1、引言
　　
　　在傳統的計量工作中，計量人員需要攜帶大量的標準儀器才能完成所需的計量任務，其中絕大多數工作仍需手工操作儀器面板上的按鈕完成，而且需要手工記錄、處理，是一個相當繁瑣的過程，因此檢定速度較慢，對人員的培訓比較困難，不利于計量工作在基層單位的開展與推廣。

　　本文針對計量工作中存在的上述問題，根據基于PXI技術的模塊化儀器發展現狀，采用模塊化、標準化及組合化的設計思想，研究滿足配備的特種車輛及其維修檢測設備相適應的計量系統。

2、特種車輛計量保障分析

　　為了加強計量監督管理，規范計量工作，制定了計量條例，開展計量工作的基本任務是按照計量法律、法規和其他有關規定對裝備和檢測設備進行計量檢定、校準，保證其量值的準確可靠。

　　計量測試是檢驗特種車輛及其檢測設備的性能是否可靠，技術狀況是否滿足使用要求的基本保證。為確保特種車輛在全壽命周期內的性能狀態準確可信，保證裝備各系統、分系統、設備運行時量值準確一致并具有溯源性，需要實施有效的計量保障[1]。隨著特種車輛由機械化向信息化轉變，特種車輛所配備的電子設備功能不斷增強，數量不斷增多，車輛內部需要數據的準確傳輸，車輛之間的信息需要傳輸與共享，同時維修檢測設備的數據需要保證準確可靠等，這些都需研制相應的計量校準設備給予技術基礎保障。

　　由于特種車輛及其檢測設備所包含的技術參數較多，其中裝備涉及到動力、傳動、通信、電器、火控等性能，檢測設備包括通用設備與專用設備，其中通用設備有：數字萬用表、示波器、函數信號發生器、射頻信號發生器等；專用設備包括：電臺綜合測試儀、儀表校驗儀、火控計算機檢測儀等，因此所涉及的參數有：直流、交流電壓、直流、交流電流、電阻，時間、頻率、射頻電平、射頻功率、調頻、失真等，因此所設計的計量系統應能滿足這些參數技術指標的計量需求。

3、特種車輛計量系統的總體構成

　　本系統中，由于被校準的信號種類多，參數范圍廣，技術指標的準確度高，測試狀態下的電源、激勵、輸出信號的特征復雜程度高，這就要求所研制的計量系統必須有很強的適應性，校準能力、分析能力、激勵信號源等應能滿足各被校準設備的需求，而PXI總線測試平臺則可滿足上述要求。

　　PXI是PCI在儀器領域的擴展(PCI extensions for instrumentation）[2]，它是1997年9月1日，NI發布的一種全新的開放性、模塊化儀器總線規范。PXI結合了PCI的電氣總線特性與CompactPCI的堅固性、模塊化及Eurocard機械封裝的特性，并增加了專門的同步與定時觸發總線，軟件的功能得到了增強。這使它成為測量和自動化系統的高性能、低成本運載平臺，因此該系統在諸如測試、軍事和航空、航天、通信、機器監控、汽車生產及工業測試等各種領域中得到了推廣。為此采用以下技術方案。

　　本系統采用以PXI總線系統為基礎的綜合計量系統，包括硬件系統和軟件系統。由于保障特種車輛的一些綜合檢測設備技術指標較高，單純采用PXI模塊不能滿足被校準參數的技術指標要求，因此硬件系統采用PXI模塊與GPIB接口儀器相結合的結構；軟件系統采用Windows XP操作系統，測試軟件開發采用VC作為編程平臺,由于該平臺建立在開放式的軟件體系架構之上，同時為用戶定制的測試執行軟件和測試工具軟件，因此可以提高編程效率。

3.1 系統的硬件構成

　　系統的硬件組成主要有主控計算機、14槽PXI總線機箱、PXI模塊采用NI公司的通用計數器模塊、數字多用表模塊、函數信號發生器模塊、通用開關模塊、數字輸入與輸出模塊、矩陣開關模塊等，GPIB類接口儀器采用8902A接收機、5520A多功能校準源，另外，還需要一些輔助設備：如校準測試接口，鍵盤、顯示器及打印機等。

　　主控計算機一般采用計量系統研制生產時的主流工控機，以便提高該套系統的測量效率和可靠性，并降低系統的成本。PXI－14槽機箱采用NI公司的3U尺寸的PXI—1044機箱，該機箱具有放大、濾波和隔離等功能，內置有高性能的定時和同步裝置，而且可以為機箱內的儀器模塊提供強制冷卻的空氣，可以滿足系統在噪聲、潮濕和振動等惡劣環境下的工作。

　　由于采用的是外置計算機，因此需要在零槽上插入一塊MIX-4控制器卡，以實現計算機對PXI模塊的控制；通用計數器模塊可以實現對音頻信號頻率、時間間隔的校準；數字多用表模塊則完成對裝備及其檢測設備的激勵信號的電壓、電流和電阻等的校準；射頻信號發生器和通用開關為綜合測試儀的校準提供信號激勵源；數字輸入輸出模塊完成主控器對校準數據的輸入與輸出。

