1信號設備自動測試系統原理

　　信號設備自動測試系統主要針對ZPW2000A型無絕緣軌道電路設備的發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PCI總線把信號傳送到內存中，以供應用程序分析處理。數字I/O卡是實現自動測試系統的關鍵，通過它產生TTL兼容電平，控制繼電器陣列。繼電器陣列是用于執行動作的器件，通過其開/關選擇不同的測試項目，完成對被測設備各種指標的檢測，從而實現自動測試的功能。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剔除壞值，算出測量值的算術平均值來消除，所以對結果影響不大，因此重點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入虛擬測試儀器后，經過一系列變換轉變為輸出信號，同時還包含了以下2個方面的誤差：一是經系統傳遞函數轉換而帶來的輸入信號誤差;另一個是引入了虛擬測試儀器本身的誤差。系統誤差傳遞過程如所示。

　　自動測試系統每一部分在測試過程中都會引入不同的誤差，這些誤差再通過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，因這幾個環節是串聯在一起的，則這幾個誤差傳遞系數相乘就是整個系統的誤差傳遞系數a，從而可用下式來表現系統誤差的傳遞過程。

　　y=a(1 e)x

　　其中：x為被測信號進入測試系統時本身所帶誤差;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，可以通過修正系數來校正。

　　3誤差處理方法

　　由于虛擬儀器本身的特點是軟件即儀器，從而可通過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，提供一個標準信號源V1并以之為校準的標準，然后設計一個校準程序，對標準源V1進行測試得到測試值V2，取k=V1/V2并將k存儲在校準配置文件中。測試系統進行測試時，先從配置文件中讀取校準系數k，然后對被測信號進行測量，測得值為V4，最后使用系數k進行校準，輸出結果為V=kV4。

　　3測試系統校準示意圖下面以ZPW2000A型無絕緣軌道電路設備發送器電源電壓的校準測試為例說明。由于實際上無法獲得被測值的真值，因此在測試中以Agilent的34401A612位的數字萬用表，所測信號源的實際值來代替，校準過程如下。

　　首先，用校準檢測電源輸出電壓，同時用上述萬用表監測電源的輸出，將二者數據記錄下來并進行比較，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萬用表所測數據V2/VV2/V1相對誤差/2223242526

　　-057-053-0502將V2/V1的5個數據取平均，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。以此系數進行校準后，自動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，也就是說可借助于計算機強大的處理能力，用軟件來代替部分硬件。就測試系統的誤差來說，搭建測試系統時就要考慮哪些硬件可能會引起誤差，應盡量采用軟件實現，否則可以參考以上例子對系統進行校準，以獲得高精度的測量結果。ZPW2000A型無絕緣軌道電路設備的發送器和接收器自動測試系統已投入試用，修正誤差方法簡單實用，大幅度提高了測量精度，達到了預期目標。