基于高穩(wěn)定電源虛擬測試系統(tǒng)設(shè)計方案
來源：電子愛好者博客 作者：袁水平，董全林2013年11月28日 16:24
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[導(dǎo)讀] 為了測試電子顯微鏡高穩(wěn)定線圈恒流電源的穩(wěn)定度，本文提出了一種基于高穩(wěn)定電源虛擬測試系統(tǒng)設(shè)計方案。該方案中所設(shè)計的系統(tǒng)硬件平臺基于GPIB總線，以8位半數(shù)字多用表為高精度電壓采集設(shè)備，軟件系統(tǒng)以LabVIEW為開發(fā)平臺，可以實時采集處理線圈電流反饋的電壓信號。應(yīng)用該系統(tǒng)測試了穩(wěn)定度為2 ppm/min的物鏡線圈電源。結(jié)果表明，該測試系統(tǒng)精度高，反應(yīng)快，使用方便，滿足自動測試高穩(wěn)定電源的需求。
關(guān)鍵詞：3458A虛擬測試電源技術(shù)
0 引言
一般電源穩(wěn)定度的測試有眾多方法。在220 kV場發(fā)射槍透射電子顯微鏡的研制過程中，其線圈恒流電源的穩(wěn)定度要求甚高，特別是物鏡線圈恒流電源，其線圈電流穩(wěn)定度達到2 ppm/min.這就迫切需要搭建一套可靠，方便和高效的電源穩(wěn)定度測試系統(tǒng)來開展工作。目前，高穩(wěn)定度測試系統(tǒng)常采用記錄儀方法，但其操作不方便，精度不高。
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。
1 測試系統(tǒng)硬件組成及原理
1.1 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，計算機進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連接。
1.2 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。
2 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。
2.1 配置3458A的程序設(shè)計
本系統(tǒng)中計算機與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 進行遠程操作包括三部分：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進行各項必要的配置。
2.1.1 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 是否正常與計算機連接，其程序框圖如圖4所示。
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