?測試原理 - 基于GP-IB總線的加速度計測試系統(tǒng)設(shè)計

　　1．3 測試原理

　　石英撓性加速度計安裝在轉(zhuǎn)臺上，通過轉(zhuǎn)臺的轉(zhuǎn)動調(diào)整方位。測控計算機通過I／O口控制繼電器依次打開通道切換開關(guān)，使被測量的多路模擬信號首先進入多通道切換電路，通道模擬電路在計算機的控制下根據(jù)軟件的設(shè)定對多路信號進行分時切換，使每一時刻只有一路模擬信號能夠傳遞給HP34401A；根據(jù)軟件的設(shè)定，測控計算機再經(jīng)由GPIB總線控制HP34401A對接收到的信號進行測量，并讀取數(shù)據(jù)，然后把A／D轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信息通過RS-232接口傳送給計算機然后根據(jù)加速度計輸出的靜態(tài)模型方程，進行相關(guān)計算，得到靜態(tài)誤差模型系數(shù)。

　　系統(tǒng)的設(shè)計目標是達到測試數(shù)據(jù)的自動采集處理與存儲，其測試任務(wù)流程如圖3所示。

　　根據(jù)加速度計輸出特性的靜態(tài)模型方程，通過編寫相應(yīng)的程序算法，計算出模型方程的系數(shù)，并將處理結(jié)果進行顯示，測試顯示界面如圖4所示。

　　2 測試數(shù)據(jù)的處理

　　對于加速度計而言，隨著時間的推移其參數(shù)的穩(wěn)定性往往會發(fā)生比較明顯的變化。目前加速度計的穩(wěn)定期指標為3個月，但一般很難保證每3個月就對加速度計進行一次測試，因而得到的數(shù)據(jù)比較零亂，很難找到描述加速度計測試數(shù)據(jù)的規(guī)律，并且測試數(shù)據(jù)較少，也增加了描述其時間特性的難度。為解決這個問題，采用插值法對獲得的測試數(shù)據(jù)進行處理，并且為防止插值后產(chǎn)生的加速度計測試數(shù)據(jù)的時間序列誤差較大且插值點不均勻的現(xiàn)象，通過兩次使用樣條函數(shù)進行插值，擴大了樣本容量，解決了小樣本難以建模的問題。

　　現(xiàn)以加速度計的偏值系數(shù)為例來進行分析，從2005年8月到2008年7月，對某型號加速度計進行了多次測試，共取得了9組有效數(shù)據(jù)。首先，根據(jù)歷次測得的加速度計的輸出數(shù)據(jù)，利用其靜態(tài)數(shù)學(xué)模型方程，計算出其性能指標值，如表1所示。

　　其次，以計算所得的性能指標值為基本點，以3個月為單位選擇插值點進行插值，這樣可以獲得加速度計歷次測試數(shù)據(jù)的樣本容量相對較小的一個基本時間序列，如表2所示，共得到3個插值點，這3個點與9個基本點構(gòu)成一個新的基本時間序列。

　　很明顯，這個新建的時間序列樣本仍然較小，建模時很難得到一個準確、完整的模型，無法正確預(yù)測加速度計性能參數(shù)的變化趨勢。因此，提出了二次樣條修正插值。在第一次插值所得時間序列的基礎(chǔ)上，利用三次樣條函數(shù)在每相鄰的兩個基本點之間再次進行插值，即在相鄰的兩個基本點之間插入2個插值點，得到一個樣本容量為34的新的二次插值時間序列，插值結(jié)果如圖5所示。最后，針對插值后的序列，利用逆序檢驗法進行平穩(wěn)性檢驗，根據(jù)樣本的自相關(guān)函數(shù)和偏相關(guān)函數(shù)對建立的模型進行識別，判斷階數(shù)，再根據(jù)現(xiàn)在和過去的數(shù)值，對將來一段時間內(nèi)的數(shù)值進行估計，預(yù)測值和真實值的比較如圖6所示，從圖中可以看出，做出的預(yù)測較為合理。

　　另外，在對加速度計時間序列進行插值和預(yù)測分析時，帶入了一些誤差，為消除這些誤差，采用自適應(yīng)濾波方法，利用加速度計已有的測試數(shù)據(jù)對預(yù)測結(jié)果做了相應(yīng)處理，從而使預(yù)測結(jié)果能更好地反映加速度計的實際狀況。

　　3 結(jié)束語

　　文中闡述了在加速度計性能測試系統(tǒng)中，利用數(shù)字電壓表技術(shù)，通過GPIB接口，在工控機的控制下完成微弱信號采集的一種方法，該系統(tǒng)具有較高的分辨率、良好的抗干擾性和較低的噪聲干擾等特性；并且利用該系統(tǒng)對某型導(dǎo)彈加速度計進行了測試，測試結(jié)果表明，可以滿足加速度計信號高精度的要求。利用插值方法對歷次測試數(shù)據(jù)進行了擴充，并建立了時間序列模型，通過模型分析和預(yù)測了加速度計各項性能參數(shù)的變化趨勢。