Autotest

Datorstyrd test ur mätteknisk synpunkt

Skrivet av Per-Olof Larsson
2012-06-25

INNEHÅLL

 Historik

Systemerfarenheter

Anslutningsplats/väljarsystem/adaptrar/bussar

Lågfrekventa signaler (DC – 1MHz)

Högfrekventa signaler (DC - 500MHz)

Mikrovåg (DC - 18GHz)

Instrumentstyrning

Parallella I/O kanaler

HP-IB-bussen, - IEEE-488 bussen

VXI

Adaptrar

Speciella anpassningar

Spårbarhet

Sammanfattning

Historik

Tidigare generation av datorstyrda testare bestod i huvudsak av en specialdesignad maskinvara (instrument) med en lika specialdesignad programvara som gjorde systemet o-flexibelt och mycket trögarbetat. Kostnaden för framtagning och underhåll blev därefter, alltså mycket hög.

I samband med att Hewlett Packard (HP) lanserade sina minidatorer som kunde anslutas till standardinstrument både från Hewlett Packard och andra leverantörer öppnades möjligheter att konfigurera testare för de mest skilda behov.

Läs mer om autotestteknikens utveckling för flygplan 37 och 39 i denna artikel skriven av Alf Gustavsson.

Fördelarna var uppenbara:

• Tillgång till marknadens alla mätinstrument med någon form av datorinterface vilket medförde högre mätprestanda till ett lägre pris samt tillgång till service och support.

• Hewlett Packards utveckling av testprogramspråket BASIC medförde att objektingenjören (mätteknikern) själv kunde utforma testprogrammet på ett optimalt sätt utan inblandning av specialutbildade programmerare.

• Eftersom BASIC är ett interpretativt språk var det lätt att under utprovningsfasen ändra parametrarna på instrumenten utan omkompilering. Utprovningen underlättades genom att det var nästan lika lätt att ändra i programmet som att ställa instrumenten i LOCAL MODE.

• Testaren hade blivit ett programmerbart UNIVERSALINSTRUMENT! Detta gällde under förutsättning ATE:n kördes i ”Supervisor mode” som aktiverades med nyckel som viss personal som till exempel programutprovare hade tillgång till.

HP hade hittills levererat kompletta testare med maskin/programvara. I samband med upphandlingen av nästa generation verkstadstestare (ATE10) byttes en stor del av instrumenteringen och datorsystem ut och FFV fick ansvaret för instrumentval samt framtagning av drivrutiner för dessa instrument. Kravet var givetvis att dessa nya instrument skulle vara helt kompatibla ur mätsynpunkt med den tidigare generationen. Eftersom HP:s nya instrument ej uppfyllde dessa krav valdes många instrument, däribland nyckelinstrumenten DVM (Digitalvoltmeter) och Frekvenstidräknare, från andra leverantörer vilket inte mottogs särskilt väl av HP. Resultatet blev dock lyckat och testprogrammen från ATE1 behövde bara smärre justeringar. HP hade nu fått beställning på 6 nya testare vilka bara bestod av datorsystem, väljarsystem samt vissa instrument. FFV hade tagit över systemansvaret med komplettering av instrument samt driftsättning mot FMV.
Tidigare ATS1 modifierades av FFV till samma status som ATE10.
 

Systemerfarenheter

Som alltid då man sammankopplar ett antal instrument genom ett väljarsystem degraderas givetvis prestanda. Viktigt var att systemspecifikationen ej var lika med instrumentspecifikationen, speciellt beträffande dämpning, överhörning samt störning(brus).

Den första versionen av verkstadstestare (ATE1) hade en fördel av att datorn samt nästan alla instrument hade linjära kraftenheter som inte alstrade några ”störspikar” utan gav rena stimulisignaler och stabila mätsignaler.

Problemet med störsignaler blev uppenbart i nästa version av verkstadstestare (ATE10) där framförallt datorns switchade kraftaggregat alstrade en brusmatta i hela testutrustningen. Detta ledde till insatser från tillverkaren HP som genom modifiering av kraftenheten i någon mån lyckades reducera störnivån.

