数字化测量仪器动态误差校准装置 本发明提出一种数字化测量仪器动态误差校准装置，包括波形发生器和微计算机。所说的波形发生器由存有波形数据的存储器和D/A转换网络构成。涉及电信号的数字化测量。
数字化电测仪器(例如瞬态记录仪、信号分析仪等)以A/D转换为基础，其输入量为模拟量，输出量是数字量。采用传统的正弦波扫频法幅值校准不可能精确地校准这类仪器。在本发明之前，现有技术采用波形发生器进行校准。波形发生器包括一个存有波形数据的只读存储器ROM，和一个将该波形数据转换成模拟电压信号的D/A变换器。它能够为待校准仪器提供一个波形与实际情况相近的动态信号输入，比正弦波扫频法幅值校准更能反映仪器的误差，有助于简化校准操作。例如，市售奥地利AVL公司的B201校准仪就是这样构成的。由于只能将待校准仪器输出的最大值与标准信号的最大值作幅值比较，现有技术的校准仪器和校准方法不能反映待校仪器量化过程中的“丢码“和“并阶”误差，不能反映动态误差与信号频谱，以及动态误差与波形和波形特征点之间的关系。
本发明的目的在于针对现有技术的上述不足而提出一种新的数字化测量仪器动态误差校准装置。它能够分别给出待校准仪器在信号持续期间内每一个采样点的动态误差，以便更准确和客观地反映仪器的精确程度。
本发明通过将待校准仪器的输出数据与所说存储器中的标准波形数据作逐点地数值比较的方法实现了上述目的。所提出的数字化测量仪器动态误差校准装置包括波形发生器和计算机两部分。所说的波形发生器包括存有波形数据的存储器，和一个可将该波形数据转换成模拟电压信号的D/A变换网络。不同的是，本发明存储器中所存的波形数据的个数与待校准测量仪器的采样个数严格对等。计算机接收待校准仪器的输出数据，并将其与存储器中的标准波形数据做逐点的数值比较，求出该仪器在各采样点处的动态误差。
与现有技术相比，由于采用了数字量的比较，并且输出量与输入量之间有严格的数字量对应关系，本发明校准装置可以测得待校仪器在输入信号持续期间内每一个采样点的误差值。分析比较的结果就可以发现待校准仪器的“丢码”和“并阶”误差、动态误差与信号频谱间的关系，以及动态误差与波形和波形特征点的关系，因而能够更准确地反映待校准仪器的动态误差。
本发明包括三帧附图。其中
图1是本发明的原理框图；
图2是某枪械自动机运动速度曲线的波形数据示意图；
图3是用图2曲线作为波形输入时，本发明校准装置对日本岩琦通讯株式会社(IWATSU)的SM2100B信号分析仪进行校准的结果。图的上方为波形的轮廓线，下方为该仪器的误差函数曲线。
按照本发明说明书并参考附图，专业人员很容易实施本发明各项权利要求。以下将对照附图标号更详细说明本发明的实施方案。
如图1所示，本发明校准装置由D/A变换型波形发生器(1)和计算机(4)构成。其中波形发生器包括存有某种标准波形数据的存储器(2)，和一个可将该波形数据转换成模拟电压信号的D/A变换网络(3)。改变D/A变换器的取样速度和参考电压，就可以方便地调节输出模拟信号的宽度和幅值。
如前所述，本发明存入存储器的波形数据的个数严格等于待校准仪器(7)的采样个数。对于每一种波形，可能需要多种采样点数的数据。对此，至少存在三种可供选择的实施方案：
一、所说的存储器有足够大的存储空间，分别存储对应不同采样速度的各点数据。这一方案可以实现的理由是，数字化测量仪器的采样速度通常是分档可调的。
二、只存储对应最常用或最高采样速度的波形数据，利用内插或平滑算法求出对应不同采样速度的各点数据。
三、对于每种波形均导出其数学模型，利用该模型求出对应不同采样速度的各点数据。
