論總輻射表計量檢定設(shè)備自動化檢測系統(tǒng)的設(shè)計

申海斌

摘 要：隨著科技的飛速發(fā)展，越來越多的計量檢定設(shè)備開始使用自動化檢測系統(tǒng)，這種檢測系統(tǒng)在檢驗及測量的過程中不依靠或僅依靠很少的人工干涉來自動完成工作。本文從總輻射表計量檢定設(shè)備的性能檢測和功能檢測兩個角度加以分析，詳細(xì)的對其自動化檢測系統(tǒng)進(jìn)行了總體設(shè)計、硬件設(shè)計和軟件設(shè)計。設(shè)計出來的自動化檢測系統(tǒng)可以滿足總輻射表計量檢定設(shè)備的正常工作，確保量值傳遞的可靠性和準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：總輻射表；自動化檢測系統(tǒng)；系統(tǒng)軟件

總輻射表也可稱作總?cè)丈浔?，它是主要用來觀測氣象輻射情況的儀器。為了確保觀測結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性，總輻射表必須定期接受計量檢定。為了使計量檢定過程能夠順利進(jìn)行，就必須確保計量檢定裝置自身具有可靠、準(zhǔn)確、高精度的量值?；谶@種情況，我們研究并設(shè)計出了一種自動化檢測系統(tǒng)，它有效提高了總輻射表計量檢定設(shè)備的穩(wěn)定性及檢查自身故障的能力，從而使被檢測設(shè)備的安全性得到了保障。

1 總輻射表計量檢定設(shè)備

總輻射表是用來測定水平面上球面度立體角所接收的太陽直接輻射與散射輻射之和的測量儀器，除此之外，它還能對斜面上總的輻射加以測定。當(dāng)感應(yīng)面處于向下狀態(tài)時，可以測定反射輻射，當(dāng)使用遮光裝置遮住直接輻射時，則可測定散射輻射。總輻射表檢定設(shè)備一般都會配置多通道型的數(shù)據(jù)采集器，這種數(shù)據(jù)采集器會使用其中一個通道與標(biāo)準(zhǔn)輻射表進(jìn)行連接，而其余的通道則都與被檢輻射表相連接，然后系統(tǒng)通過計算機(jī)來采集和處理相應(yīng)的數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)檢定結(jié)果的自動輸出?？傒椛浔頇z定系統(tǒng)的主要構(gòu)成包括多路掃描開關(guān)、高精度多路數(shù)據(jù)采集器以及計算機(jī)控制與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

為了確?？傒椛浔頇z定結(jié)果的可靠性和準(zhǔn)確性，在校準(zhǔn)精度較高的多路徑數(shù)據(jù)采集器時，一般要先使用大量的同種類儀器進(jìn)行統(tǒng)計分析來確定出校準(zhǔn)間隔，然后根據(jù)所確定出的校準(zhǔn)間隔來進(jìn)行校準(zhǔn)工作。但是在進(jìn)行這兩次校準(zhǔn)的期間，很可能會出現(xiàn)儀器自身的基本測量功能遭到損壞和儀器測量性能產(chǎn)生變化等狀況，所以為了確保總輻射表能夠順利完成計量檢定工作，我們需要對總輻射表計量檢定設(shè)備設(shè)計出一個自動化檢測系統(tǒng)，從而在每次的總輻射計量檢定工作進(jìn)行之前，能根據(jù)自動化檢測的結(jié)果，來判斷總輻射表計量設(shè)備是否處于正常狀態(tài)，以及總輻射表計量設(shè)備的基本測量功能和性能是否符合計量檢定的要求。

2 自動化檢測系統(tǒng)設(shè)計

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

總輻射表計量檢定裝置自動化檢測系統(tǒng)的主要工作是對總輻射表的檢定功能進(jìn)行測試，以及對設(shè)備的性能進(jìn)行檢測和診斷，從而驗證該檢定設(shè)備量值的精度是否處于設(shè)計規(guī)定的范圍，從而確保檢定設(shè)備擁有可靠的量值，檢測系統(tǒng)是由功能檢測與性能檢測兩部分所構(gòu)成的[1]。功能檢測主要的檢測對象包括輸入通道通斷與切換功能、輸出通道通斷與切換功能、電壓測量功能和電陰測量功能。功能檢測能夠完成對計量檢定設(shè)備所有的硬件平臺內(nèi)的測量通道綜合功能的自檢，以及對內(nèi)部信號測量模塊所具有的綜合功能的自檢，并判斷出系統(tǒng)的硬件資源是否存在故障。

