為接口Reference_Signal類型；步驟2中定義了該類的結(jié)構(gòu)函數(shù)，并通過參數(shù)傳遞，將a1與a2關(guān)聯(lián)；步驟3為類成員函數(shù)，在該函數(shù)中調(diào)用了接口的成員函數(shù)。根據(jù)校準(zhǔn)系統(tǒng)所用儀表知，步驟1中b1和c1為功率指示器接口類型的變量。

上述過程可總結(jié)為：定義接口，在其繼承類中實(shí)現(xiàn)接口，在測(cè)試過程中定義某接口類變量，運(yùn)用參數(shù)傳遞法，調(diào)用接口函數(shù)。

3.5 數(shù)據(jù)處理模塊

數(shù)據(jù)處理包括測(cè)試過程中數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和原始記錄的生成。

測(cè)量過程中數(shù)據(jù)的保存使用SQL語句操作完成即可，在保存前，需判斷數(shù)據(jù)是否超差、保存數(shù)據(jù)的小數(shù)位數(shù)是否符合要求等(通常要求測(cè)量結(jié)果與測(cè)量不確定度小數(shù)位數(shù)對(duì)齊)。原始記錄的生成，涉及ACCESS數(shù)據(jù)庫文件到PDF文件的轉(zhuǎn)換、超差數(shù)據(jù)顏色標(biāo)志等。

原始記錄有專門的格式要求，為了方便快捷地實(shí)現(xiàn)格式的套用，軟件設(shè)計(jì)時(shí)，先將原始記錄中包含委托方信息、被校儀表信息、標(biāo)準(zhǔn)器信息及依據(jù)技術(shù)文件等信息的表頭制作成Excel格式的模板文件，放入系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫。生成原始記錄時(shí)，將對(duì)應(yīng)信息，從臨時(shí)數(shù)據(jù)庫填充到目標(biāo)模板；然后，再提取項(xiàng)目信息和數(shù)據(jù)信息，填入Excel文件；最后，將Excel文件轉(zhuǎn)化為PDF文件并保存到指定路徑。具體文件轉(zhuǎn)換流程如圖6所示。

圖6 ACCESS文件轉(zhuǎn)換為PDF流程

4 系統(tǒng)運(yùn)行及結(jié)果驗(yàn)證

4.1 系統(tǒng)運(yùn)行

登陸系統(tǒng)后，進(jìn)入系統(tǒng)主界面，如圖7所示。包括用戶、DUT(被校件)、模板、校準(zhǔn)、報(bào)告、信息管理和幫助7個(gè)菜單鍵。菜單欄下面的圖標(biāo)按鈕為操作快捷鍵，從左往右依次實(shí)現(xiàn)搜索儀器、登記儀器、選擇測(cè)量方案、測(cè)試過程通用設(shè)置、開始測(cè)試、生成校準(zhǔn)報(bào)告等功能。

圖7 系統(tǒng)主界面

圖8為該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的測(cè)試界面，左側(cè)欄為所選方案中包含的測(cè)試項(xiàng)目，右側(cè)欄為當(dāng)前測(cè)試項(xiàng)目中所包含的測(cè)量點(diǎn)。

圖8 測(cè)試界面

在點(diǎn)擊圖8中“開始測(cè)量”按鈕之前，可以根據(jù)實(shí)際需要選擇測(cè)量項(xiàng)目及每個(gè)項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的測(cè)量點(diǎn)；測(cè)量過程中，可隨時(shí)按下“終止測(cè)量”、“暫停測(cè)量”按鈕。終止測(cè)量功能將立即終止此次測(cè)量活動(dòng)；暫停測(cè)量?jī)H停止當(dāng)前動(dòng)作，待檢查完畢后，再按下“繼續(xù)測(cè)量”，可繼續(xù)當(dāng)前過程。測(cè)量結(jié)束后，可單獨(dú)瀏覽每項(xiàng)的測(cè)量數(shù)據(jù)，如不需要重測(cè)，點(diǎn)擊“保存數(shù)據(jù)”按鈕，即將當(dāng)前數(shù)據(jù)保存到對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)庫中。點(diǎn)擊主界面中的報(bào)告生成按鈕，即可生成最終的電子原始記錄。

