论文部分内容阅读
摘 要：针对目前时间检定仪的检定手段仍是手工测试，效率低，工作量大，而对于机械类秒表检定仪因缺少相应的机（磁）/电转换器而无法检定的问题，利用霍尔效应原理研制了磁/电转换器，利用VB语言编写了自动检定及管理软件，实现了对各种型号的时间检定仪的自动检定及信息管理。该系统提高了检定的自动化水平和工作效率，并解决了机械类秒表检定仪不能检定的问题。
关键词：时间频率计量 时间检定仪 自动检定 磁/电转换器
中图分类号：TH714 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（b）-0085-01
时间检定仪是检定电子毫秒表、电子秒表、机械秒表、指针式电秒表、数字式电秒表等计时仪表的通用计量仪器。它包括电子毫秒计检定仪，秒表检定仪，电秒表检定仪，这三种检定仪可能是相互独立的，也可能是合为一体的。检定仪的基本功能是直接输出一种或几种标准的时间间隔信号。目前，各类型秒表广泛应用于海军各部队技术保障任务和靶场试验任务的时间测量中。时间检定仪作为检定各类秒表的标准器具，在海军各保障基地计量站、各试验区计量站和各技术部队应用非常广泛，它的准确性直接影响时间计量器具的量值传递。
据对国内计量机构和海军各计量部门的调查表明，目前对电子毫秒计检定仪和电秒表检定仪的检定一般还是手动操作，没有实现自动检定，检定过程繁琐，工作量大，数据处理麻烦，而对于秒表检定仪因缺少合适的机（磁）/电转换器而无法检定。针对海军时间检定仪检定的迫切需求和时间频率参数目前的检定状况，急需研制磁/电转换器，编写了自动检定软件，建立时间检定仪自动检定系统，以实现对时间检定仪这类时间计时器具的自动化检定，提高检定的自动化水平和工作效率，并解决目前机械类秒表检定仪不能检定的问题，为海军试验任务顺利进行和海军时间计量器具的量值传递提供有效的技术支持和可靠的技术保证。
1 研究的内容及技术方案设计
1.1 研究内容
时间检定仪自动检定及管理系统，通过现有的标准设备和自主研制的设备来实现对时间检定仪的内部晶振、输出时间间隔等参数的自动化检定，其内容包括以下几点。
（1）时间检定仪检定系统的构建。
（2）磁/电转换器的设计与制作。
（3）自动检定及管理软件的开发。
1.2 技术方案设计
本系统技术方案设计包括硬件与软件两部分。
1.2.1 硬件部分
硬件部分主要是自主研制的HJDH-5型磁/电转换器，它是利用霍尔效应设计，将机械秒表检定仪的夹具机械运动信号转变为两个电脉冲信号，输入到计数器，由计数器精确测量两个脉冲信号之间的时间间隔。磁/电转换器电路由直流稳压电路、霍尔传感器电路、差分放大电路、施密特触发电路等部分组成。
工作原理为：当有磁场作用在传感器上时，霍尔传感器输出霍尔电压VH，该电压经放大器放大后，送至施密特整形电路，当放大后的VH电压大于“开启”阈值时，施密特整形电路翻转，输出高电平，使半导体管导通—— “开状态”；当磁场减弱时，霍尔传感器输出的VH很小，经放大器放大后其值也小于施密特整形电路的“半闭”阈值，施密特整形电路再次翻转，输出低电平，使半导体管截上，这种状态为—— “关状态”。一次磁场强度的变化，就使转换器产生了一个矩形脉冲信号。
1.2.2软件部分
系统软件是基于Windows XP的操作系统，以Visual Basic6.0为开发语言，采用基于对象的风格设计，控制软件采用菜单式操作界面，具有丰富的操作提示，操作简单。控制程序采用模块化设计，方便灵活，可扩展性强。软件测试部分编写是依据JJG601-2003《时间检定仪检定规程》和JJG181-2002《电子测量仪器内石英晶体振荡器》检定规程进行的。利用Access设计数据库，管理用户信息、测试数据和检定结果。通过调用Word模板打印证书，用户可以根据需要，修改模板样式，使证书设计和打印方便灵活。
时间检定仪自动检定系统软件自动化程度高，界面友好，使用方便，提供随时检定信息检索。检定过程中，无需对测量标准进行人工干预，由计算机自动完成对测量数据的采集、处理、存储，自动生成检定证书，并按用户要求打印记录或证书。
1.3 系统达到的技术指标和实现的主要功能
