分析儀器在智能化勘驗體系差距剖析中運用探討

　　1信號設備自動(dòng)測試系統原理

　　信號設備自動(dòng)測試系統主要針對ZPW2000A型無(wú)絕緣軌道電路設備的發(fā)送器和接收器而設計，其硬件結構如1所示。

　　從1可以看出，系統主要由數據采集卡、數字I/O卡、信號調理模塊、繼電器陣列、信號發(fā)生器、計算機等6部分組成。其中，數據采集卡是系統的核心器件，采集檢測對象的所有信號，利用DMA方式通過(guò)PCI總線(xiàn)把信號傳送到內存中，以供應用程序分析處理。數字I/O卡是實(shí)現自動(dòng)測試系統的關(guān)鍵，通過(guò)它產(chǎn)生TTL兼容電平，控制繼電器陣列。繼電器陣列是用于執行動(dòng)作的器件，通過(guò)其開(kāi)/關(guān)選擇不同的測試項目，完成對被測設備各種指標的檢測，從而實(shí)現自動(dòng)測試的功能。對于軌道電路電壓指標的測量，由于電壓的幅度比較大，還有各種電流的測量，因此必須把它們轉化為合適的電壓幅度。電流傳感器和信號調理模塊是把信號轉換為數據采集卡可測的信號。信號發(fā)生器提供標準的鐵路設備信號，供給被檢測對象。計算機提供通用平臺。

　　2系統誤差分析

　　測試系統誤差主要有隨機誤差和系統誤差。由于隨機誤差可通過(guò)剔除壞值，算出測量值的算術(shù)平均值來(lái)消除，所以對結果影響不大，因此重點(diǎn)分析測試系統中系統誤差的傳遞與合成。

　　被測信號作為輸入信號進(jìn)入虛擬測試儀器后，經(jīng)過(guò)一系列變換轉變?yōu)檩敵鲂盘�，同時(shí)還包含了以下2個(gè)方面的誤差：一是經(jīng)系統傳遞函數轉換而帶來(lái)的輸入信號誤差;另一個(gè)是引入了虛擬測試儀器本身的誤差。系統誤差傳遞過(guò)程如所示。

　　自動(dòng)測試系統每一部分在測試過(guò)程中都會(huì )引入不同的誤差，這些誤差再通過(guò)一定的傳遞而形成系統的總誤差。若傳感器、信號調理電路模塊、數據采集卡及計算機的誤差傳遞系數分別為a1、a2、a3、a4，因這幾個(gè)環(huán)節是串聯(lián)在一起的，則這幾個(gè)誤差傳遞系數相乘就是整個(gè)系統的誤差傳遞系數a，從而可用下式來(lái)表現系統誤差的傳遞過(guò)程。

　　y=a(1 e)x

　　其中：x為被測信號進(jìn)入測試系統時(shí)本身所帶誤差;e為測試系統自身的誤差;a為測試系統誤差傳遞系數;y為輸出信號的誤差。

　　由上式可知，虛擬測試儀器的誤差是以誤差傳遞系數的形式出現的，是系統傳遞函數和本身的誤差因素綜合作用的結果，可以通過(guò)修正系數來(lái)校正。

　　3誤差處理方法

　　由于虛擬儀器本身的特點(diǎn)是軟件即儀器，從而可通過(guò)一系列的校準測試獲得虛擬儀器測試系統的誤差傳遞系數，再對測試系統進(jìn)行補償和修正，即可以獲得所需的高精度測試結果。測試系統校正原理示意圖如所示。首先，提供一個(gè)標準信號源V1并以之為校準的標準，然后設計一個(gè)校準程序，對標準源V1進(jìn)行測試得到測試值V2，取k=V1/V2并將k存儲在校準配置文件中。測試系統進(jìn)行測試時(shí)，先從配置文件中讀取校準系數k，然后對被測信號進(jìn)行測量，測得值為V4，最后使用系數k進(jìn)行校準，輸出結果為V=kV4。

　　3測試系統校準示意圖下面以ZPW2000A型無(wú)絕緣軌道電路設備發(fā)送器電源電壓的校準測試為例說(shuō)明。由于實(shí)際上無(wú)法獲得被測值的真值，因此在測試中以Agilent的34401A612位的數字萬(wàn)用表，所測信號源的實(shí)際值來(lái)代替，校準過(guò)程如下。

　　首先，用校準檢測電源輸出電壓，同時(shí)用上述萬(wàn)用表監測電源的輸出，將二者數據記錄下來(lái)并進(jìn)行比較，如1所示。

　　1系統校準前所測電源電壓數據測試系統所測數據V1/V萬(wàn)用表所測數據V2/VV2/V1相對誤差/2223242526

　　-057-053-0502將V2/V1的5個(gè)數據取平均，就可獲得此項目的修正系數10057，然后將該系數存到校準系數的配置文件中。以此系數進(jìn)行校準后，自動(dòng)測試系統所測數據如2所示。

　　2系統校準后所測電源電壓數據校準后系統測得數據/V系統校準后萬(wàn)用表測得數據/V校準后相對誤差/22232425262202323008240062499725983-0104-0035-002500120065從可知，系統校準后，相對誤差最大為0104，相對校準前的065，測試精度大大提高，并超過(guò)了被測設備測試大綱中所要求的1的相對誤差，符合測試要求。

　　4總結

　　虛擬儀器最為核心的理念就是軟件即儀器，也就是說(shuō)可借助于計算機強大的處理能力，用軟件來(lái)代替部分硬件。就測試系統的誤差來(lái)說(shuō)，搭建測試系統時(shí)就要考慮哪些硬件可能會(huì )引起誤差，應盡量采用軟件實(shí)現，否則可以參考以上例子對系統進(jìn)行校準，以獲得高精度的測量結果。ZPW2000A型無(wú)絕緣軌道電路設備的發(fā)送器和接收器自動(dòng)測試系統已投入試用，修正誤差方法簡(jiǎn)單實(shí)用，大幅度提高了測量精度，達到了預期目標。