收稿日期:2006204220作者简介:孙宝江(1971-),男,博士,主要研究领域:自动测试系统通用开发平台设计,ATS 硬件设计自动化,ATS 可靠性分析与设计。
2007年2月宇航计测技术Feb .,2007第27卷 第1期Journal of A str onautic Metr ol ogy and Measure mentVol .27,No .1文章编号:1000-7202(2007)01-0030-05 中图分类号:T B9;T M93 文献标识码:A自动测试系统校准方法研究孙宝江 沈士团 陈 星(北京航空航天大学电子信息工程学院,北京100083) 摘 要 自动测试系统的校准是计量界面临的一个新问题,国内还没有相关的校准规范。
以实际工程项目为基础,采用一种面向实际应用的自动测试系统校准方法。
对于系统中的仪器,根据实际的测试需求及精度不同分别采用仪器检定和仪器校准方法,对于自动测试系统特有的测试通道采用回路标定、替代标定两种标定方法,满足了被测设备的测试准确度要求,实际测试也证明了该方法的可行性。
关键词 自动测试系统 测试通道 自动校准Research on Cali brati on M ethod for ATSS UN Bao -jiang SHEN Shi -tuan CHE N Xing(School of Electr onic and I nfor mati on Engineering,Beijing University of Aer onautics and A str onautics,Beijing 100083) Abstract Calibrati on Method of Aut omatic Test Syste m (ATS )is a ne w p r oble m in the metr ol ogy field and there πs not the relevant calibrati on criteri on interi orty .Based on an engineering app licati on,a calibrati on method f or ATS facing p ractical app licati on is intr oduced .For the instruments of syste m ,the instrument verificati on and instrument calibrati on were used according t o the difference of instru ment ac 2curacy;for the peculiar test channels in ATS,the l oop calibrati on and substitute calibrati on were used .This calibrati on method meets the need of test accuracy of Unit Under Test (UUT ),and app licati on result sho ws its feasibility . Key words ATS Test channel Aut omatic calibrati on1 引 言自动测试系统已成为航空航天设备、现代武器装备生产验证、维修保障的重要手段,在军民用领域都有广泛应用,自动测试水平也已成为衡量一个国家装备维修水平的标志[1]之一。
从功能角度看,自动测试系统等效于一台综合测试仪器,因此也就面临作为仪器所必须进行的工作:校准。
同时作为一种测试系统,其本身的准确性与可靠性将直接影响整个测试过程,因此自动测试系统的校准是保证测试精度的重要前提,必须引起足够的重视。
由于自动测试系统由众多仪器、开关组成,又引入了测试适配器、测试通道的概念,因此,作为测试系统的校准与单台仪器的校准必然会有所区别。
目前,有关自动测试系统的校准,国内还没有相关的检定规程、校准规范[2]。
本文在某型飞机机载无线电设备自动测试系统工程项目基础上,采用一种面向实际应用的自动测试系统校准方法,满足了厂方对自动测试系统校准的需求。
2 自动测试系统的一般结构研究自动测试系统的校准问题,必须建立在对自动测试系统结构、自动测试方法充分了解的基础上。
某机载无线电设备自动测试系统的组成如图1所示,它由主控计算机、GP I B 仪器、VX I 仪器、程控开关、I CA (I nterface Connect or A sse mbly )、I T A (I nter 2face Test Adap ter )、适配器、测试电缆和被测设备组成。
如果将系统横向展开,又可见如图2所示的测试系统剖面图。
图1 机载无线电设备自动测试系统示意图图2 机载无线电设备自动测试系统剖面图自动测试系统作为一种通用的测试平台,从结构上可分为测试仪器和测试通道两部分。
测试仪器包括所有系统中使用的仪器(GP I B 仪器、VX I 仪器等),它们是整个平台的公共资源,测量任何一个被测设备都要用到它们,所以又称为系统资源;而测试通道是指“从仪器端口到I CA 、从I CA 经I T A 到适配器面板、从适配器面板经测试电缆到被测设备”这样一条测试链路,它们都是面向特定的被测设备,是测试平台通用性的具体体现。