　　多功能校準源選用的是福祿克公司的5520A，該設備性能可靠、使用方便、精度較高、可擴展能力強等特點，可以校準5位半以下的數字多用表的直流電壓、直流電流、交流電壓、交流電流、電阻以及模擬式多用表等的校準；由于添加了3O0MHz示波器校準模塊，因此可以完成對300MHz以下的示波器校準。

　　8902A接收機完成對電臺綜合測試儀的射頻頻率、功率電平、失真、調制信號的檢定/校準；5520A可以提供標準的電壓、電流和電阻源信號，完成對數字多用表的電壓、電流和電阻的檢定、校準，該系統添加了示波器校準模塊可以完成對1.1GHz以下示波器的校準。

　　PXI-GPIB卡可以使計算機實現對GPIB 總線儀器的控制，從而完成信號的輸出、輸入，信號的分析與處理、結果顯示與打印等。

　　由于特種車輛的檢測設備有的是專用測試設備，各個設備信的輸入、輸出信號接口類型不統一，接口定義不同，因此需要研制相應的校準接口，以滿足特種車輛及其測試設備的技術參數檢定/校準需求。該系統的檢定/校準原理框圖如上圖所示。

3.2 系統的軟件設計

　　本系統采用Windows XP操作系統，其具有圖形用戶界面和支持32位程序開發，可以提供安全穩定的操作環境；測試軟件開發采用VC，易于實現對PXI模塊及通用標準儀器的程控操作；同時，系統采用MicrosoftAccess以提供良好的數據庫功能支持，而采用Microsoft word作為生成檢定證書和測試報告的工具，因為其具有強大的編輯功能。因此，采用的軟件開發平臺工具有：

　　（1）操作系統：Windows XP操作系統

　　（2）開發語言：Microsoft VC++6.0

　　（3）數據庫：Microsoft Access 2003

　　（4）檢定證書生成： Microsoft Word 2003

　　傳統的自動測試系統是面向儀器的，軟件平臺和硬件資源緊密綁定在一起，硬件資源更換必然導致軟件平臺的更換，帶來大量的重復勞動，降低了生產效率。

　　本軟件平臺的較大特點在于運用了面相信號的思想，屏蔽了對底層硬件的操作細節，極大提高了該軟件平臺的通用性，可互換性；因此，有效地解決了上述問題。面向信號思想是面向對象思想在測試計量技術領域的實際應用。在基于面向信號軟件平臺的測試程序中，只包括對測試需求的描述，例如，待產生的信號，待測量的信號，不包括對于儀器的具體操作，從而切斷了測試程序和儀器的直接聯系，提高測試程序的通用性，可移植性。軟件系統主要包括以下一些主要內容：檢定/校準管理程序、自檢程序、檢定/校準程序、數據庫程序等。其各部分功能描述入下：

　　1、系統檢定/校準管理程序為用戶提供一套友好的操作程序界面、完整的控制管理程序，用于完成整個檢定系統的管理，包括：整個系統的操作說明和幫助、系統自檢程序的調度和管理、各檢定/校準子程序的調度和管理以及存儲和打印程序的管理等；

　　2、系統自檢程序包括用于整套計量系統的自檢，主要完成程序的初始化自檢、系統各功能模塊的自檢，用以判斷整個計量系統是否工作正常；

　　3、檢定/校準程序完成對裝備的一些技術參數及各類通用儀器及專用測試設備的檢定/校準。由于計量工作要求必須嚴格遵守各類國家制定的檢定規程，以保證整個檢定/校準結果的準確、真實和可靠，并且具有可溯源性，因此編制本檢定/校準程序時，必須按照相關的檢定規程進行編寫；如果沒有相應的檢定規程，必須參照相關的檢定規程制定相應的檢定/校準程序，并通過相關部門的考核驗收；

　　4、儀器驅動程序可以幫助計算機完成對GPIB類接口儀器和各種PXI模塊的使用和控制；

　　5、保存和打印程序完成對檢定/校準數據的存儲和打印管理，按照檢定規程要求對檢定/校準過程中記錄的原始數據進行保存，打印出規范的檢定/校準證書。該計量系統的軟件流程圖如下：

 3.3 檢定/校準功能的實現

　　由于本系統所要完成的檢定/校準的對象比較多，參數范圍廣，不便于一一列舉，在此僅以通用設備的數字多用表為例，介紹其檢定/校準程序的實現過程。數字多用表的參數檢定一般包括:直流電壓、電流，交流電壓、電流以及電阻等的檢定。由于不同類型的數字多用表其功能范圍和準確度不同，需要對檢定/校準程序做出不同的調整，分別根據數字表的使用說明書選擇各個范圍的量程，采用計算機對5520A進行控制使其輸出相應的標準校準信號，通過GPIB卡將標準數據傳入被校的數字表，然后對數字表所指示的數據進行存儲，并且與標準數據對比，從而可以給出各個量程的檢定結果，判斷其是否符合技術指標要求，較后給出相應的檢定/校準證書或測試報告。檢定數字多用表的流程圖如下圖所示：

 2.3.1 數字多用表的錄