數(shù)字多用表自動(dòng)化校準(zhǔn)系統(tǒng)

儀器計(jì)量校準(zhǔn)是恢復(fù)、保持設(shè)備性能指標(biāo)，保證測(cè)量準(zhǔn)確可靠的技術(shù)手段，所以需要在國(guó)家授權(quán)的計(jì)量校準(zhǔn)機(jī)構(gòu)定期的進(jìn)行校準(zhǔn)。但是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)和通信技術(shù)的飛速發(fā)展，儀器技術(shù)領(lǐng)域發(fā)生了巨大的變化，從最初的模擬儀器發(fā)展到現(xiàn)在的數(shù)字化儀器、嵌入式儀器和智能儀器。為現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)與儀器控制領(lǐng)域注入新的活力，新的測(cè)試領(lǐng)域、方法以及新的儀器結(jié)構(gòu)不斷出現(xiàn)，在許多方面已經(jīng)突破了傳統(tǒng)儀器的概念，電子儀器的功能和作用已經(jīng)發(fā)生了質(zhì)的變化。在這種背景下，儀器設(shè)備和測(cè)試系統(tǒng)之間的關(guān)系顯得更為重要。沒(méi)有自動(dòng)或智能測(cè)試系統(tǒng)的支持，一些復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)根本就無(wú)法獲得理想的測(cè)試結(jié)果。本課題所做的虛擬儀器技術(shù)在數(shù)字多用表計(jì)量校準(zhǔn)工作中的應(yīng)用，即數(shù)字多用表自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)是根據(jù)實(shí)驗(yàn)室計(jì)量工作的需要，按照現(xiàn)行相應(yīng)檢定規(guī)程的要求，采用LabVIEW軟件環(huán)境開(kāi)發(fā)了用戶(hù)界面和控制程序。此軟件系統(tǒng)通過(guò)對(duì)數(shù)字多用表自動(dòng)校準(zhǔn)、數(shù)據(jù)自動(dòng)處理來(lái)保障校準(zhǔn)過(guò)程的可靠性和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

系統(tǒng)的整體方案設(shè)計(jì)

一個(gè)完整的LabVIEW程序主要包括前面板、框圖程序、圖標(biāo)和連接器窗格三部分。前面板是交互式圖形化用戶(hù)界面，用于設(shè)置輸入數(shù)值和觀察輸出量?？驁D程序是定義VI功能的圖形化源代碼，利用圖形語(yǔ)言對(duì)前面板控制量和指示量進(jìn)行控制。圖表和連接器窗格是用于把程序定義成一個(gè)子程序，以便在其他程序中加以調(diào)用。

校準(zhǔn)的一般步驟是：
● 預(yù)熱儀器（包括被校儀器以及標(biāo)準(zhǔn)源）；
● 設(shè)置儀器的狀態(tài)，進(jìn)行測(cè)量記錄數(shù)據(jù)；
● 數(shù)據(jù)結(jié)果判定并給出結(jié)論；
● 自動(dòng)形成校準(zhǔn)證書(shū)和原始記錄。
本系統(tǒng)分模塊化編程，主要包括：
● 初始化設(shè)置模塊
● 數(shù)據(jù)采集動(dòng)態(tài)顯示模塊
● 證書(shū)生成模塊

圖1 數(shù)字多用表自動(dòng)化校準(zhǔn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖1即為本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

自動(dòng)化校準(zhǔn)系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程
首先，標(biāo)準(zhǔn)源和數(shù)字多用表按照要求開(kāi)機(jī)預(yù)熱，連接硬件設(shè)備（GPIB卡、488電纜等），硬件連接完成后，啟動(dòng)計(jì)算機(jī)，搜尋整個(gè)測(cè)試系統(tǒng)的物理地址分配情況，根據(jù)搜索到的各個(gè)儀器地址，在校準(zhǔn)軟件運(yùn)行時(shí)，設(shè)置正確的地址配置。

