基于高稳定电源虚拟测试系统设计方案 电源, 开发, 项目

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0 引言
一般电源稳定度的测试有众多方法。在220 kV场发射枪透射电子显微镜的研制过程中，其线圈恒流电源的稳定度要求甚高，特别是物镜线圈恒流电源，其线圈电流稳定度达到2 ppm/min.这就迫切需要搭建一套可靠，方便和高效的电源稳定度测试系统来开展工作。目前，高稳定度测试系统常采用记录仪方法，但其操作不方便，精度不高。
根据项目工作需要，作者开发了实用化的基于Lab-VIEW 虚拟平台的线圈电源高稳定度的在线自动测试系统。本文以物镜线圈电源电流稳定度测试为例，介绍该系统的组成，测量原理及软件编程实现，并给出数据处理方法及测量结果。
1 测试系统硬件组成及原理
1.1 系统组成
该测试系统组成结构如图1所示，线圈电源给线圈与采样电阻R 提供电流，8位半数字多用表采集采样电阻R 上的电压信号，电压数字化数据经GBIB 接口连线输入到计算机，计算机进行分析处理并实时显示。


本系统数字多用表采用Agilent公司3458A 多用数字多用表。3458A直流电压档具体特性为：最高8.5 位(28位A/D)分辨率，最高灵敏度10 nV;0.6 ppm /24 h精度，8 ppm/年电压基准电压稳定度。线圈电源稳定度最高为物镜线圈电源，要求线圈电流稳定度为2 ppm/min,因此3458A数字多用表可以满足要求。
该系统的数据采集过程为：数字多用表3458A 具有标准的GPIB 接口，通过82357B 模块转换成标准的USB接口，这样就可以方便地与计算机连接。
1.2 稳定度测试方法
根据国标《JB/T 9352-1999 ,透射电子显微镜试验方法》，线圈电源稳定度的定义为在一定时间内采样电压变化量与该时间电压平均值的比值。在上面的系统组成图中，采样电阻为非常稳定的金属膜电阻，且置于恒温油箱中，因此采样电阻的电压可以真实反映线圈电源的状况。
测试过程是：让线圈电源稳定工作一段时间，连续记录采样电压，然后从中取出连续记录10 min 比较稳定的数据，以每1 min为一计算区间，10 min共10个区间，计算每个区间的取样电压变化量，然后求10个区间的电压变化量的算术平均值，具体可按式(1)计算线圈电源的分钟电压稳定度：


式中：Sa 为1 min电压稳定度;ΔVSV 为每分钟取样电压变化量的10次算术平均值;VSV 为取样电压的标称值。
2 系统的软件设计
本系统在虚拟仪器开发平台LabVIEW 8.5 环境下开发，编写的程序完成的主要功能有：配置3458A 数字电压表，从电压表内读取数据，数据的实时图形显示，数据的文件存储等功能。该系统设计了将数据存储为。txt 文件格式，事后可以用软件Excel 进行相关处理。程序流程简图如图2所示。


设计的采集程序界面如图3 所示，当点击开始，设置每秒钟的采样点数与间隔时间(积分时间)，点击开始存储文件后就开始采集数据显示并存储。可以根据即时波形图与整体波形图来得到测量电压的信息。
2.1 配置3458A的程序设计
本系统中计算机与3458A 的通信都使用LabVIEW的VISA函数来完成，有关特点如下：
VISA 是在所有LabVIEW 工作平台上控制VXI、GPIB、RS 232 以及其他种类仪器的单接口程序库。采用了VISA 标准，就不考虑时间及仪器I/O选择项，驱动软件相互之间可以通用。对3458A 进行远程操作包括三部分：读或改变GPIB地址、给万用表发指令、从万用表读数，为正常使用3458A的各项功能需对3458A进行各项必要的配置。


2.1.1 初始化3458A
首先配置GPIB 地址，通常3458A 出厂时预留的地址默认为22,可以将其地址设置为：GPIB0::22::
lNSTR;其次测试3458A 是否与计算机正常连接，如果给3458A发指令“ID-”,仪器将会返回“HP3458A”,因此利用这一点就会很方便的知道3458A 是否正常与计算机连接，其程序框图如图4所示。


2.1.2 预设置3458A状态
通电后3458A 首先处在power-on 状态，此状态下trigger arm,trigger,sample events事件都预设置为AUTO模式，这使得万用表处于不断的读数状态，所以在为万用表的测量设置之前，必须先悬挂读数，使其不在读数状态。解决此问题的方法是presetting 万用表，即发送“PRESET NORM”或者“PRESET FAST”命令，其程序框图如图5所示。