关于联合测试工作的思考——以惯性仪表为例

丁衡高

（中国惯性技术学会, 北京 100854）

0 惯性仪表联合测试工作的背景

近年来, 激光陀螺仪、光纤陀螺仪、MEMS 等新型惯性仪表得到了长足发展, 静电陀螺仪、三浮陀螺仪及加速度计、石英挠性摆式加速度计等传统机电式惯性仪表的精度也得到了持续提升,各有关单位陆续报道过相关进展, 通过付出巨大的努力, 取得了很好的成绩。

过去一段时期, 特别是从 “十一五” 开始,在笔者的提议下, 相关方面组织有关单位开展了联合测试工作, 这是一个很好的举措, 应当长期坚持。 通过联合测试, 可以看到各家研制工作的进步以及达到的真实水平, 也看到了实际问题（包括共性问题和个性问题）和差距, 这为后续惯性技术的发展提供了有益的帮助。 在认真总结经验的基础上, 把好发展方向, 定好发展目标, 选好攻关途径, 抓好落实调整, 能够促进相关技术更好更快的发展。 同时, 通过联合测试, 可以对各类环境场合下应用提供指导和牵引, 也为用户在对相关产品的选用过程中提供参考。

1 关于联合测试工作的几点想法

1.1 关于指标的问题

测试大纲中规定的指标要全面, 各项指标要有一定的权重, 综合指标要协调。 静态指标往往比较简单明确, 联合测试时还应对环境考核项目和指标进行考虑, 如温度、振动对材料、结构的影响, 要进行深入的理论分析, 仔细地考虑和研究。 对于不同用途的惯性仪表, 环境的考核要有针对性, 对相关测试结果的评估也应有所加权侧重, 例如航天器和舰艇应用中的温度、振动等条件就有很多差异, 测试时应关注的指标也不全一样, 又如MEMS 仪表结构的自振大多落在音频范围内, 因此应该关注噪声试验项目［1］。

在关注零偏、非线性、角度随机游走等重点误差外, 联合测试时还应对时间趋势项等误差予以关注, 只有具有长期重复性和稳定性, 做到可补偿, 这样才能用, 如果长期演变规律不知道、不可控, 就无法应用。 同样, 在关注仪表随机误差的同时, 也应对各项误差的常值大小予以考核。对于各项误差的常值, 要力求小, 这个问题以往也多次讲到［2］。 从能量的角度来看, 常值误差也是能量的一种储存方式, 常值越大往往也意味着其可能产生的波动（随机部分）越大, 对此已有一些单位的相关数据进行了印证, 在制定仪表指标或测试大纲时应进行考虑。

对于体积、质量、功耗等项目, 以及自检测、自标定等功能实现, 也应纳入联合测试的指标范畴。

1.2 关于统一规范的问题

测试规范要进一步明确, 要征求使用部门的意见, 这样测试结果才更能让使用部门认可。 各项目的测试标准要力求对标国际化, 有些没有标准的要尽快组织形成标准。 电气和机械接口的标准也应做到国际化, 要学习国外的先进经验, 同时也为使用上提供方便。 电源体制也要有标准,各研制和应用方应共同研究并提出。 同类仪表最好采用统一的适应性强的ASIC（专用集成电路）,这在石英挠性摆式加速度计和MEMS 等仪表上都好实现, 有利于联合测试工作的开展, 也利于共性问题的发现与解决, 如温度的补偿问题以及表头和电路的协调问题等。

尽量采用标准化工艺规范, 才好判断是设计问题还是工艺问题, 有利于对评测结果的分析及后续工作的开展。 设计要从理论上做分析, 充分开展仿真验证, 设计时要尽量按照标准化工艺规范进行, 如MEMS 惯性仪表已有的SOG（玻璃上硅）、SOI（绝缘体上硅）规范等, 这样出现的共性问题往往说明标准化工艺规范水平还应继续提高,或有其他技术方案方面的共性问题需解决, 个性问题方便查找原因并解决, 综合起来更能保障仪表性能的快速平稳提升。

随着相关技术的发展以及形势的变化, 后续可能也有不同类产品的联合测试, 不同产品的测试方法一般有所区别, 应根据具体的应用场景和目标建立一个共同认同的、可以对比的方法, 应提早组织相关方研讨。

1.3 关于发展规划的问题

各研究单位要充分利用评测结果, 制定好下一阶段发展规划和攻关方向。 一方面, 鼓励各单位根据自身情况开展研制工作, 形成积极的竞争,促进技术和产业发展, 尤其是对于当前和未来的重点发展方向, 比如量子仪表、半球谐振陀螺仪和石英振梁加速度计等仪表的研制要提早布局,从陀螺技术研制的一般规律来看, 产品从新研制到工程可用通常需要10 ～15 年的时间。 另一方面,在几轮联合测试后, 各单位也可以看到问题和差距, 进行相应的调整, 找对重点攻关方向, 要干就要下定决心、增加投入、多下工夫, 针对性地开展工作, 才能获得成功。

2 下一步联合测试相关工作的建议

1）对于联合测试的结果, 各研制单位要集中力量去研究, 要有理论和工艺可行性的全面分析并提出建议, 在适当的时候开会讨论研究。 对于联合测试发现的共性问题, 例如材料的问题、测试设备的问题等, 一定要引起重视。 各单位要总结实践中的经验, 有许多细致的工作要做, 如材料、结构、电路、工艺等, 要进行深入的理论分析,知其然也要知其所以然。 对于各单位的个性问题,要各自认真总结, 分别抓紧组织力量, 理论分析很重要, 只有弄清问题, 攻关才有明确的目标。

2）下一步的考核。 对于以往没考核或较少考核的指标, 但在实际应用场景下可能会发生的, 例如噪声、电磁兼容以及长期稳定性等问题, 要合理安排测试。 测试方案等要统一协商, 测试场所的选择也需要各方认同, 或许可考虑在几个单位间实行轮流制。 考核形式上可以采用更便捷的方式, 把最终的考核计划和节点提明确, 对于提前完成的单位可提前考核, 安排要灵活些, 但是最终考核时间要明确。 此外, 当前测试普遍采取的随机抽样方式很好, 但还应进一步明确, 随机抽样是从多少产品中挑出来的, 这也能从一定程度上反映出当前达到的技术水平。

3）联合测试工作要进一步常态化。 相关方要及早谋划, 根据技术发展和用户需求确定好测试对象与工作目标, 提前通知邀请相关单位做准备,将联合测试工作作为推动专业技术发展和应用推广的有效手段。 每次测试后, 除了及时、全面的总结会外, 还应该开一些局部的小范围会议, 交流促进一下, 抓紧落实并出成果。 不同类型和不同发展阶段的仪表改进迭代周期可能有所差异,例如对于MEMS 仪表, 表头2 ～3 个月一个回合、电路半年左右一个回合是合适的, 但高精度机电仪表的表头迭代周期就可能要稍长些, 至少半年。要珍惜每一个回合的机会, 切忌粗制滥造, 设计和工艺要合作好、统筹好, 做到每一次都要有明显进步。

建议惯性仪表研制单位对以上问题认真研究,提出明确的工作意见, 相关单位根据各自的情况定出工作计划, 共同促进惯性仪表技术进步及行业发展。