一種基于高穩(wěn)定電源虛擬測試系統(tǒng)的設(shè)計方案

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

測試系統(tǒng)硬件組成及原理

1、系統(tǒng)組成

該測試系統(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，電壓數(shù)字化數(shù)據(jù)經(jīng)GBIB 接口連線輸入到計算機(jī)，計算機(jī)進(jìn)行分析處理并實時顯示。

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)字多用表可以滿足要求。

該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集過程為：數(shù)字多用表3458A 具有標(biāo)準(zhǔn)的GPIB 接口，通過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算機(jī)連接。

2、穩(wěn)定度測試方法

根據(jù)國標(biāo)《JB/T 9352-1999 ，透射電子顯微鏡試驗方法》，線圈電源穩(wěn)定度的定義為在一定時間內(nèi)采樣電壓變化量與該時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反映線圈電源的狀況。

測試過程是：讓線圈電源穩(wěn)定工作一段時間，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為一計算區(qū)間，10 min共10個區(qū)間，計算每個區(qū)間的取樣電壓變化量，然后求10個區(qū)間的電壓變化量的算術(shù)平均值，具體可按式(1)計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)稱值。

系統(tǒng)的軟件設(shè)計

本系統(tǒng)在虛擬儀器開發(fā)平臺LabVIEW 8.5 環(huán)境下開發(fā)，編寫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)的實時圖形顯示，數(shù)據(jù)的文件存儲等功能。該系統(tǒng)設(shè)計了將數(shù)據(jù)存儲為。txt 文件格式，事后可以用軟件Excel 進(jìn)行相關(guān)處理。程序流程簡圖如圖2所示。

設(shè)計的采集程序界面如圖3 所示，當(dāng)點擊開始，設(shè)置每秒鐘的采樣點數(shù)與間隔時間(積分時間)，點擊開始存儲文件后就開始采集數(shù)據(jù)顯示并存儲。可以根據(jù)即時波形圖與整體波形圖來得到測量電壓的信息。

1、配置3458A的程序設(shè)計

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

VISA 是在所有LabVIEW 工作平臺上控制VXI、GPIB、RS 232 以及其他種類儀器的單接口程序庫。采用了VISA 標(biāo)準(zhǔn)，就不考慮時間及儀器I/O選擇項，驅(qū)動軟件相互之間可以通用。對3458A 進(jìn)行遠(yuǎn)程操作包括三部分：讀或改變GPIB地址、給萬用表發(fā)指令、從萬用表讀數(shù)，為正常使用3458A的各項功能需對3458A進(jìn)行各項必要的配置。

1.1、初始化3458A

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

lNSTR;其次測試3458A 是否與計算機(jī)正常連接，如果給3458A發(fā)指令“ID-”，儀器將會返回“HP3458A”，因此利用這一點就會很方便的知道3458A 是否正常與計算機(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，這使得萬用表處于不斷的讀數(shù)狀態(tài)，所以在為萬用表的測量設(shè)置之前，必須先懸掛讀數(shù)，使其不在讀數(shù)狀態(tài)。解決此問題的方法是presetting 萬用表，即發(fā)送“PRESET NORM”或者“PRESET FAST”命令，其程序框圖如圖5所示。