Anslutningsplats/väljarsystem/adaptrar/bussar

Beroende på testobjektets stimuli/mätfrekvens delades anslutningsplatsen upp i olika typer av kontaktfält.

Lågfrekventa signaler (DC – 1MHz)

I den tidigare generationen av ATE användes korskopplingsfält från Virginia Panel med guldpläterade och fjädrande stift. Därifrån kopplades signalerna via kablage till en väljarenhet som bestod av en modifierad telefonväxel. Tillverkaren HP hade väl inte de rätta kunskaparna beträffande förbindningsteknik, till exempel kontaktpressade man förtennade kablar, vilket är ett felaktigt förfarande. Detta medförde högt övergångsmotstånd i förbindningen efter en tids användning.

Varje mätkanal bestod av totalt 6 anslutningar, inklusive skärmar. Därmed kunde man använda 4-polsmätning för att kompensera övergångsresistansen i reläer och kablage på c:a 1 - 2 Ω. Flera mätkanaler krävdes också för synchro/resolver signaler samt för tidmätning med start- och stoppsignaler.
På stimulisidan försågs vissa kanaler med sense-ledningar (4-polsanslutning) för högre noggrannhet på stimulisignaler vid högre strömuttag.

Vissa testobjekt hade krav på större antal mätkanaler (>200), bland andra Styrautomatens. Detta löste man genom att väljarsystemet konfigurerades så att man erhöll gemensam återledare (one wire select) av mätanslutningar i kontaktfältet vilket teoretiskt innebar 600 kanaler.
 

Högfrekventa signaler (DC - 500MHz)

För högfrekventa signaler användes en panel med koaxialkontakter för manuell anslutning till signalgenerator, effektmeter, räknare och generella reläfunktioner.
 

Mikrovåg (DC - 18GHz)

ATE2

Mikrovågs ATE:n ATE2 blev en stor utmaning för HP mycket beroende på det stora frekvensområdet upp till 18 GHz den skulle täcka. Vid den tidpunkten (1974) hade HP inga egna syntesgeneratorer för ”digital” styrning av frekvensen varför HP:s autotestavdelning fick utveckla en ”hemmagjord” signalgenerator som upptog ett stativ i testaren.
Utsignalen delades upp i 5 olika band där signalen i varje band passerade genom en signalkonditioneringsenhet bestående av riktkopplare, modulatorer, pulsformare, låg-och högpassfilter samt koaxialswitchar.
Eftersom exempelvis antennmätningar krävde högre signalnivåer försågs testaren med TWT (Travelling Wave Tube) förstärkare, en för varje band, som kunde styras programmässigt.
Utnivån loopas in med hjälp av effektmetrar via riktkopplare placerade vid testobjektet. DC-signalen från effektmetrarna återkopplas till mikrovågssystemet så att rätt utnivå kunde hållas inom ± 1 dB över frekvensbandet.
Även detektorer placerade vid testobjektet användes för återkoppling till mikrovågssystemet.
 

Instrumentstyrning

Parallella I/O kanaler

Eftersom verkstadstestaren ATE1 var avsedd för test av analoga utbytesenheter från AJ37 ställdes höga krav på simultana stimulisignaler ofta med låga nivåer samt med hög tidsprecision.

Då varje instrument i testaren hade sin egen I/O kanal (ibland 2) till datorn samt att operativsystemet RSAF var specialdesignat för test, kunde tiden för avbrottshantering bli så låg som ca 3µs. Nackdelen var att det krävdes 47 I/O kanaler. Dagens testsystem med datorer som är tusentals gånger snabbare har en avbrottshanteringstid i millisekundsområdet och uppåt.

