基于TestStand的高頻參數(shù)自動化測量系統(tǒng)研究

冉勁松

摘 要：隨著微波技術(shù)的不斷發(fā)展，具有創(chuàng)新性的微波系統(tǒng)不斷出現(xiàn)，在測量技術(shù)水平和精確度方面都有了較大提高。其中擁有智能化和自動化性質(zhì)的微波測量技術(shù)成為了一種趨勢。由于微波測量技術(shù)的重要性，我們進行以高頻參數(shù)自動化測量為主要發(fā)展方向的課題研究，運用微波測量技術(shù)，將儀器和系統(tǒng)模塊化，設(shè)計出能夠自動測量微波高頻參數(shù)的自動化測量系統(tǒng)。本文針對TestStand的高頻參數(shù)自動化測量系統(tǒng)進行相應(yīng)的研究，并且匯總成文字，為相關(guān)的研究人員提供一定參考。

關(guān)鍵詞：TestStand；虛擬儀器；高頻參數(shù)；測量系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.14.128

1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

由于一些發(fā)達國家技術(shù)水平相對領(lǐng)先，早已對自動化測基于TestStand的高頻參數(shù)自動化測量系統(tǒng)研究基于TestStand的高頻參數(shù)自動化測量系統(tǒng)研究試系統(tǒng)有所應(yīng)用，并且在生產(chǎn)的過程中發(fā)揮出了重要作用。而我國雖然對于這項技術(shù)的應(yīng)用較晚，但是由于大量的人力和資金投入，自動化測試系統(tǒng)的研究也取得了一定的成果，但是相對于研究，自動化測量系統(tǒng)的實際發(fā)展卻相對較慢。自動化測試平臺在構(gòu)建中模型一般都是串聯(lián)的，但是在我國，為了節(jié)省成本和便于操作，設(shè)備之間都是分離的。并且在理論應(yīng)用于實際的環(huán)節(jié)中，技術(shù)不夠成熟，儀器的開發(fā)程度不高。近年來，雖然由于對儀器可靠性和穩(wěn)定性的重視，使得儀器行業(yè)走出低谷，但是有很大的發(fā)展上升空間。

2 系統(tǒng)構(gòu)架與儀器驅(qū)動

2.1 TestStand系統(tǒng)構(gòu)架

TestStand系統(tǒng)被應(yīng)用于各種自動化模型設(shè)計和對測試系統(tǒng)在加載、控制等操作。使用TestStand可以完成對系統(tǒng)的修改、調(diào)試和完善工作。

2.2 LabVIEW的優(yōu)勢

LabVIEW，運用的是圖形化編輯語言編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。作為通用的編程系統(tǒng)，它所擁有的函數(shù)庫可以支撐任何程序編寫任務(wù)。

2.3 儀器驅(qū)動

運用NI-VISA，為初學(xué)者提供了入門級別的易于使用的控制函數(shù)集，為高端的設(shè)計提供強大的儀器控制功能和對資源的管理方法。

2.4 儀器通信

儀器通信的關(guān)鍵在于母線借口的選擇。在研究過程中，所選用的是GPIB系統(tǒng)。這種用于工程控制的協(xié)議是目前一種國際標準。這種系統(tǒng)只允許一個控者起作用。具有以下幾個特點：

（1）對裝置的連接通過一條總線，并且無論多少臺裝置都可以通過這一條總線連接成功。

（2）運用并行比特和串行字節(jié)兩種雙向異步的傳輸方式對數(shù)據(jù)進行傳輸，傳輸?shù)乃俣认鄬^慢。

（3）總線上運用負8邏輯來傳輸消息。

（4）單字節(jié)的地址中有三十一個講地址和三十一個聽地址；雙字節(jié)地址中講地址的數(shù)量為九百六十一個，與聽地址的數(shù)量相同。

（5）主要用在受到電氣干擾不強烈的實驗室和生產(chǎn)現(xiàn)場。

2.5 系統(tǒng)的軟硬件構(gòu)架

通過對網(wǎng)絡(luò)分析儀和半導(dǎo)體分析儀，以及模擬信號發(fā)生儀運用GPIB進行串接，然后與PC機相連接，通過儀器驅(qū)動識別儀器和VISA，找出與各自對應(yīng)的儀器地址，進行變成。在數(shù)據(jù)和參數(shù)傳輸過程中，保證自動化測試的基礎(chǔ)。