實(shí)驗(yàn)中，以羅德與施瓦茨公司的NRP-8S功率敏感器為被校準(zhǔn)對(duì)象，分別采用該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)和傳統(tǒng)手動(dòng)方法進(jìn)行10組校準(zhǔn)因子項(xiàng)目的測(cè)量，采用10次測(cè)量結(jié)果的平均值來進(jìn)行結(jié)果可靠性分析。由表5可知，自動(dòng)測(cè)試與手動(dòng)測(cè)試結(jié)果非常接近，是否滿足技術(shù)要求需進(jìn)一步分析。

表5 自動(dòng)與手動(dòng)測(cè)試結(jié)果

4.2 運(yùn)行結(jié)果分析驗(yàn)證

4.2.1 驗(yàn)證方案

《JJF1117-2010 計(jì)量比對(duì)》中指出考核檢測(cè)方法等方面的實(shí)際能力，可以通過比對(duì)法進(jìn)行確認(rèn)，比對(duì)的結(jié)果，可以作為考核結(jié)果的有效證明[17]。因此，采用自動(dòng)測(cè)試與手動(dòng)測(cè)試的比對(duì)來驗(yàn)證自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的可靠性和準(zhǔn)確性。

結(jié)果的評(píng)價(jià)用歸一化偏差En值來進(jìn)行，若全部測(cè)量點(diǎn)|En|小于1，則結(jié)果表示滿意；若一個(gè)及以上測(cè)量點(diǎn)|En|大于1，則結(jié)果不滿意。其中En用以下方式進(jìn)行計(jì)算：

(2)

公式(2)中，y1為某點(diǎn)手動(dòng)測(cè)量的結(jié)果，y2為該點(diǎn)自動(dòng)測(cè)試的結(jié)果，U為該點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果不確定度。下面首先分析功率敏感器校準(zhǔn)因子項(xiàng)目測(cè)量結(jié)果不確定度，再通過計(jì)算結(jié)果來驗(yàn)證該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)測(cè)量結(jié)果的可靠性。

4.2.2 測(cè)量結(jié)果不確定度分析

影響測(cè)量結(jié)果的不確定度來源主要有[18-19]：1)標(biāo)準(zhǔn)功率座校準(zhǔn)因子準(zhǔn)確性引入的不確定度分量ub1；2)標(biāo)準(zhǔn)功率指示器測(cè)量準(zhǔn)確度引入的不確定度分量ub2；3)被校功率敏感器配套功率指示器測(cè)量準(zhǔn)確度引入的測(cè)量不確定度ub3；4)失配引入的不確定度分量ub4；5)測(cè)量重復(fù)性引入的測(cè)量不確定度ua。

下面以1 GHz，0 dBm點(diǎn)為例進(jìn)行不確定度分析。

1)標(biāo)準(zhǔn)功率座校準(zhǔn)因子準(zhǔn)確度引入的不確定度ub1：

上級(jí)證書在該點(diǎn)處給出的測(cè)量不確定度是Urel=0.46%(k=2)，那么，采用B類不確定度方法進(jìn)行評(píng)定，該點(diǎn)處標(biāo)準(zhǔn)功率座校準(zhǔn)因子準(zhǔn)確度引入的不確定度分量是：

ub1= 0.46%/2 = 0.23%

2)標(biāo)準(zhǔn)功率指示器測(cè)量準(zhǔn)確度引入的不確定度分量ub2：

上級(jí)證書在該點(diǎn)處給出的測(cè)量不確定度是Urel=0.019%～0.032%(k=2)，那么，按最大值進(jìn)行計(jì)算，采用B類不確定度方法進(jìn)行評(píng)定，由標(biāo)準(zhǔn)功率計(jì)的準(zhǔn)確度引入的不確定度分量為：

ub2= 0.032%/2 = 0.016%

3)被校件配套功率指示器測(cè)量準(zhǔn)確度引入的不確定度ub3：

因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)功率指示器NRX具有雙通道，且與NRPC-8S適配，因此該標(biāo)準(zhǔn)功率指示器也同時(shí)作為被校件功率指示器。

