分析仪器在智能化勘验体系差距剖析中运用探讨

[2011/9/16]

　　1信号设备自动测试系统原理

　　信号设备自动测试系统主要针对ZPW2000A型无绝缘轨道电路设备的发送器和接收器而设计，其硬件结构如1所示。

　　从1可以看出，系统主要由数据采集卡、数字I/O卡、信号调理模块、继电器阵列、信号发生器、计算机等6部分组成。其中，数据采集卡是系统的核心器件，采集检测对象的所有信号，利用DMA方式通过PCI总线把信号传送到内存中，以供应用程序分析处理。数字I/O卡是实现自动测试系统的关键，通过它产生TTL兼容电平，控制继电器阵列。继电器阵列是用于执行动作的器件，通过其开/关选择不同的测试项目，完成对被测设备各种指标的检测，从而实现自动测试的功能。对于轨道电路电压指标的测量，由于电压的幅度比较大，还有各种电流的测量，因此必须把它们转化为合适的电压幅度。电流传感器和信号调理模块是把信号转换为数据采集卡可测的信号。信号发生器提供标准的铁路设备信号，供给被检测对象。计算机提供通用平台。

　　2系统误差分析

　　测试系统误差主要有随机误差和系统误差。由于随机误差可通过剔除坏值，算出测量值的算术平均值来消除，所以对结果影响不大，因此重点分析测试系统中系统误差的传递与合成。

　　被测信号作为输入信号进入虚拟测试仪器后，经过一系列变换转变为输出信号，同时还包含了以下2个方面的误差：一是经系统传递函数转换而带来的输入信号误差;另一个是引入了虚拟测试仪器本身的误差。系统误差传递过程如所示。

　　自动测试系统每一部分在测试过程中都会引入不同的误差，这些误差再通过一定的传递而形成系统的总误差。若传感器、信号调理电路模块、数据采集卡及计算机的误差传递系数分别为a1、a2、a3、a4，因这几个环节是串联在一起的，则这几个误差传递系数相乘就是整个系统的误差传递系数a，从而可用下式来表现系统误差的传递过程。

　　y=a(1 e)x

　　其中：x为被测信号进入测试系统时本身所带误差;e为测试系统自身的误差;a为测试系统误差传递系数;y为输出信号的误差。

　　由上式可知，虚拟测试仪器的误差是以误差传递系数的形式出现的，是系统传递函数和本身的误差因素综合作用的结果，可以通过修正系数来校正。

　　3误差处理方法

　　由于虚拟仪器本身的特点是软件即仪器，从而可通过一系列的校准测试获得虚拟仪器测试系统的误差传递系数，再对测试系统进行补偿和修正，即可以获得所需的高精度测试结果。测试系统校正原理示意图如所示。首先，提供一个标准信号源V1并以之为校准的标准，然后设计一个校准程序，对标准源V1进行测试得到测试值V2，取k=V1/V2并将k存储在校准配置文件中。测试系统进行测试时，先从配置文件中读取校准系数k，然后对被测信号进行测量，测得值为V4，最后使用系数k进行校准，输出结果为V=kV4。

　　3测试系统校准示意图下面以ZPW2000A型无绝缘轨道电路设备发送器电源电压的校准测试为例说明。由于实际上无法获得被测值的真值，因此在测试中以Agilent的34401A612位的数字万用表，所测信号源的实际值来代替，校准过程如下。

　　首先，用校准检测电源输出电压，同时用上述万用表监测电源的输出，将二者数据记录下来并进行比较，如1所示。

　　1系统校准前所测电源电压数据测试系统所测数据V1/V万用表所测数据V2/VV2/V1相对误差/2223242526

　　-057-053-0502将V2/V1的5个数据取平均，就可获得此项目的修正系数10057，然后将该系数存到校准系数的配置文件中。以此系数进行校准后，自动测试系统所测数据如2所示。

　　2系统校准后所测电源电压数据校准后系统测得数据/V系统校准后万用表测得数据/V校准后相对误差/22232425262202323008240062499725983-0104-0035-002500120065从可知，系统校准后，相对误差最大为0104，相对校准前的065，测试精度大大提高，并超过了被测设备测试大纲中所要求的1的相对误差，符合测试要求。

　　4总结

　　虚拟仪器最为核心的理念就是软件即仪器，也就是说可借助于计算机强大的处理能力，用软件来代替部分硬件。就测试系统的误差来说，搭建测试系统时就要考虑哪些硬件可能会引起误差，应尽量采用软件实现，否则可以参考以上例子对系统进行校准，以获得高精度的测量结果。ZPW2000A型无绝缘轨道电路设备的发送器和接收器自动测试系统已投入试用，修正误差方法简单实用，大幅度提高了测量精度，达到了预期目标。

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