测试通道是自动测试系统特有的组成部分,为了更好地研究自动测试系统的校准要求,先看一下ATS 中测试通道的组成。
一次标准的自动测试要经过以下两条测试通道。
激励通道:从激励仪器输出激励信号-I CA -I T A -I T A 上短路线-I T A -I CA -开关资源-I CA -I T A -适配器中适配设备-适配器面板-测试电缆-UUT 激励端口。
测量通道:从UUT 测量端口输出响应信号-测试电缆-适配器面板-适配器中适配设备-I T A -I CA -开关资源-I CA -I T A -I T A 上短路线-I T A -I CA -测量仪器输入端口。
上述测试通道的组成如图3所示。
图3 自动测试系统测试通道组成图这样长的测试通道,这样多的测试环节决定了自动测试系统与传统的手动测试及专用测试仪器测试相比,其校准要求、校准方法都有较大区别。
3 自动测试系统的校准方法从自动测试系统的结构可以看出,测试仪器和测试通道共同完成了自动测试任务,且都会对测试结果产生影响。
为保证测试结果精确可靠,应该对测试仪器、测试通道两部分都进行计量校准。
因此,机载无线电设备自动测试系统的校准分为两类:对测试仪器的校准称之为仪器计量;对于测试通道的校准称之为通道标定。
对测试通道进行校准是自动测试系统特有的校准要求。
・13・ 第1期 自动测试系统校准方法研究3.1 仪器计量方法自动测试系统中的仪器虽然都接入I CA对所有被测设备开放,但所有仪器依然可看作独立测试仪器的组合[3],因此,对系统仪器资源的校准工作可分解为针对每个仪器的单独校准过程。
实际的仪器计量工作采用检定、校准两种计量方式。
先将系统中的所有仪器按照精度高低分为两类,对于精度较高的仪器采用检定计量方式,对于精度较低的仪器采用校准计量方式。
之所以采用两种计量方式是基于两项考虑:被测对象实际的测试精度要求;由于仪器众多,如果全部采取检定方式,不但成本很高,而且会较长时间内系统无法工作。
仪器检定:象传统的单台仪器检定一样,将被检定仪器送交上一级计量部门严格按检定规程进行检定,属于离位校准方法。
仪器校准:对于精度较低,其测试对象实际的测试精度也较低的仪器,可以利用系统中已经被检定的仪器,按照校准规范,对其进行校准,属于现场校准。
校准时,可以只对仪器实际使用的指标进行校验,减少校准工作量。
3.2 通道标定方法通道标定就是对测量中使用通道(包括激励、测量通道)的衰减进行测量,为自动测试系统的实际测量补偿提供依据,从而保证ATS系统测量的准确性。
通道标定是利用系统中已经被检定或校准的仪器、标定电缆以及定制的通道标定盒进行的,通道标定也属于现场校准。
标定电缆是性能稳定的标准电缆,通道标定盒是将标定电缆与众多被标定通道进行转接的装置(转接损耗可忽略)。
通道标定之所以利用系统已被计量的仪器进行,而不是采用专业的计量仪器进行,一方面是因为这些仪器已经被校准,满足系统的校准要求;另一方面是因为在实际测试时,与这些被标定通道相连的正是这些已被校准的仪器,也就是说被标定通道本身就包含着通道与仪器端口的连接。
对系统中的通道,本系统采用回路法、替代法两种方式进行标定。
3.2.1 回路标定法一般情况下,我们可以将一个实际的测试回路分为激励通道和测量通道。
例如,电台接收时,一条完整的测试回路是“已调制信号从射频信号源经电缆进入电台的天线端,然后电台解调的音频信号从电台耳机输出端到示波器输入端”,这条测试回路中的“已调制信号从射频信号源经电缆进入电台的天线端”就是激励通道,而“电台解调的音频信号从电台耳机输出端到示波器输入端”就是测量通道。
通道标定时,分别对这两个通道的衰减进行测量。
比如,在对上述测量通道进行标定时,我们根据原测量通道传递信号的属性,用一根标定电缆连接任意波形发生器与电台耳机输出端作为标定激励通道,该标定激励通道与上述耳机输出端到示波器输入端的测量通道又组成一个完整的激励、测量回路。
这就是通道标定中的回路标定法,回路标定法的示意图如图4所示。
图4 回路标定法示意图在实际进行回路法标定时,为抵消标定电缆自身的衰减,采用如下步骤标定:第一步:用标定电缆直连任意波形发生器与示波器,设定任意波形发生器输出信号A,并读取示波器测量值A1。
第二步:任意波形发生器输出信号经标定电缆及被标定通道再次进入示波器,依然设定任意波形发生器输出信号为A,再次读取示波器测量值A2,则A2A1即为被标定通道的衰减系数。
回路法通道标定步骤如图5所示。
由图5可见,标定电缆自身的衰减系数A1A0已被抵消,无论该系数有多大都不会影响被标定通道的衰减系数A2A1。
3.2.2 替代标定法对于微伏级的射频信号我们称之为射频小信号,例如测量电台接收灵敏度时,进入电台的输入信・23・宇航计测技术 2007年 图5 回路法通道标定步骤图号是微伏级的小信号,而标定时的测量仪器示波器最低只能测量毫伏级的信号,无法直接连接测试,若采用信号调理,则调理部分又会引入误差,所以对于微伏级射频小信号通道的标定,我们采用替代标定法。
替代标定法基于原理是:对于一个稳定系统(不论其是线性或非线性)输入连续信号时,当输出信号从无到有(或从有到无)产生突变时其对应的临界输入信号是固定的。