基于高穩(wěn)定電源虛擬測試系統(tǒng)設計方案

　　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)組成結構如圖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。

　　測試系統(tǒng)組成圖

　　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 具有標準的GPIB 接口，通過82357B 模塊轉(zhuǎn)換成標準的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《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次算術平均值；VSV 為取樣電壓的標稱值。

　　2 系統(tǒng)的軟件設計

　　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 進行相關處理。程序流程簡圖如圖2所示。

　　程序流程圖

　　設計的采集程序界面如圖3 所示，當點擊開始，設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?？梢愿鶕?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 標準，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。

　　操作界面圖