卞德军，李贤喆

（中国人民解放军91388 部队，广东 湛江 524000）

0 引 言

信号调理装置可以对电压、电流、频率、温度等信号进行降噪、增益、干扰抑制、源激励、噪声屏蔽、输出补偿、信号保护等操作，因此信号调理装置在科学试验和工业控制系统中起着重要作用。传统信号调理装置需要对测量标准装置和被测仪器进行人工操作，需频繁切换不同功能和改变输入输出数值，记录数据和处理数据。信号调理装置型号众多，大量数据处理过程繁杂，容易出错。从测量开始到记录原始数据，再到数据的计算机录入和测试证书的制作，需要花费大量的时间。因此为了满足准确、可靠、迅速、高效的测试要求，自动测量系统已经发展成为计量部门必须具备的测试手段之一。 本 文 基 于National Instruments 公 司 研 发 的LabVIEW 软件平台进行开发，通过VISA 驱动协议实现计算机与仪器设备的交互，提出一种基于多通道程控信号源SU1009 和NI6363 数字采集卡的自动化测试系统。该系统将手动操作标准源、记录测试数据、处理测试数据、出具证书等程序化和自动化，从而大幅提高了测试工作的效率，同时降低了人工操作带来的错误和误差。

1 测量原理和系统组成

系统是由多通道程控信号源SU1009、NI6363 数字采集卡、直流供电电源、被校信号调理装置（模块+板卡）、接口卡及接口电缆、计算机及自动测试软件组成。通过USB 电缆将计算机与多通道程控信号源SU1009、数据采集卡NI6363 连接起来。将标准信号源的16 个输出通道与待测信号调理装置对应的通道依次连接，待测信号调理装置的16 个输出通道与数字采集卡的对应通道依次连接，待测信号调理装置采用直流稳压电源进行供电。通过计算机及自动化软件程控标准源发送标准信号，根据测试流程开启或关闭通道实现不同通道的自动切换。根据输入信号的频率设置采集卡的采样频率，采集对应通道的连续信号，通过离散傅里叶变换获取标准信号参数，并与数据库中的标准进行比较，判断检测点是否合格，存储数据后根据需求生成原始数据记录和测试证书报告，从而实现多通道全自动测试。

自动测试系统包括硬件的逻辑控制和软件的数据处理两个部分，具体为：待测设备信息的录入、标准信号源的调节控制与输出、采集卡的设置与采集、数据的存储与处理、原始记录和测试报告的生成与打印等，自动化测试系统的控制与数据结构如图1 所示。

图1 自动化测试系统结构框图

2 软件系统设计

自动化测试系统的软件部分是基于National Instruments 公司研发的LabVIEW 软件平台进行开发的，是通过VISA 驱动协议实现计算机与仪器设备的交互，结合通信技术、数据库技术开发的一套信号调理装置自动测试和自动分析处理数据的软件。

2.1 软件结构设计

软件部分包含用户和设备信息管理模块、测试项目选择模块和测试结果模块，结构框图如图2 所示。

图2 自动化测试系统软件结构框图

用户登录测试软件，首先进行通信参数设置和待测试信号调理装置模板的选择；然后开始测试任务信息录入，如果客户有特殊的测试点要求，可以适当地添加或者删除测试点，检测系统连接数据采集通道状态是否正常。按预设流程开启测试任务，所有测量点测试完毕，根据需求处理和保存测试数据。

2.2 各模块详细设计

2.2.1 信息管理模块

信息管理部分主要完成通信设置、账号密码管理和设备信息管理。通信设置主要完成计算机与标准信号源、数字采集卡通信连接参数的设置。本实验室采用计算机通过USB 缆线将主标准器SU1009 与数字采集卡连接通信。打开设置页面，测试系统自动扫描每台设备对应的地址，扫描完成后显示于界面中，检定员可根据实际需求更改地址。通信配置信息可保存于数据库中，并在用户下次开启动系统时默认显示该配置信息。设备信息管理主要的功能是实现对不同型号信号调理装置信息的创建、更新、删除等。不同型号的设备，其待测项目、测试点及标准值是不同的，在程序设计时应全面考虑，分别建立相应命令集。测试时，同样应避免手动录入或更改参数，一旦确定被测试设备的型号，则系统自动调用所选型号的预置测试模板。通过预置模板程序开始测试任务，可在大幅提高测试工作效率的同时，降低人工操作带来的错误和误差。当数据库中无待测试信号调理装置型号时，检定员可依据仪器设备说明书新建仪器设备信息库，用户可以根据设备的型号、检定日期、编号等信息检索设备，待测设备所有信息均显示于列表中，用户选定表格中的设备信息，通过特定控件对设备信息进行添加、删除或更新。

