武器装备自动测试(ATE)系统设计要点

武器装备自动测试(ATE)系统设计要点

一套完整的数据采集系统（DAQ System）首先要经过前端的传感器进行非电量-电量之间的转换，之后根据每种传感器的特征进行传感器信号调理，最后进入后端的采集模块完成A/D转换，并由计算机完成数据的存储及处理分析、打印等。这也就是基于PC机的测量系统。

作为自动测试工程师，建立测试系统方案需着手考虑以下问题：

1.测试对象

这里所说测试对象也就是包罗万象的被测产品。不同的产品有不同的测试工艺即测试流程，这是不同产品所有不同特点所定。比如导弹测试和风洞测试工艺就完全不一样。那么被测产品的工艺在被测产品设计时必须同步设计，产品设计和产品测试设计是两条同等、同步的设计链。

2.传感器选择

不论什么测试对象，测试内容大致两类：数字测试和模拟量测试。而传感器选择主要在模拟量测试时考虑。模拟量测试主要指非电量和电量测试，在非电量和电量测试都会遇到传感器选择。传感器就是把非电量和电量信号处理为计算机或仪器所能采集的电信号。传感器选择时从以下几方面考虑：

⑴测量范围；⑵频响；⑶安装方式；⑷输出接口；⑸供电等级。

3.测试总线选择

目前测试系统建立对于测试总线选择有三种流行平台：VXI、PXI、LAN。前面对以上几种平台的应用范围、成本、优缺点都有阐述，所以具体系统具体分析。

4.软件开发平台选择

对于测试系统软件开发平台目前有LabView、LabWindows/CVI、Visiual C++、Visiual Basic等。如果从代码的时效性和开放性方面讲，选择LabWindows/CVI 或Visiual C++。如果追求设计简单、编程容易，那么选择LabView、Visiual Basic。

5.系统测试功能设计

一般情况下，武器装备测试系统需要具有如下测试功能：⑴系统自检；⑵测试通道标定；⑶系统各分单元功能数据采集；⑷测试数据存储；⑸测试报告生成；

6.软件分析处理功能

测试系统建立的目的就是得出对被测产品的性能是否达到设计要求。那么通过测试系统采集到完整数据，并对数据进行分析，便求出了被测产品的特性。采取的手段也主要是时域和频域分析。

7.信号干扰

测试系统建立主要获取真实信号，但系统并不是孤立的，它受到来自电源、其他系统的干扰；信号在传输过程中通道之间也会有耦合和干扰等。基于以上原因，系统的供电系统、系统地必须有严格处理。通常采取电源隔离、系统单独接地（接地电阻小于2Ω）。通道信号最好电流传输，或者信号有交流耦合和直流耦合处理；或者信号输入端有滤波处理功能。

8.信号长距离传输衰减

信号在远距离传输过程中，其幅值及频率都会产生变化，即信号会失真。另外还存在电场和磁场以及导线之间相互耦合等干扰。采用阻抗小、电容小的电缆，则能有效抑制信号失真。另外，避免信号失真还应尽可能缩短电缆长度，即传输距离。

系统中数百路信号线如果放在一起进行远距离传输，若采用普通的电缆，其信号衰减比较严重，采集到的信号会严重失真，不能保证采集信号的真实性。为了避免这种现象，必须采用性能良好的屏蔽双绞线，一方面可以降低信号干扰，还可以避免信号的衰减。

信号传输电缆特性分析模型如下：

为待测信号传输电缆电阻

其中R

c

C

为待测信号传输电缆分布电容

c

C

为测量仪器输入电容

in

R

为测量仪器输入电阻

in

屏蔽双绞电缆虽然可避免信号干扰，但这种电缆价格昂贵，信号传输成本较高。

9.信号传输的实时性

许多测试系统在数据采集的同时需要对采集数据进行信号处理，如计算信号的频率、进行各种谱分析等。实时传输数据，即需要通过存储器映射地址实现信息和数据共享，从而达到实时通讯。由于反射内存网络是一种共享内存网，其写时延比传统的以太网低很多，基本保持在微妙级；多个节点能够进行同步数据传输，一个节点对本地局部内存的一次写操作将导致所有节点上相同地址的数据内容在十几个纳秒以内全部更新，而传统的LAN不具备同步及实时数据传输功能。

10.测试精度分析

测量系统不能给误差造成空间，从传感器感测、信号调理、信号采集到软件处理分析，每一个环节都必须有精确的结果。一般以绝对精度作为衡量整个系统最大测量公差的指标。

每一种测量硬件的绝对精度跟五个因素有关，即读数因子（增益误差，通常以百分比表示）、偏移、系统噪音、温度漂移（温度不在15~35℃以内）、输入信号电压的绝对幅值（通常以满量程计算）。绝对精度计算公式为：

绝对精度 = ±[（输入信号电压×读数因子）+（偏移+系统噪音+温度漂移）]

为避免不同量程的精度重复计算，一般取绝对精度的相对输入值，即

绝对精度RTI =（绝对精度/输入电压）*100%;而整个测试系统的绝对精度跟系统各环节中每个组件的不同量程的绝对精度有关，若各组件取绝对精度RTI值，则系统测量精度计算公式为：

系统总精度RTI =

其中各环节包括传感器、信号调理系统、信号转接适配、测量硬件、软件以及PC机或工控机等。

11.采样速率确定

根据尼奎斯特采样定理，信号最小采样速率必须大于所采集模拟信号成分中最高频率的2倍，这个大小是采样频率1/2的频率称作尼奎斯特频率。如果采样速率不够高或太慢，就会出现失真现象，不能真实反映被测信号的信息。

在设置采样速率时，应遵循“适中”原则，而非速率越快越好。因为ADC的转换速率太快，就会影响其转换精度。实际测试中应根据测试对象的特征，在保证信号能被完整复现的情况下，确定一个适中的A/D速率，这样才能尽可能提高测试精度。