一種基于高穩(wěn)定電源虛擬測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案

根據(jù)項(xiàng)目工作需要，作者開(kāi)發(fā)了實(shí)用化的基于Lab-VIEW 虛擬平臺(tái)的線圈電源高穩(wěn)定度的在線自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。本文以物鏡線圈電源電流穩(wěn)定度測(cè)試為例，介紹該系統(tǒng)的組成，測(cè)量原理及軟件編程實(shí)現(xiàn)，并給出數(shù)據(jù)處理方法及測(cè)量結(jié)果。

測(cè)試系統(tǒng)硬件組成及原理

1、系統(tǒng)組成

該測(cè)試系統(tǒng)組成結(jié)構(gòu)如圖1所示，線圈電源給線圈與采樣電阻R 提供電流，8位半數(shù)字多用表采集采樣電阻R 上的電壓信號(hào)，電壓數(shù)字化數(shù)據(jù)經(jīng)GBIB 接口連線輸入到計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析處理并實(shí)時(shí)顯示。

本系統(tǒng)數(shù)字多用表采用Agilent公司3458A 多用數(shù)字多用表。3458A直流電壓檔具體特性為：最高8.5 位(28位A/D)分辨率，最高靈敏度10 nV;0.6 ppm /24 h精度，8 ppm/年電壓基準(zhǔn)電壓穩(wěn)定度。線圈電源穩(wěn)定度最高為物鏡線圈電源，要求線圈電流穩(wěn)定度為2 ppm/min，因此3458A數(shù)字多用表可以滿(mǎn)足要求。

該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集過(guò)程為：數(shù)字多用表3458A 具有標(biāo)準(zhǔn)的GPIB 接口，通過(guò)82357B 模塊轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的USB接口，這樣就可以方便地與計(jì)算機(jī)連接。

2、穩(wěn)定度測(cè)試方法

根據(jù)國(guó)標(biāo)《JB/T 9352-1999 ，透射電子顯微鏡試驗(yàn)方法》，線圈電源穩(wěn)定度的定義為在一定時(shí)間內(nèi)采樣電壓變化量與該時(shí)間電壓平均值的比值。在上面的系統(tǒng)組成圖中，采樣電阻為非常穩(wěn)定的金屬膜電阻，且置于恒溫油箱中，因此采樣電阻的電壓可以真實(shí)反映線圈電源的狀況。

測(cè)試過(guò)程是：讓線圈電源穩(wěn)定工作一段時(shí)間，連續(xù)記錄采樣電壓，然后從中取出連續(xù)記錄10 min 比較穩(wěn)定的數(shù)據(jù)，以每1 min為一計(jì)算區(qū)間，10 min共10個(gè)區(qū)間，計(jì)算每個(gè)區(qū)間的取樣電壓變化量，然后求10個(gè)區(qū)間的電壓變化量的算術(shù)平均值，具體可按式(1)計(jì)算線圈電源的分鐘電壓穩(wěn)定度：

式中：Sa 為1 min電壓穩(wěn)定度;ΔVSV 為每分鐘取樣電壓變化量的10次算術(shù)平均值;VSV 為取樣電壓的標(biāo)稱(chēng)值。

系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)在虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)LabVIEW 8.5 環(huán)境下開(kāi)發(fā)，編寫(xiě)的程序完成的主要功能有：配置3458A 數(shù)字電壓表，從電壓表內(nèi)讀取數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)圖形顯示，數(shù)據(jù)的文件存儲(chǔ)等功能。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)了將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為。txt 文件格式，事后可以用軟件Excel 進(jìn)行相關(guān)處理。程序流程簡(jiǎn)圖如圖2所示。

設(shè)計(jì)的采集程序界面如圖3 所示，當(dāng)點(diǎn)擊開(kāi)始，設(shè)置每秒鐘的采樣點(diǎn)數(shù)與間隔時(shí)間(積分時(shí)間)，點(diǎn)擊開(kāi)始存儲(chǔ)文件后就開(kāi)始采集數(shù)據(jù)顯示并存儲(chǔ)。可以根據(jù)即時(shí)波形圖與整體波形圖來(lái)得到測(cè)量電壓的信息。

1、配置3458A的程序設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)中計(jì)算機(jī)與3458A 的通信都使用LabVIEW的VISA函數(shù)來(lái)完成，有關(guān)特點(diǎn)如下：

VISA 是在所有LabVIEW 工作平臺(tái)上控制VXI、GPIB、RS 232 以及其他種類(lèi)儀器的單接口程序庫(kù)。采用了VISA 標(biāo)準(zhǔn)，就不考慮時(shí)間及儀器I/O選擇項(xiàng)，驅(qū)動(dòng)軟件相互之間可以通用。對(duì)3458A 進(jìn)行遠(yuǎn)程操作包括三部分：讀或改變GPIB地址、給萬(wàn)用表發(fā)指令、從萬(wàn)用表讀數(shù)，為正常使用3458A的各項(xiàng)功能需對(duì)3458A進(jìn)行各項(xiàng)必要的配置。

1.1、初始化3458A

首先配置GPIB 地址，通常3458A 出廠時(shí)預(yù)留的地址默認(rèn)為22，可以將其地址設(shè)置為：GPIB0：：22：：

lNSTR;其次測(cè)試3458A 是否與計(jì)算機(jī)正常連接，如果給3458A發(fā)指令“ID-”，儀器將會(huì)返回“HP3458A”，因此利用這一點(diǎn)就會(huì)很方便的知道3458A 是否正常與計(jì)算機(jī)連接，其程序框圖如圖4所示。

1.2、預(yù)設(shè)置3458A狀態(tài)

通電后3458A 首先處在power-on 狀態(tài)，此狀態(tài)下trigger arm，trigger，sample events事件都預(yù)設(shè)置為AUTO模式，這使得萬(wàn)用表處于不斷的讀數(shù)狀態(tài)，所以在為萬(wàn)用表的測(cè)量設(shè)置之前，必須先懸掛讀數(shù)，使其不在讀數(shù)狀態(tài)。解決此問(wèn)題的方法是presetting 萬(wàn)用表，即發(fā)送“PRESET NORM”或者“PRESET FAST”命令，其程序框圖如圖5所示。