由式(2)可知，被校件配套功率指示器的準(zhǔn)確度引入的不確定度分量為：

ub2= 0.032%/2 = 0.016%

4)失配引入的不確定度分量ub4：

5)測(cè)量重復(fù)性引入的測(cè)量不確定度ua：

對(duì)被校件進(jìn)行6次獨(dú)立測(cè)量，6次測(cè)量結(jié)果分別為99.05%、99.06%、99.05%、99.07%、99.10%、99.06%，根據(jù)貝塞爾公式計(jì)算實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)偏差，作為測(cè)量結(jié)果的重復(fù)性[22]。

(3)

由上可知該系統(tǒng)校準(zhǔn)因子的測(cè)量不確定度包含5 個(gè)標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量，且各分量相互獨(dú)立不相關(guān)，那么合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc為：

當(dāng)置信概率p=95%時(shí)，包含因子k=2，那么擴(kuò)展不確定度[23]為：

U=2uc=2×0.31%=0.62%

其他點(diǎn)的測(cè)量不確定度評(píng)定過程在此不再贅述，按照上述方法可得各點(diǎn)的測(cè)量結(jié)果不確定度如表6所示。

表6 測(cè)量結(jié)果不確定度匯總表

4.2.3 結(jié)果驗(yàn)證

將表5和表6中的結(jié)果代入公式(2)，計(jì)算出的最終結(jié)果如表7所示?？芍?，所有測(cè)量點(diǎn)的|En| 均小于1，測(cè)量結(jié)果滿意，該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的校準(zhǔn)因子項(xiàng)目測(cè)量結(jié)果可靠性得到驗(yàn)證。

表7中，y1-y2為表5中手動(dòng)測(cè)量與自動(dòng)測(cè)量結(jié)果之差。

表7 比對(duì)結(jié)果

5 結(jié)束語

文章首先介紹了小功率敏感器的校準(zhǔn)原理、硬件結(jié)構(gòu)；接下來軟件設(shè)計(jì)中詳細(xì)講述了軟件設(shè)計(jì)流程以及儀器管理模塊、測(cè)試方案模塊、測(cè)試過程模塊、數(shù)據(jù)處理模塊的詳細(xì)設(shè)計(jì)方案及關(guān)鍵實(shí)現(xiàn)；最后，以功率敏感器校準(zhǔn)因子為例，分析了該校準(zhǔn)系統(tǒng)的測(cè)量結(jié)果不確定度，通過自動(dòng)測(cè)試和手動(dòng)測(cè)試的結(jié)果比對(duì)，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的可靠性。

經(jīng)過一年半的反復(fù)測(cè)試和修改，目前系統(tǒng)流程流暢可靠、交互界面友好，各項(xiàng)預(yù)期功能均得到實(shí)現(xiàn)。截止到目前為止，該系統(tǒng)已自動(dòng)測(cè)試功率敏感器約650只，較人工節(jié)約758小時(shí)，得到了實(shí)驗(yàn)室人員的一致認(rèn)可。

該軟件系統(tǒng)是一個(gè)通用的儀器自動(dòng)測(cè)試方案，在此系統(tǒng)基礎(chǔ)上，重新編制被校儀表的測(cè)試過程類，可快速開發(fā)其他類型儀表的自動(dòng)測(cè)試軟件。基于此結(jié)構(gòu)，筆者已成功開發(fā)了數(shù)字信號(hào)發(fā)生器自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)、頻譜分析儀自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)等軟件平臺(tái)，并投入生產(chǎn)使用。