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, 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、石英撓性擺式加速度計等傳統(tǒng)機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)報道過相關(guān)進展, 通過付出巨大的努力, 取得了很好的成績。

過去一段時期, 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, 這是一個很好的舉措, 應(yīng)當長期堅持。 通過聯(lián)合測試, 可以看到各家研制工作的進步以及達到的真實水平, 也看到了實際問題（包括共性問題和個性問題）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。 在認真總結(jié)經(jīng)驗的基礎(chǔ)上, 把好發(fā)展方向, 定好發(fā)展目標, 選好攻關(guān)途徑, 抓好落實調(diào)整, 能夠促進相關(guān)技術(shù)更好更快的發(fā)展。 同時, 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)合測試工作的幾點想法

1.1 關(guān)于指標的問題

測試大綱中規(guī)定的指標要全面, 各項指標要有一定的權(quán)重, 綜合指標要協(xié)調(diào)。 靜態(tài)指標往往比較簡單明確, 聯(lián)合測試時還應(yīng)對環(huán)境考核項目和指標進行考慮, 如溫度、振動對材料、結(jié)構(gòu)的影響, 要進行深入的理論分析, 仔細地考慮和研究。 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、振動等條件就有很多差異, 測試時應(yīng)關(guān)注的指標也不全一樣, 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)注噪聲試驗項目［1］。

在關(guān)注零偏、非線性、角度隨機游走等重點誤差外, 聯(lián)合測試時還應(yīng)對時間趨勢項等誤差予以關(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)注儀表隨機誤差的同時, 也應(yīng)對各項誤差的常值大小予以考核。對于各項誤差的常值, 要力求小, 這個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存方式, 常值越大往往也意味著其可能產(chǎn)生的波動（隨機部分）越大, 對此已有一些單位的相關(guān)數(shù)據(jù)進行了印證, 在制定儀表指標或測試大綱時應(yīng)進行考慮。

對于體積、質(zhì)量、功耗等項目, 以及自檢測、自標定等功能實現(xiàn), 也應(yīng)納入聯(lián)合測試的指標范疇。

1.2 關(guān)于統(tǒng)一規(guī)范的問題

測試規(guī)范要進一步明確, 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可。 各項目的測試標準要力求對標國際化, 有些沒有標準的要盡快組織形成標準。 電氣和機械接口的標準也應(yīng)做到國際化, 要學(xué)習(xí)國外的先進經(jīng)驗, 同時也為使用上提供方便。 電源體制也要有標準,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)性強的ASIC（專用集成電路）,這在石英撓性擺式加速度計和MEMS 等儀表上都好實現(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, 如溫度的補償問題以及表頭和電路的協(xié)調(diào)問題等。

盡量采用標準化工藝規(guī)范, 才好判斷是設(shè)計問題還是工藝問題, 有利于對評測結(jié)果的分析及后續(xù)工作的開展。 設(shè)計要從理論上做分析, 充分開展仿真驗證, 設(shè)計時要盡量按照標準化工藝規(guī)范進行, 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準化工藝規(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)用場景和目標建立一個共同認同的、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,促進技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展, 尤其是對于當前和未來的重點發(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, 進行相應(yīng)的調(diào)整, 找對重點攻關(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?shù)臅r候開會討論研究。 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)實踐中的經(jīng)驗, 有許多細致的工作要做, 如材料、結(jié)構(gòu)、電路、工藝等, 要進行深入的理論分析,知其然也要知其所以然。 對于各單位的個性問題,要各自認真總結(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。

2）下一步的考核。 對于以往沒考核或較少考核的指標, 但在實際應(yīng)用場景下可能會發(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同, 或許可考慮在幾個單位間實行輪流制。 考核形式上可以采用更便捷的方式, 把最終的考核計劃和節(jié)點提明確, 對于提前完成的單位可提前考核, 安排要靈活些, 但是最終考核時間要明確。 此外, 當前測試普遍采取的隨機抽樣方式很好, 但還應(yīng)進一步明確, 隨機抽樣是從多少產(chǎn)品中挑出來的, 這也能從一定程度上反映出當前達到的技術(shù)水平。

3）聯(lián)合測試工作要進一步常態(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, 提前通知邀請相關(guān)單位做準備,將聯(lián)合測試工作作為推動專業(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、全面的總結(jié)會外, 還應(yīng)該開一些局部的小范圍會議, 交流促進一下, 抓緊落實并出成果。 不同類型和不同發(fā)展階段的儀表改進迭代周期可能有所差異,例如對于MEMS 儀表, 表頭2 ～3 個月一個回合、電路半年左右一個回合是合適的, 但高精度機電儀表的表頭迭代周期就可能要稍長些, 至少半年。要珍惜每一個回合的機會, 切忌粗制濫造, 設(shè)計和工藝要合作好、統(tǒng)籌好, 做到每一次都要有明顯進步。

建議慣性儀表研制單位對以上問題認真研究,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劃, 共同促進慣性儀表技術(shù)進步及行業(yè)發(fā)展。