协调加载控制及数据采集系统的自动校准设计

严洪燕，武 桦，解启瞻

（中航工业直升机设计研究所，江西 景德镇 333001）

0 引 言

协调加载控制及数据采集系统是直升机静力试验和疲劳试验的核心设备，测试系统的准确度直接影响试验数据的准确性和可靠性；因此，在科研试验前必须对测试系统进行校准，以确保测试系统准确可靠。

协调加载控制及数据采集系统的特点是多通道多参量，校准工作量极大。采用传统计量方法校准费时费力，容易出错。在直升机多型号研发过程中，为保证科研试验任务按节点顺利完成，要求在短时间内对测试设备进行校准。因此，急需设计出一套针对协调加载控制及数据采集系统的自动校准平台，以满足型号研发试验的需要，并保证科研试验任务的顺利进行。

1 系统组成

系统是由标准源（Fluke5520A/5720A多功能校准源、CBA-2310A应变校准器/1550A应变源）、标准表（Agilent34401A数字多用表、Agilent34970A数据采集表、FlukePM6681R/CNT-90数字频率计、VA-2230A音频信号分析仪）、被校设备（FlexTest200、Aero ST、Aero-90等）、便携式计算机、自动校准软件组成。

2 系统校准原理

便携式计算机通过GPIB接口与标准源和标准表连接，标准源的信号输出端与被校设备的信号输入端连接，被校设备的信号输出端与标准表的信号输入端连接，通过自动校准软件控制标准源发送标准信号，同时控制标准表测出被校设备的输出值，并对测试数据进行处理及存档，形成报告。

2.1 控制通道的校准原理

伺服控制通道（简称控制通道）的校准原理如图1所示。将标准表（数字多用表、数字频率计、音频信号分析仪）与被校设备的信号输出端连接，通过控制被校设备的信号输出，由校准软件控制标准表分别测出频率、幅值及失真度，并对数据进行处理及存档[1]，实现对被校设备控制通道的校准。

图1 控制通道校准组成示意图

2.2 数采通道的校准原理

数据采集通道（简称数采通道）的校准原理如图2所示。将标准源（多功能校准源、应变校准器）与被校设备的信号输入端连接，标准表（数字多用表/数据采集表）与被校设备的信号输出端连接，通过设置被校设备的测试通道、量程及参数，由校准软件控制标准源输出标准信号，同时控制标准表测出输出值，并对数据进行处理[2-3]，从而实现对被校设备数采通道的线性、示值、零漂、采集速率、通道间串扰的校准。

图2 数采通道校准组成示意图

3 校准系统软件设计

系统软件设计是实现协调加载控制及数据采集系统自动校准的关键，选择拥有快速连接和测量分析功能，以及可预测、管理和优化测试功能的Agilent VEE Pro作为软件开发平台。

3.1 校准软件结构设计

校准系统软件设计采用模块化的设计。软件总体结构是由仪器信息记录、控制通道校准、数采通道校准、打印输出4个模块构成。仪器信息记录模块是由测试仪器信息登记模块、计量标准信息记录模块、校准结果信息记录模块、环境及人员信息记录模块4个子模块组成；控制通道校准模块是由频率准确度校准模块、电压幅频特性校准模块、非线性失真校准模块3个子模块组成；数采通道校准模块是由线性误差校准模块、示值误差校准模块、零点漂移校准模块、采集速率校准模块、通道间串扰校准模块5个子模块组成；打印输出模块是由审核测试数据模块、打印预览数据模块、打印测试数据模块3个子模块组成。校准软件结构组成示意图如图3所示，校准软件设计程序框图（局部）如图4所示。

3.2 校准软件流程设计

图3 校准软件结构组成示意图

图4 校准软件设计程序框图（局部）

首先绘制软件工作流程图，根据软件工作流程图，可把不同模块分发给不同的编程人员，可以有效、快速地开发软件。由于篇幅有限，不可能将全部软件设计流程图绘出，只能绘出部分典型模块的设计流程图，现以控制通道校准主模块的电压幅频特性校准项目和数采通道校准主模块的线性误差校准项目为例，介绍该子模块的校准软件设计流程图如图5所示。

3.3 仪器信息记录及打印输出模块设计

图5 子模块校准软件设计流程图

仪器信息记录模块是收集（对测试仪器信息登记、计量标准信息记录、校准结果信息记录、环境及测试人员信息记录）所有校准前后的备档留存信息。打印输出模块是完成校准任务后对校准数据备档信息输出形成纸质报告提交客户（可预览和打印测试数据）。对开发平台的库函数（Text Constant、Selection Control、To File、Collector、Execute Program、Gate、To Printer等模块）[4]的调用来实现。

3.4 控制通道校准模块设计

控制通道校准模块是根据仪器的指令代码编写仪器驱动来控制标准仪器，实现对被校设备控制通道的频率准确度、电压幅频特性、非线性失真3个项目的校准。按照图5所示的校准软件系统流程图设计编写电压幅频特性校准模块程序。通道1电压幅频特性校准数据见表1。

表1 通道1电压幅频特性校准数据

3.5 数采通道校准模块设计

数采通道校准模块设计根据仪器的指令代码[5-7]编写仪器驱动来控制标准源发送标准信号及控制标准表采集测试数据，实现对被校设备数采通道的线性误差、示值误差、零点漂移、通道间串扰的校准。可根据测试状态，设有实时显示、超差报警功能。依据检定规程和校准规范编写误差处理子模块，对测试数据进行处理[2-3]及保存。采集速率校准是通过控制标准源发送标准信号，通过被校系统的计算机采集数据并存档，并通过数据传输线将采集的数据文件传输到校准系统的便携式计算机中，校准软件读取采集数据，进行数据分析及统计，计算出被校通道实际最高采集速率。

线性误差校准模块测试结果显示图如图6所示，图中显示的数据是根据数据采集系统校准规范[2]计算得出。其他校准子模块的编写方法与上述类似。

4 结束语

图6 线性误差校准结果实图

协调加载控制及数据采集系统的自动校准平台，显著提高了工作效率，符合国家计量传递标准规定，有效解决了量值溯源问题，以及我国直升机系统亟待解决的专用测试设备原位校准的难题，已在直升机型号研发中发挥了重要作用。

[1]JJG602—1996低频信号发生器检定规程[S].北京：中国计量出版社，1996.

[2]JJF1048—1995数据采集系统校准规范[S].北京：中国计量出版社，1995.

[3]JJG623—2005电阻应变仪检定规程[S].北京：中国计量出版社，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.