2.2.2 测试任务模块

为满足实验室工作需要，自动化测试系统测试任务模块主要包括电压、电流、频率信号调理模块。其中电压信号调理模块包括直流电压信号的线性误差测试模块、直流电压信号测试值误差测试模块、直流电压信号增益倍数测试模块、线性频率响应测试模块；电流信号调理模块包括线性误差测试模块、稳定性测试模块；频率信号调理模块包括线性误差测试模块、稳定性测试模块。进入测试任务模块后，首先选择被测试设备的型号，弹出窗口显示预置测试模板，检定员可根据用户的特殊需求对预置模板的测试项目进行修改保存，下次计量时刻直接调用。信息配置完成后，即可开始测试任务，按照模板中流程依次对待测试信号调理装置的项目进行计量。测试过程中，控件实时显示被测试项目的测量值及多次测量的平均值，同时判断各测试点是否满足要求。测试任务完成后，系统停止发送标准值和采集数据，并生成测试数据预览报表，其流程如图3 所示。

图3 测试任务执行流程

2.2.3 测试结果模块

测试结果模块包括原始数据记录和测试证书报告查询、原始数据记录的生成、测试证书报告的生成三部分。用户可根据测试设备编号、证书编号、测试时间、送检单位等信息查询测试记录，历史测试记录在列表中显示。选择表格中的任一记录，便可预览设备和送检单位信息，根据需求生成该设备的原始数据记录和测试证书报告。本文自动化测试系统按照测试规范和质量体系的要求制作测试证书报告的模板，选择设备编号检索数据库，并按预置的数据处理方法处理测试数据，通过LabVIEW 中的VI 程序将设备信息和处理后的测试数据写入Word 空白模板，导出原始记录或测试证书报告。

3 数据处理与误差分析

数据处理是根据信号调理装置测试规范，将采集到的测量数据与数据库中预置技术指标库进行对比，判断测试数据是否满足要求，作为测试证书报告的结论。自动化测试系统需要评价是否能够准确地对仪表进行计量，因此需要对自动化测试系统计量结果以及手动计量结果进行可靠性对比试验，以及自动测试系统本身计量结果的重复性实验。

实验一使用自动化测试系统和手动测试方法，分别对某一型号信号调理装置的线性频率响应进行对比。频率范围为20～2 000 Hz，采用1/ 3 倍频程的方法选取测试点，输入电压幅值为2 V。将示值误差的绝对值换算为相对误差，分析对比2 组数据之间的误差，最大误差仅为0.8%，表明自动化测试系统测试结果能够很好地满足设备指标，且人工和自动化测试结果具有较好的一致性。系统测试与人工测试结果对比如表1 所示。

表1 系统测试与人工测试结果对比 V

实验二对同一信号调理装置的线性频率响应进行4 次测试，通过计算每个点的测试误差，对数据重复性进行分析。为了更清晰地看出各测试点的变化趋势，以输入值2 V 为参考，将测试数据绘制成折线图，如图4 所示。由表1 中数据与图4 可知，每次测试中各测试点的趋势相同，且各测量点4 次测试结果最大误差小于1%，数据重复性高，系统读数稳定。

图4 重复性实验结果

4 结 语

本文提出一套16 通道信号调理装置自动化测试系统，该系统操作简单方便，自动化程度高，提高了测试工作的效率和可靠性，降低了人为出错概率，使计量测试工作更加程序化、规范化。根据信号调理型号建立不同的程序命令和指标数据库，满足了多种信号调理装置的测试需求，大大增加了系统的适用性。本文系统的开发对推动计量技术的自动化和规范化具有重要意义。