基于GP-IB总线的加速度计测试系统设计

号，为利用数字多用表技术，在加速度计的输出端接入一精密采样电阻实现微小信号的精确测量。另外，由于数字万用表一般只有一路测试通道，而在加速度计测试时，经常需要同时对多路信号进行测量，为此设计了多通道切换系统，使一台数字万用表能够分时对几路信号进行测量，其构成如图2所示。

测试信号经过电压跟随器后进入多路复用器进行分时切换，使某一时刻只有一路信号能通过与数字万用表的接口传递给数字万用表。电路由与通过通信端口与计算机相连的单片机进行控制，它能根据计算机发出的信号控制多路复用器，实现通道选择和对切换时间的控制。
系统的测量精度主要决定于数字多用表的精度，测量速度取决于数字多用表扫描频率。这种方案的主要优点是利用了台式仪表的噪声抑制技术，测量精度高；缺点是测量速度慢，而且对多通道是串行测量，但该测试系统在加速度计性能参数采集处理中的应用表明：速度完全满足系统的要求。
1．3 测试原理
石英挠性加速度计安装在转台上，通过转台的转动调整方位。测控计算机通过I／O口控制继电器依次打开通道切换开关，使被测量的多路模拟信号首先进入多通道切换电路，通道模拟电路在计算机的控制下根据软件的设定对多路信号进行分时切换，使每一时刻只有一路模拟信号能够传递给HP34401A；根据软件的设定，测控计算机再经由GPIB总线控制HP34401A对接收到的信号进行测量，并读取数据，然后把A／D转换后的数字信息通过RS-232接口传送给计算机然后根据加速度计输出的静态模型方程，进行相关计算，得到静态误差模型系数。
系统的设计目标是达到测试数据的自动采集处理与存储，其测试任务流程如图3所示。

根据加速度计输出特性的静态模型方程，通过编写相应的程序算法，计算出模型方程的系数，并将处理结果进行显示，测试显示界面如图4所示。

2 测试数据的处理
对于加速度计而言，随着时间的推移其参数的稳定性往往会发生比较明显的变化。目前加速度计的稳定期指标为3个月，但一般很难保证每3个月就对加速度计进行一次测试，因而得到的数据比较零乱，很难找到描述加速度计测试数据的规律，并且测试数据较少，也增加了描述其时间特性的难度。为解决这个问题，采用插值法对获得的测试数据进行处理，并且为防止插值后产生的加速度计测试数据的时间序列误差较大且插值点不均匀的现象，通过两次使用样条函数进行插值，扩大了样本容量，解决了小样本难以建模的问题。
现以加速度计的偏值系数为例来进行分析，从2005年8月到2008年7月，对某型号加速度计进行了多次测试，共取得了9组有效数据。首先，根据历次测得的加速度计的输出数据，利用其静态数学模型方程，计算出其性能指标值，如表1所示。

其次，以计算所得的性能指标值为基本点，以3个月为单位选择插值点进行插值，这样可以获得加速度计历次测试数据的样本容量相对较小的一个基本时间序列，如表2所示，共得到3个插值点，这3个点与9个基本点构成一个新的基本时间序列。

很明显，这个新建的时间序列样本仍然较小，建模时很难得到一个准确、完整的模型，无法正确预测加速度计性能参数的变化趋势。因此，提出了二次样条修正插值。在第一次插值所得时间序列的基础上，利用三次样条函数在每相邻的两个基本点之间再次进行插值，即在相邻的两个基本点之间插入2个插值点，得到一个样本容量为34的新的二次插值时间序列，插值结果如图5所示。最后，针对插值后的序列，利用逆序检验法进行平稳性检验，根据样本的自相关函数和偏相关函数对建立的模型进行识别，判断阶数，再根据现在和过去的数值，对将来一段时间内的数值进行估计，预测值和真实值的比较如图6所示，从图中可以看出，做出的预测较为合理。

另外，在对加速度计时间序列进行插值和预测分析时，带入了一些误差，为消除这些误差，采用自适应滤波方法，利用加速度计已有的测试数据对预测结果做了相应处理，从而使预测结果能更好地反映加速度计的实际状况。

3 结束语
文中阐述了在加速度计性能测试系统中，利用数字电压表技术，通过GPIB接口，在工控机的控制下完成微弱信号采集的一种方法，该系统具有较高的分辨率、良好的抗干扰性和较低的噪声干扰等特性；并且利用该系统对某型导弹加速度计进行了测试，测试结果表明，可以满足加速度计信号高精度的要求。利用插值方法对历次测试数据进行了扩充，并建立了时间序列模型，通过模型分析和预测了加速度计各项性能参数的变化趋势。