摘要 通過對當前加速度計測試工序多、操作復雜、易引起誤操作的現狀分析，為能更好地標定石英撓性加速度計性能參數，設計了基于GPIB總線技術的加速度計測試系統，確定了系統的硬件組成。同時針對石英撓性加速度計反饋信號較弱、精度要求高的特點，設計采用了數字多用表技術，利用其內部抑制噪聲和信號處理等技術，實現了加速度計輸出微小信號的精確測量。同時，由于加速度計測試樣本數據較少，采用兩次插值對獲得的數據進行處理，擴大了樣本容量，解決了小樣本難以建模的問題。與現用的測試系統相比較，該測試系統有著技術先進、數據處理與分析能力強等優點，測試結果表明，該測試系統精確穩定，能夠滿足加速度計標定測試的使用要求。
關鍵詞 加速度計；數據采集；數據處理；GP-IB

加速度計是慣性導航系統中的重要敏感元件，在高精度定位定向系統中，其性能的好壞起著關鍵作用，為此需對加速度計進行嚴格的測試。到目前為止，許多加速度計的檢測仍然采用人工方法，由多人負責一套測試臺，測試數據也由人工讀取并記錄，這種方法效率低、容易出錯，在大批量加速度計的檢測過程中，其弊端日益明顯。隨著自動測試技術、計算機技術日益普及，GPIB(IEEE488)接口和總線技術日趨成熟，GPIB技術逐漸顯示出用于針對加速度計測試的適應性，這種傳感器具有測試數據采集、數據流量適中、實時性要求較高、具有可擴展性與易用性的特點，測試人員可以方便地通過高級語言編程開發出實用的加速度計自動測試系統。因此，為有效提高測試效率和自動化水平，設計實現了基于GP-IB的測試數據采集處理系統，為加速度計的穩定性分析、精度分析和性能評估及預測提供了理論基礎。

1 數據采集系統的組成及工作原理
數據采集是將加速度計的輸出經過適當轉換后，經信號調理、采樣、量化等步驟送到主控計算機進行數據處理的過程。由于對加速度計的精度要求越來越高，相應地，對其數據采集系統的設計也提出了很高的要求，其諸多性能參數的測試也必須在穩定的環境中經過嚴密地檢測過程來完成。
1．1 數據采集方案
對于石英撓性加速度計，它是典型的模擬反饋加速度計，通常以電流或電壓的方式輸出，其標定測試主要是測量反饋回路的電流信號，但反饋電流信號比較弱，精確采集比較困難。一般高精度的慣導系統對加速度計的精度要求要達到10-5g，這樣就需要轉換器的精度要達到10-6g。目前對于模擬反饋加矩方式的加速度計，若采用常規的A／D轉換技術采集，A／D板的轉換位數需達到24位(分辨率1／224)。但當轉換速度很快時，在低端精度會有所損失，達不到24位的標準，這使其在轉換過程中的速度、量程以及精度不能同時兼顧。
目前，對加速度計的測試通常采用基于PC104總線的測試系統，或者基于PXI總線技術的測試系統。前者的優點在于，能同時進行多通道測量，測量速度快，容易實現加速度計的動態誤差系數標定；后者優點在于通用性強，模塊化程度高，軟件編程兼容性好。但是兩者都存在一定的缺點：基于PC104總線的測試方案需要采用高精度的模數轉換板，并且要增加相關的信號調理電路；而基于PXI總線技術的測試方案成本較高。目前，隨著總線技術的日趨成熟，由于接口編程方便、開發使用靈活，CPIB通用接口總線成為了目前應用較為廣泛的測試總線。基于上述原因，為有效提高測試效率和自動化水平，設計采用基于GPIB總線的加速度計自動化測試系統。
1．2 系統硬件組成
如圖1所示，設計的加速度計測試系統主要由工控機、GPIB接口控制器、數字多用表、多通道切換系統和PCL720+數據采集卡等部分組成。

其中，GPIB總線是一個數字化24腳并行總線，采用8位并行、Byte串行、異步通信方式，所有Byte通過總線順序傳送。在應用中，各種具有GPIB總線接口的電子設備均可連接到GPIB總線，由計算機擔任整個總線的信息分配和控制。多通道切換系統用于實現對多個通道信號的測量，GPIB接口控制器實現對數字多用表的控制，從而完成對加速度計輸出參數的實時測試。工控機作為硬件平臺，所有的測試板卡都安裝在工控機插槽上，在計算機上安裝每個板卡對應的驅動程序，利用工控機的功能，可以構建整個測試系統，完成信號采集、任務管理等功能。測試設備HP34401A是HP公司開發的一種6位半的高精度數字萬用表，可以進行手動測試或自動測試。HP34401A是可程控的高精度數字萬用表，可通過嵌入到VC中的SCPI指令進行通訊和測量。它帶有通用的GPIB和RS232標準接口，可以在計算機的控制下進行各種高精度的測量。南于石英撓性加速度計輸出的信號一般是電流信號，為利用數字多用表技術，在加速度計的輸出端接入一精密采樣電阻實現微小信號的精確測量。另外，由于數字萬用表一般只有一路測試通道，而在加速度計測試時，經常需要同時對多路信號進行測量，為此設計了多通道切換系統，使一臺數字萬用表能夠分時對幾路信號進行測量，其構成如圖2所示。

測試信號經過電壓跟隨器后進入多路復用器進行分時切換，使某一時刻只有一路信號能通過與數字萬用表的接口傳遞給數字萬用表。電路由與通過通信端口與計算機相連的單片機進行控制，它能根據計算機發出的信號控制多路復用器，實現通道選擇和對切換時間的控制。
系統的測量精度主要決定于數字多用表的精度，測量速度取決于數字多用表掃描頻率。這種方案的主要優點是利用了臺式儀表的噪聲抑制技術，測量精度高；缺點是測量速度慢，而且對多通道是串行測量，但該測試系統在加速度計性能參數采集處理中的應用表明：速度完全滿足系統的要求。