1.3.1系统达到的技术指标
（1）参考频标。
频率短期稳定度：≤1.5×10-11/1 s，≤3.5×10-12/10 s，≤3×10-12/100 s。
频率准确度：1×10-11。
（2）频标比对器。
频率比对范围：1 MHz，5 MHz，10 MHz。
比对不确定度：1×10-12/1s，1×10-13/10 s，1×10-14/100 s；
（3）时间计数器。
测量范围：1 ns～105 s，准确度：1×10-8；
（4）磁/电转换器：最大允许误差（绝对值）≤0.1μs
1.3.2系统实现的主要功能
（1）对被检设备信息的登记、管理、备案功能。
（2）能实现自动控制、数据采集、数据处理、数据存储功能。
（3）证书自动生成、打印功能。
（4）实时在线帮助功能。
2 性能测试
2.1 基本性能试验
系统设计完成后，对研制的磁/电转换器进行了验收和性能测试。该项工作由中国计量科学研究院完成，测试结果显示该磁/电转换器完全满足设计要求。
2.2 测量使用情况
使用该系统对MBY型秒表检定仪进行了检定，以检验其工作情况，检定结果表明该系统运行正常，性能稳定。
3 结语
时间检定仪自动检定及管理系统，实现了对各种型号时间检定仪的自动检定及证书打印。其硬件HJDH-5型磁/电转换器是根据霍尔效应基本原理设计的，将机械秒表检定仪的夹具机械信号转变为电脉冲信号。该转换器具有功耗低、灵敏度高、响应频率范围宽、使用寿命长等特点。该系统设计合理，操作简便，使用可靠，性能稳定，经过实际应用，工作状态一直正常，经计量部门检定，各项主要技术指标都达到了设计要求，完全可以作为海军时频参数计量保障的标准设备。
参考文献
[1] 胡少坚，夏冠群，冯明，等.GaAs霍尔开关集成电路的研制[J].功能材料与器件学报，2003，9（1）：43-46.
[2] 冯明.霍尔相位传感器的研究开发[D]. 上海：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，2004.
[3] 郑斯日古楞.数据库连接池技术研究与实现[J].北京工业职业技术学院学报，2008，7（1）：47-49.
[4] 付永杰，王玉珍.高精度频标比对及分析系统设计[J].电子测量技术，2009，32（1）：67-69.
关键词：时间频率计量 时间检定仪 自动检定 磁/电转换器
中图分类号：TH714 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2013）05（b）-0085-01
时间检定仪是检定电子毫秒表、电子秒表、机械秒表、指针式电秒表、数字式电秒表等计时仪表的通用计量仪器。它包括电子毫秒计检定仪，秒表检定仪，电秒表检定仪，这三种检定仪可能是相互独立的，也可能是合为一体的。检定仪的基本功能是直接输出一种或几种标准的时间间隔信号。目前，各类型秒表广泛应用于海军各部队技术保障任务和靶场试验任务的时间测量中。时间检定仪作为检定各类秒表的标准器具，在海军各保障基地计量站、各试验区计量站和各技术部队应用非常广泛，它的准确性直接影响时间计量器具的量值传递。
据对国内计量机构和海军各计量部门的调查表明，目前对电子毫秒计检定仪和电秒表检定仪的检定一般还是手动操作，没有实现自动检定，检定过程繁琐，工作量大，数据处理麻烦，而对于秒表检定仪因缺少合适的机（磁）/电转换器而无法检定。针对海军时间检定仪检定的迫切需求和时间频率参数目前的检定状况，急需研制磁/电转换器，编写了自动检定软件，建立时间检定仪自动检定系统，以实现对时间检定仪这类时间计时器具的自动化检定，提高检定的自动化水平和工作效率，并解决目前机械类秒表检定仪不能检定的问题，为海军试验任务顺利进行和海军时间计量器具的量值传递提供有效的技术支持和可靠的技术保证。
1 研究的内容及技术方案设计
1.1 研究内容
时间检定仪自动检定及管理系统，通过现有的标准设备和自主研制的设备来实现对时间检定仪的内部晶振、输出时间间隔等参数的自动化检定，其内容包括以下几点。
（1）时间检定仪检定系统的构建。
（2）磁/电转换器的设计与制作。