ATE10, som ersatte ATE1 var nästa generation av testare men med samma krav som ATE1, försågs till vissa delar med HP-IB-bussen. De tidskritiska instrumenten fick ha kvar sina parallella I/O-snitt mot datorn för att klara korta svarstider.
HP-IB-bussen är till sin natur relativt långsam beroende på att alla instrument måste svara på varje kommando på bussen vilket innebär att det långsammaste instrumentet bestämmer takten på handskakningen
 

HP-IB-bussen, - IEEE-488 bussen

I mitten av 1970-talet introducerade HP en instrumentstyrningsbuss där man med ett standardiserat gränssnitt på standardinstrumenten och datorn kunde ”knyta ihop” instrument från skilda leverantörer till ett gemensamt testsystem. HP-bussen som den först kallades, utvecklades och förfinades och blev i slutet av 1970-talet en IEEE standard med beteckningen IEEE-488.
 

VXI

I nästa generation av ATE (JAS) hade ett konsortium av ledande instrumenttillverkare utvecklat VXI (VMEbus EXtensions for Instrumentation) systemet.
VXI systemet med dess modulariserade instrument och switchmoduler medförde en mycket stor flexibilitet för väljarsystemets konfiguration. Varje signaltyp kunde anslutas till lämplig kortmodultyp, t.ex, Kraft, HF, Digital, Generellt.
Eftersom inget kablage fordrades mellan anslutningsplats och väljare blev ATE systemet mer kompakt med bättre signalintigritet som följd.

RACAL INSTRUMENTS utvecklade ett modulbaserat och MIL-specifierat väljarsystem som anskaffades för första generationen av JAS-testare. Det var dyrt men visade sig mycket hållbart. Vissa kanalkort fick dock modifieras med andra typer av reläer på grund av för hög termisk EMK vilket medförde mindre noggranna mätvärden vid låga stimuli- och mätnivåer.
 

Adaptrar

De generella verkstadstestarna (B-nivå) ATS1, ATS10 som provade c:a 75 olika enheter från Viggen-systemet krävde ca 50 olika adaptrar. Dessa innehöll inte bara korskoppling till testobjekten utan även shuntar, belastningar samt även aktiv elektronik för speciella funktioner.
 

Speciella anpassningar

För synkronisering mot flygplanets/apparaternas elsystem krävdes specialframtagna enheter som isolationstransformatorer, konstantspänningsenheter (AGC) samt synkroniseringsdon för till exempel fasmätning. Speciella rampgeneratorer som fungerade genom snabb avbrottshantering från testdatorn utvecklades av HP.
Dessa enheter var gemensamma för såväl flygplansnivå (A-nivå) som apparatnivå (B-nivå) och kom även att användas i JAS-testarna. Krav från JA37 samt JAS medförde att testarna försågs med 1553-bussen samt RS-kommunikation.
I samband med modifiering av testarna för JA37 fick FFV uppdraget att ta fram en digital kommunikationsmodul (DCM) för provning av JA37:s enheter i ATS10. DCM-enheten bestod av FFV framtagna moduler med bland annat radarbusskort som byggde på det av FFV framtagna 1068 konceptet. Som styrenhet hade DCM-systemet en HP minidator 2113, samma typ som användes som testdatorn.
 

Spårbarhet

För att säkerställa prestanda hade testarna ett självtestprogram. Detta bestod av en daglig, grov självtest (GST), som exekverade de olika instrumentens självtester. Vid förutbestämda tidsintervall eller vid misstänkta felfunktioner kördes en mer detaljerad självtest (DST) där de olika funktionerna testades mot ”nyckelinstrument”, i första hand digitalvoltmeter och frekvenstidräknare, som i sin tur kalibrerades i ackrediterat normalmätrum. Allt i enlighet med försvarets underhållssystem för teletekniska mätinstrument. Se figur.

Sammanfattning

Den väg som av FMV/CVA valdes med standardmaskinvara,(instrument, dator, väljarsystem) medförde en avsevärd besparing i totalkostnad. Vid den tidpunkten (1970 - 1980) var kostnaden att ta fram en testare i USA och Sverige lika i pengar. Lika många $ i USA som SEK i Sverige.
Senare kom USA på samma sak och myntade begreppet COTS (Commercial Of The Shelf) både för maskinvara som programvara.