1初始化設(shè)置模塊

雙擊相應(yīng)的自動(dòng)化校準(zhǔn)程序圖標(biāo)，系統(tǒng)啟動(dòng)，進(jìn)入測(cè)試系統(tǒng)主界面,主界面的風(fēng)格以簡(jiǎn)捷實(shí)用為主，左側(cè)是各功能按鈕。首先進(jìn)入的是初始化設(shè)置模塊。初始化模塊的前面板如圖2所示，初始化模塊要設(shè)置被測(cè)試設(shè)備的校準(zhǔn)項(xiàng)目，設(shè)置被校儀器和標(biāo)準(zhǔn)源的GPIB地址，選擇是否是首次測(cè)試，此功能的目的是為了保存測(cè)量的數(shù)據(jù)，防止意外發(fā)生使測(cè)量數(shù)據(jù)丟失，需要重新進(jìn)行測(cè)試。選擇中英文語(yǔ)言，選擇校準(zhǔn)、檢定，選擇被測(cè)試設(shè)備的名稱(chēng)。初始化設(shè)置就完成了。

2 數(shù)據(jù)采集動(dòng)態(tài)顯示模塊

圖2 初始化模塊的前面板

該模塊的主要功能包括：初始化儀器、設(shè)置儀器的狀態(tài)、測(cè)量數(shù)值、數(shù)據(jù)位數(shù)控制、動(dòng)態(tài)顯示數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)結(jié)果判定、數(shù)據(jù)保存等。自動(dòng)化數(shù)據(jù)采集過(guò)程是完全模擬人工測(cè)量過(guò)程進(jìn)行測(cè)量的。儀器的初始化配置以及量程、顯示位數(shù)、精度、采樣數(shù)率、采樣時(shí)間、測(cè)量值、功能選擇等模塊從NI網(wǎng)站上下載，程序員也可以根據(jù)儀器編程說(shuō)明書(shū)提供的SCPI語(yǔ)言命令編寫(xiě)相應(yīng)的模塊。本模塊中的數(shù)據(jù)顯示位數(shù)、數(shù)據(jù)量程、上下限等都是根據(jù)測(cè)試計(jì)量對(duì)儀器的要求而自動(dòng)生成的，數(shù)據(jù)結(jié)果判定也是自動(dòng)完成的。程序把那些不合格的數(shù)據(jù)用紅色的字體顯示，使計(jì)量員在測(cè)量結(jié)束后容易發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)不合格。數(shù)據(jù)采集動(dòng)態(tài)顯示模塊的前面板如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)采集動(dòng)態(tài)顯示模塊的前面板

3 證書(shū)和原始記錄生成模塊

自動(dòng)生成證書(shū)和原始記錄，給計(jì)量員的工作帶來(lái)極大的便利，而且消除了人為操作易產(chǎn)生的出錯(cuò)，解放了勞動(dòng)力。計(jì)量員只需在證書(shū)生成模塊的前面板輸入相關(guān)的儀器信息和校準(zhǔn)信息，校準(zhǔn)項(xiàng)目，選擇相應(yīng)的證書(shū)摸板，程序即可自動(dòng)生成相應(yīng)的校準(zhǔn)證書(shū)和原始記錄。證書(shū)模塊的前面板如圖4所示。

圖4 證書(shū)和原始記錄模塊的前面板

結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)先后在航天514所電學(xué)室、河北省電力研究院等計(jì)量部門(mén)投入使用后。解放了勞動(dòng)力，校準(zhǔn)的效率大大提高，校準(zhǔn)的準(zhǔn)確性和可靠性也得到更好的保障。

本系統(tǒng)基于LabVIEW開(kāi)發(fā)，操作性強(qiáng)、速度快，能夠模仿人工計(jì)量的過(guò)程來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試計(jì)量。系統(tǒng)的機(jī)構(gòu)層次分明，容易移植更新模塊，而且還可以直接出證書(shū)和原始記錄，不但節(jié)省人力物力資源，并且測(cè)量速度快，避免了人與高電壓、大電流的接觸，保護(hù)人員安全，同時(shí)還具有測(cè)量數(shù)據(jù)點(diǎn)多，準(zhǔn)確可靠的優(yōu)點(diǎn)，并能消除人工計(jì)數(shù)中可能發(fā)生的錯(cuò)誤以及人工計(jì)算過(guò)程中的算術(shù)錯(cuò)誤。