基于Labview的自動化精密阻抗分析系統(tǒng)構架
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隨著科學技術的進步，各類實驗研究的對象和方法也越來越復雜，相對應的實驗系統(tǒng)及實驗平臺的復雜度也成幾何增長。傳統(tǒng)的人工操作在精確度及重復性上已遠遠不能滿足要求。于是儀器設備的高度可集成化和可自動化已成為當代儀器必不可少的特性。但不同實驗系統(tǒng)所要求的測量參數(shù)和步驟均不同，因此所需要的實驗儀器系統(tǒng)同時也應該是可模塊化并且可自主集成的。虛擬儀器(VIs)概念的提出使得可以利用傳統(tǒng)的儀器設備來搭建不同的實驗平臺。并且由于VI是可編程和可程控的，這樣可以依據(jù)不同的實驗要求來改變實驗平臺的設計。基于VI的平臺相比較于商業(yè)化的集成平臺有著顯著的優(yōu)勢：a．利用各類傳統(tǒng)儀器即可搭建復雜的系統(tǒng)；b．平臺的功能可以通過程序的改變而簡單地變換；c．在避免復雜的重復性測量工作的同時，實驗的準確性也得到了顯著的提高。
1 精密阻抗分析系統(tǒng)的搭建
Agilent 4294A精密阻抗分析儀主要應用于測量材料的各類電阻、電抗、電容等參數(shù)。其高精度、可多次掃描和多參數(shù)設置使得其被廣泛應用于各類半導體薄膜材料、納米材料和工程材料的特性測試。然而他在實驗系統(tǒng)的搭建中很難被集成，其主要原因是：a．缺乏方便的儲存載體；b．掃描測量需要人工進行大量反復的數(shù)據(jù)記錄；c．單次掃描無法自動重復進行。但4294A內(nèi)部已集成HP公司開發(fā)的IBASIC語言系統(tǒng)以及多個移位寄存器來進行狀態(tài)儲存和識別，同時配備有GPIB接口，因此可以利用PCI轉接GPIB卡來使4294A同個人電腦進行數(shù)據(jù)通信及存儲。
在對于VI的設計上，選用NI公司開發(fā)的Labview軟件。作為NI公司推出的第一款VI設計軟件，由于其高度的通用性以及高效的人機交互界面，Labview已被廣泛應用于各類實驗儀器平臺的搭建和設計。利用Labview 8．0來進行GPIB口地址選擇、指令輸送接收、儀器參數(shù)設定、測量指令觸發(fā)、波形繪制以及數(shù)據(jù)存儲功能的實現(xiàn)。
在連接上，利用ADLINK PXI-3488 GPIB卡以及GPIB專用通信數(shù)據(jù)線來實現(xiàn)。因此實驗系統(tǒng)的搭建如圖1所示。
2 Labview實驗程序的編寫
需要利用Labview來完美實現(xiàn)Agi lent 4294A的各個功能。利用GPIB口可以將PC同4294A連接起來，并利用SCPI(Standard Commands for Programmable Instruments)指令來對儀器進行狀態(tài)查詢和程序控制。4294A擁有儲存儀器狀態(tài)的一套完整的狀態(tài)寄存器。因此通過調用查詢寄存器不同位的數(shù)值就可以判斷測量參數(shù)設定是否完畢，掃描是否啟動或停止，以及數(shù)據(jù)是否讀入。4294A的寄存器結構是一個典型的層級結構，如圖2所示。通過對事件寄存器以及狀態(tài)位寄存器相應位的查詢即可知道儀器詳細的操作狀態(tài)。
對于儀器控制部分的程序編寫，主要分為以下幾個部分：a．儀器參數(shù)設定部分；b．圖形繪制和數(shù)據(jù)顯示部分；c．數(shù)據(jù)記錄及儲存部分。
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