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)
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)。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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。
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