（3）自动检定及管理软件的开发。
1.2 技术方案设计
本系统技术方案设计包括硬件与软件两部分。
1.2.1 硬件部分
硬件部分主要是自主研制的HJDH-5型磁/电转换器，它是利用霍尔效应设计，将机械秒表检定仪的夹具机械运动信号转变为两个电脉冲信号，输入到计数器，由计数器精确测量两个脉冲信号之间的时间间隔。磁/电转换器电路由直流稳压电路、霍尔传感器电路、差分放大电路、施密特触发电路等部分组成。
工作原理为：当有磁场作用在传感器上时，霍尔传感器输出霍尔电压VH，该电压经放大器放大后，送至施密特整形电路，当放大后的VH电压大于“开启”阈值时，施密特整形电路翻转，输出高电平，使半导体管导通—— “开状态”；当磁场减弱时，霍尔传感器输出的VH很小，经放大器放大后其值也小于施密特整形电路的“半闭”阈值，施密特整形电路再次翻转，输出低电平，使半导体管截上，这种状态为—— “关状态”。一次磁场强度的变化，就使转换器产生了一个矩形脉冲信号。
1.2.2软件部分
系统软件是基于Windows XP的操作系统，以Visual Basic6.0为开发语言，采用基于对象的风格设计，控制软件采用菜单式操作界面，具有丰富的操作提示，操作简单。控制程序采用模块化设计，方便灵活，可扩展性强。软件测试部分编写是依据JJG601-2003《时间检定仪检定规程》和JJG181-2002《电子测量仪器内石英晶体振荡器》检定规程进行的。利用Access设计数据库，管理用户信息、测试数据和检定结果。通过调用Word模板打印证书，用户可以根据需要，修改模板样式，使证书设计和打印方便灵活。
时间检定仪自动检定系统软件自动化程度高，界面友好，使用方便，提供随时检定信息检索。检定过程中，无需对测量标准进行人工干预，由计算机自动完成对测量数据的采集、处理、存储，自动生成检定证书，并按用户要求打印记录或证书。
1.3 系统达到的技术指标和实现的主要功能
1.3.1系统达到的技术指标
（1）参考频标。
频率短期稳定度：≤1.5×10-11/1 s，≤3.5×10-12/10 s，≤3×10-12/100 s。
频率准确度：1×10-11。
（2）频标比对器。
频率比对范围：1 MHz，5 MHz，10 MHz。
比对不确定度：1×10-12/1s，1×10-13/10 s，1×10-14/100 s；
（3）时间计数器。
测量范围：1 ns～105 s，准确度：1×10-8；
（4）磁/电转换器：最大允许误差（绝对值）≤0.1μs
1.3.2系统实现的主要功能
（1）对被检设备信息的登记、管理、备案功能。
（2）能实现自动控制、数据采集、数据处理、数据存储功能。
（3）证书自动生成、打印功能。
（4）实时在线帮助功能。
2 性能测试
2.1 基本性能试验
系统设计完成后，对研制的磁/电转换器进行了验收和性能测试。该项工作由中国计量科学研究院完成，测试结果显示该磁/电转换器完全满足设计要求。
2.2 测量使用情况
使用该系统对MBY型秒表检定仪进行了检定，以检验其工作情况，检定结果表明该系统运行正常，性能稳定。
3 结语
时间检定仪自动检定及管理系统，实现了对各种型号时间检定仪的自动检定及证书打印。其硬件HJDH-5型磁/电转换器是根据霍尔效应基本原理设计的，将机械秒表检定仪的夹具机械信号转变为电脉冲信号。该转换器具有功耗低、灵敏度高、响应频率范围宽、使用寿命长等特点。该系统设计合理，操作简便，使用可靠，性能稳定，经过实际应用，工作状态一直正常，经计量部门检定，各项主要技术指标都达到了设计要求，完全可以作为海军时频参数计量保障的标准设备。
参考文献
[1] 胡少坚，夏冠群，冯明，等.GaAs霍尔开关集成电路的研制[J].功能材料与器件学报，2003，9（1）：43-46.
[2] 冯明.霍尔相位传感器的研究开发[D]. 上海：中国科学院上海微系统与信息技术研究所，2004.
[3] 郑斯日古楞.数据库连接池技术研究与实现[J].北京工业职业技术学院学报，2008，7（1）：47-49.
[4] 付永杰，王玉珍.高精度频标比对及分析系统设计[J].电子测量技术，2009，32（1）：67-69.