采用随机写入的方法可以节省存储器空间。具体地说，在波形发生器中采用便于重新写入的存储器，在所说计算机中建立波形数据库(5)，依上述任何一种方式存储标准波形数据，并且在计算机中设有向波形发生器传输数据并写入所述的存储器的装置。在每次校准前，根据所需波形和待校准仪器的采样速度选择或生成一组波形数据，传输到标准波形发生器并写入所述存储器中，供D/A转换之用。
随机写入法的另一个直接优点是便于选择不同波形数据。
为便于改写数据，该方案要求采用动态存储器(RAM)。由于RAM的读/写速度较高，这种方案的一个附加优点是，使本发明校准装置可适应采样速度很高的数字化仪器的校准。
实际校准时，将D/A变换器(3)的模拟输出信号送入待校准仪器(7)的输入端。待校准仪器的输出经接口电路(6)送入计算机(4)。校准操作至少需要包括以下步骤：
□选择或生成一组标准波形数据；
□将其传输至标准波形发生器并写入所说的存储器中；
□启动D/A变换过程，按一定的时间间隔依次读出存储器中的波形数据送入D/A变换器，变换为模拟电压波形；
□计算机经接口电路接收待校准仪器的数字量输出，并与所存储的波形数据进行逐点比较，各采样点处两数据的差值即为该仪器在该采样点处的动态误差。
计算机中用作比较的标准波形数据可以直接取自所说的数据库(5)，也可以取自波形发生器的存储器(2)。
分析图3误差函数曲线可以看出：该待校准仪器在对应输入波形的突变点处误差较大，在信号平滑区误差较小。这表明本发明校准装置可以反映待校准仪器的动态误差与波形频谱的关系，以及动态误差与波形特征点之间的对应关系。
当某一采样点处的误差值明显大于周围其他各点时，应当考虑到该采样点处可能发生了“并阶”或“丢码”误差。通过参考下面将要描述的同步信号的情况，有助于最终确定误差的性质。
在图2数据构成示意图中，在标准波形的前面分别加入了引导、同步和零点校正信号。
引导信号由n1个二进制“000000…00”构成。在待校仪器被触发和计算机开始读数之前，校准装置应当处于复位状态，该引导信号的作用就在于保证复位状态时D/A网络的输出电压为0。
同步信号由n2个二进制“101010…10”构成。它的作用首先是给待校准仪器一个可靠的触发信号，保证校准时不再需要调节仪器的触发电平。其次，它可以作为计算机进行数值比较时的对准标志。最后这种“101010…10”的序列有助于确定在哪一个二进制位上出现了“丢码”或“并阶”。
零点校正信号由n3个二进制“000000…00”构成。它可用来校正待校准仪器的零电平误差。如果经待校准仪器输出到计算机以后对应该信号的数据不是0，则表明存在零点误差，应在其后的数值比较中相应地减去该零点误差。
这里正整数n1、n2和n3可以随意选定。
众所周知，数字化仪器的“丢码”或“并阶”误差具有按2x增减的特点。当某一采样点的数据与标准波形数据的差值具有这一特点，并且同步信号也存在同样大小的误差时，则可以确认该待校仪器在该采样点第x个二进制位处发生了“丢码”或“并阶”。这一效果是现有校准装置无法达到的。
为能精细地改变本发明校准装置模拟信号的输出幅值，本实施例采用第二个D/A变换器(8)为前述的第一D/A变换器(3)提供参考电压，并使该第二D/A变换器的数字输入取自一个手动的拨码开关(9)，或者某一可由程序改写的存储器单元。这两种情况可以分别取得方便直观和便于程序化的优点。
本发明校准装置可制成与微计算机相连使用的校准仪。由于本发明校准装置便于程序化控制，因而也适合制成微机的插卡，扩展通用微机的功能，使其可用于数字化测量仪器动态误差的校准。