當(dāng)系統(tǒng)的硬件部分發(fā)生故障時，自動化檢測系統(tǒng)會將出現(xiàn)的故障定位到信號通道以及激勵信號源等模板設(shè)備上，在屏幕上會顯示出綜合自檢結(jié)果，并自動將綜合自檢結(jié)果顯示出來。性能檢測主要的檢測對象包括電壓測量性能和電阻測量性能。性能檢測能夠完成計量檢定設(shè)備所有硬件平臺內(nèi)測量功能及綜合性能的自動測試，然后對所測的性能參數(shù)量值進(jìn)行對比和檢查，來確認(rèn)自動化檢測系統(tǒng)進(jìn)行測量工作得出的量值狀態(tài)是否良好，從而判斷檢測系統(tǒng)的測量性能是否可以滿足規(guī)定的不確定度的要求。

2.2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

根據(jù)自動化檢測系統(tǒng)的總體設(shè)計情況以及總輻射表計量檢定裝置對系統(tǒng)功能的實(shí)際需求，可以對自動化檢測系統(tǒng)的硬件進(jìn)行設(shè)計。將計算機(jī)的控制部分和顯示部分作為核心，采用系統(tǒng)總線、轉(zhuǎn)接信號以及相關(guān)的應(yīng)用程序軟件，把各個部分進(jìn)行有機(jī)結(jié)合，從而實(shí)現(xiàn)總輻射表計量檢定設(shè)備的自動檢測工作。自動化檢測系統(tǒng)的總體硬件結(jié)構(gòu)主要包括標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器、用以傳輸和轉(zhuǎn)接信號的數(shù)據(jù)總線、計算機(jī)控制與顯示系統(tǒng)三大部分。其中，計算機(jī)控制與顯示系統(tǒng)是自動化檢測系統(tǒng)硬件部分的核心，它的具體功能是自動化控制功能檢測和性能檢測的全部流程，同時它還具有采集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)、顯示檢測結(jié)果等功能。由于實(shí)際檢測情況的不同，檢測需求往往也各不相同，所以使用計算機(jī)來控制硬件系統(tǒng)中的標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器，使其針對不同的檢測情況輸出I信號、O信號、標(biāo)準(zhǔn)電阻信號或標(biāo)準(zhǔn)電壓信號。然后數(shù)據(jù)采集器對標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器所發(fā)出的各種類型的信號進(jìn)行采集，將采集后的結(jié)果由系統(tǒng)總線傳輸?shù)接嬎銠C(jī)的中心，再有計算機(jī)的軟件部分對測量的結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的處理和判斷。

2.3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

自動化檢測系統(tǒng)的軟件部分使用了模塊化的設(shè)計方式，將檢測系統(tǒng)的各項基本功能劃分成不同的軟件功能模塊，這些不同的模塊經(jīng)過組合形成了自動化檢測程序。軟件系統(tǒng)主要包括硬件資源管理、數(shù)據(jù)分析與處理、數(shù)據(jù)存儲和顯示、功能檢測主程序、性能檢測主程序這五大部分[2]。在進(jìn)行功能檢測時，所測信號可以分成正常狀態(tài)和故障狀態(tài)，而在進(jìn)行性能檢測時，測量信號根據(jù)狀態(tài)可以分成正常狀態(tài)和超標(biāo)狀態(tài)，其中超標(biāo)狀態(tài)指的是測量信號在功能上處于正常，但是其指標(biāo)參數(shù)不符合預(yù)期值的范圍。超標(biāo)狀態(tài)下的信號，用戶可以自行決定是否繼續(xù)使用。

3 總結(jié)

總而言之，總輻射表計量檢定設(shè)備正在朝著高精度、高可靠性的方向發(fā)展，而其內(nèi)部核心系統(tǒng)也正向著高自動化的方向發(fā)展，但從總體上來看，我國的計量檢定設(shè)備目前仍然較為落后，實(shí)現(xiàn)檢測系統(tǒng)自動化的檢定設(shè)備數(shù)量很少，這嚴(yán)重限制著總輻射表的生產(chǎn)和研制。所以，實(shí)現(xiàn)檢測系統(tǒng)的自動化，是擺在我國科研人員面前的重大課題，筆者希望本文所設(shè)計的自動化檢測系統(tǒng)能為科研人員提供借鑒意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]王琮.光電型總輻射表性能測試研究[D].長春理工大學(xué)，2014.

[2]李克勤.計量自動化檢測系統(tǒng)中存在的問題及對策[J].儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計量，2014，（04）：4648.