3 儀器的GUI設(shè)計和整合

3.1 設(shè)計

結(jié)合儀器的自身硬件地址或者認為進行設(shè)定，通過一系列系統(tǒng)，在具體儀器要求中，設(shè)置不同的傳輸、中斷和等待模式。

3.2 GUI實際使用的網(wǎng)絡(luò)分析儀

運用E8363C矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀。這種分析儀的測量范圍較大，并且擁有合理的冬天范圍。擁有可以測量晶圓、波導(dǎo)和天線等物質(zhì)的能力。

3.3 模擬信號發(fā)生器的選擇

選用N5181A模擬信號發(fā)生器，這種發(fā)生器頻率較快，幅度切換能力較強，與其它模擬信號發(fā)生器相比，可靠性高，便于自我維護。信號源作為測試環(huán)節(jié)中的基礎(chǔ)因素，需要具備較強的性能。在選擇基準信號時，既可以通過內(nèi)部產(chǎn)生的方式選擇，也可以通過外部激勵的方式。內(nèi)部產(chǎn)生方式可以選用標準的正弦波或者白噪聲。

3.4 生成動態(tài)鏈接庫

在一起的子VI完成后，我們要對其它程序進行調(diào)用，這樣有助于整個系統(tǒng)的運行、調(diào)試。

4 儀器一體化GUI設(shè)計和系統(tǒng)的搭建

4.1 結(jié)構(gòu)選擇

在上述的環(huán)節(jié)中，完成了子VI的編寫工作。為了使各種儀器共同工作在一個平臺上，我們將GUI選擇事件結(jié)構(gòu)加入到循環(huán)結(jié)構(gòu)里。如果一直在一臺儀器上通信，可能會損害儀器，并且運行不穩(wěn)，出現(xiàn)錯報、誤報情況，所以盡量避免采用選擇結(jié)構(gòu)。

4.2 儀器一體化GUI設(shè)計

通過將VI放到事件結(jié)構(gòu)中，建立相應(yīng)按鍵，設(shè)置合理的按鍵值作為觸發(fā)方式。

4.3 TestStand測試序列設(shè)計

將TestStand應(yīng)用于程序編程接口，并且為測試序列中加入編寫好的VI。初始設(shè)置和最后需要關(guān)閉的程序防止到測試序列之中。整個系統(tǒng)實現(xiàn)自動化和智能化，一切可以依靠變成好的系統(tǒng)進行控制和保證運轉(zhuǎn)。保證在每一個測試步驟或者循環(huán)完成后，都要對系統(tǒng)中的變量進行重新設(shè)置，避免與下一個測試環(huán)節(jié)發(fā)生沖突。

5 結(jié)束語

在這個研究中，通過結(jié)合矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀PNX、半導(dǎo)體分析儀B1500A以及模擬信號發(fā)生器N5171A，嚴格依照各個具體的流程的操作要求，設(shè)計出研究的對象—基于TestStand的高頻參數(shù)自動化測量系統(tǒng)和儀器一體化控制GUI，在微波技術(shù)不斷發(fā)展并且運用的當代，這些研究不僅有助于技術(shù)的進步，更對社會中的生產(chǎn)起到積極的促進作用。此次研究取得了一定的實際效果，可以為TestStand的高頻參數(shù)自動化研究提供一定的參考。在未來微波測量技術(shù)必將成為主流測量技術(shù)的背景下，相關(guān)的研究人員要不斷對于相應(yīng)的技術(shù)進行深入的研究，不斷對現(xiàn)有技術(shù)進行完善和創(chuàng)新，為今后的社會生產(chǎn)更新出越來越多的高效技術(shù)，保障國家長久穩(wěn)定的發(fā)展勢頭。