基于LabVIEW實現(xiàn)的隔離放大器的自動測試

張聰 肖藝 陳馨

（中國船舶重工集團(tuán)公司第七一二研究所，武漢 430064）

0 引言

隔離放大器主要用于要求共模抑制比高的模擬信號的傳輸過程中，例如輸入數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號是微弱的模擬信號，而測試現(xiàn)場的干擾比較大對信號的傳遞精度要求又高，這時可以考慮在模擬信號進(jìn)入系統(tǒng)之前用隔離放大器進(jìn)行隔離，以保證測試的精度和可靠性。

對隔離放大器的非線性誤差，傳統(tǒng)檢測方法多是采用人工手動方式進(jìn)行，測試過程中要用多臺儀器來檢測十幾個點(diǎn)，要重復(fù)多次的數(shù)據(jù)輸入以及輸出數(shù)據(jù)的讀數(shù)、記錄，最后還要對記錄在表格上的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理得出非線性誤差，工作量大，耗時長，特別是受操作者個人習(xí)慣、視差等因素影響，結(jié)果不客觀，尤其是長時間的重復(fù)操作難免出錯。針對此種問題和需求，結(jié)合實驗室現(xiàn)有的儀器儀表，筆者在 LabVIEW 平臺上組建了一套隔離放大器的自動測試系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)測量原理和組成

用FLUKE 5520A標(biāo)準(zhǔn)源作為隔離放大器輸入信號源，以數(shù)字多用表Agilent 34411A來測量隔離放大器的輸出信號，根據(jù)隔離放大器的檢測要求，在量程范圍內(nèi)選取11個測量點(diǎn)進(jìn)行測量，依據(jù)測量結(jié)果計算非線性誤差并將所有測試數(shù)據(jù)和計算結(jié)果自動生成測試報告并打印。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

測試系統(tǒng)的硬件由計算機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)源5520A、數(shù)字多用表34411A、直流穩(wěn)壓電源、打印機(jī)、自制隔離放大器測試電路板以及待測放大器組成，如圖1所示。

計算機(jī)不需要安裝專門的 G PIB板卡，本系統(tǒng)采用了NI公司的GPIB-USB-HS標(biāo)準(zhǔn)線纜，這樣就可以通過GPIB方式同標(biāo)準(zhǔn)源5520A通信，簡化了系統(tǒng)；與數(shù)字多用表34411A通過TCPIP通信就可以了。

2 系統(tǒng)軟件的設(shè)計

2.1 GPIB通信

LabVIEW中有專門的GPIB模塊驅(qū)動，可以用來實現(xiàn)基于GPIB儀器的自動控制。GPIB Write和GPIB Read是使用得最頻繁的兩個函數(shù)，掌握這兩個函數(shù)就可以完成儀器的設(shè)置、數(shù)據(jù)的讀寫，圖2是LabVIEW與5520A進(jìn)行GPIB通信的程序框圖。

圖2 GPIB通信程序框圖

根據(jù)5520A的技術(shù)手冊，查詢程控功能碼，寫入框圖的F1欄就可以實現(xiàn)計算機(jī)通過GPIB通信控制5520A的輸出了。

2.2 TCPIP通信

VISA是一組標(biāo)準(zhǔn)的 I/O函數(shù)庫及其相關(guān)規(guī)范的總稱，只要采用了VISA標(biāo)準(zhǔn)，測試程序可以不加修改地應(yīng)用到不同種類的接口上，驅(qū)動軟件可以相互兼容使用，這為開發(fā)者提供了很大的便利。首先通過VISA Open函數(shù)打開VISA端口，打開端口后通過 VISA Write函數(shù)向儀器寫入命令，F(xiàn)2為寫入的程控命令碼，VISA Read函數(shù)從儀器讀回數(shù)據(jù)。

圖3 TCPIP通信程序框圖

根據(jù)34411A的技術(shù)手冊，查詢它的IP地址，填入VISA資源名稱；查詢儀器的程控命令碼，填入F2就可以進(jìn)行通信了。

2.3 非線性誤差算法

在使用具有非線性特性的放大器時，經(jīng)常用一條直線來近似的代表實際的非線性特性，實際變換曲線與擬合直線間的偏差稱為隔離放大器的非線性誤差。非線性誤差的大小是以一定的擬合直線為基準(zhǔn)直線而得出來的。擬合直線不同，非線性誤差也不同。所以，選擇擬合直線的主要出發(fā)點(diǎn)，應(yīng)是獲得最小的非線性誤差。另外，還應(yīng)考慮使用是否方便，計算是否簡便。綜合以上因素，本設(shè)計采用的是端點(diǎn)連線平移擬合法，在端點(diǎn)連線擬合基礎(chǔ)上使直線平移，移動距離為原先的一半。隔離放大器非線性校正示意圖如下。

圖4 隔離放大器非線性校正示意圖

非線性誤差的公式定義如下：

式中：ΔLmax—最大非線性絕對誤差；

yFS—輸出滿度值；

γL—基準(zhǔn)非線性誤差。

2.4 系統(tǒng)時序

為了獲得正確的測試結(jié)果，必須保證儀器工作的時序，標(biāo)準(zhǔn)信號源給隔離放大器輸入信號，信號經(jīng)測試電路板適當(dāng)變換后輸出，數(shù)字多用表測量輸出的信號。這就要求除正確處理好測量方法外，還要在實踐中研究摸索正確的程控命令發(fā)送序列。一方面充分利用儀器自身的同步、觸發(fā)、等待等命令，另一方面利用高級語言的功能來實現(xiàn)對儀器狀態(tài)的判斷及等待，使系統(tǒng)在計算機(jī)控制下有序地進(jìn)行命令、數(shù)據(jù)的傳遞和交換，而不發(fā)生沖突混亂，同時還有效地實現(xiàn)儀器的功能。例如：信號源還沒有輸出數(shù)據(jù)計算機(jī)就開始從數(shù)字表讀數(shù)，導(dǎo)致程序出錯或測試不準(zhǔn)。解決好時序控制確保了系統(tǒng)測量準(zhǔn)確性，同時也使系統(tǒng)在保證準(zhǔn)確度的同時獲得盡可能快的測量速度。

圖5 軟件流程圖

在計算機(jī)給 5520A發(fā)送程控命令到從34411A讀出數(shù)據(jù)之間，設(shè)置了6S的延時，目的是為了等待輸出信號的穩(wěn)定，避免在信號波動的時候讀數(shù)引起明顯誤差。

LabVIEW的功能塊包含順序結(jié)構(gòu)模塊，目的在于對有時序要求的程序進(jìn)行控制。程序執(zhí)行的時候就像放電影膠片一樣，一幀一幀地按順序執(zhí)行。因此，采用順序結(jié)構(gòu)可以很好的保證數(shù)據(jù)發(fā)送和讀取的時序正確。

圖6 軟件執(zhí)行簡圖

其中幀0完成11點(diǎn)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，幀1完成非線性誤差的計算，幀2完成報表的生成，幀3完成報表的打印。整個測試系統(tǒng)的前面板如圖 7所示。

2.5 生成報表

測試工作完成后，需要將測量的結(jié)果以數(shù)據(jù)報表、結(jié)果通知書報告給客戶，結(jié)合各種報表生成的方法，本系統(tǒng)選擇ActiveX生成Word報表方法，這個種方法具有較好的效果和質(zhì)量，具有較低的軟件開發(fā)成本，是一種既實用又經(jīng)濟(jì)的方法。這里可以把Word當(dāng)成一個ActiveX自動化服務(wù)器，把LabVIEW當(dāng)成客戶端，去控制Word的屬性和方法，從而生成完美的報表。

圖7 隔離放大器測試前面板

3 結(jié)束語

本文介紹的隔離放大器自動測試系統(tǒng)，具有較強(qiáng)的實用性，可以在工作中代替人工手動操作，測試過程中極大的簡化了人為因素引起的誤差；避免了手工抄寫原始記錄和繁瑣的數(shù)據(jù)處理過程，既提高了工作效率也降低了出錯概率，具有實際應(yīng)用價值。

[1]翟玉衛(wèi), 鄭世棋. 基于LabVIEW平臺的數(shù)字多用表自動校準(zhǔn)系統(tǒng).[J]. 2010國防計量與測試學(xué)術(shù)交流會,232～235.

[2]陶成忠, 汪振科. 基于GPIB總線的信號發(fā)生器自動檢定系統(tǒng)[J]. 應(yīng)用天地, 2007,26(6):65～67.

[3]張華, 史永彬. LabVIEW中GPIB儀器編程[J]. 儀器儀表標(biāo)準(zhǔn)化與計量, 2006, (5): 34～35.