基于LabVIEW實現的隔離放大器的自動測試

張聰 肖藝 陳馨

（中國船舶重工集團公司第七一二研究所，武漢 430064）

0 引言

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，例如輸入數據采集系統的信號是微弱的模擬信號，而測試現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入系統之前用隔離放大器進行隔離，以保證測試的精度和可靠性。

對隔離放大器的非線性誤差，傳統檢測方法多是采用人工手動方式進行，測試過程中要用多臺儀器來檢測十幾個點，要重復多次的數據輸入以及輸出數據的讀數、記錄，最后還要對記錄在表格上的數據進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慣、視差等因素影響，結果不客觀，尤其是長時間的重復操作難免出錯。針對此種問題和需求，結合實驗室現有的儀器儀表，筆者在 LabVIEW 平臺上組建了一套隔離放大器的自動測試系統。

1 系統測量原理和組成

用FLUKE 5520A標準源作為隔離放大器輸入信號源，以數字多用表Agilent 34411A來測量隔離放大器的輸出信號，根據隔離放大器的檢測要求，在量程范圍內選取11個測量點進行測量，依據測量結果計算非線性誤差并將所有測試數據和計算結果自動生成測試報告并打印。

圖1 系統硬件結構圖

測試系統的硬件由計算機、標準源5520A、數字多用表34411A、直流穩壓電源、打印機、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。

計算機不需要安裝專門的 G PIB板卡，本系統采用了NI公司的GPIB-USB-HS標準線纜，這樣就可以通過GPIB方式同標準源5520A通信，簡化了系統；與數字多用表34411A通過TCPIP通信就可以了。

2 系統軟件的設計

2.1 GPIB通信

LabVIEW中有專門的GPIB模塊驅動，可以用來實現基于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，掌握這兩個函數就可以完成儀器的設置、數據的讀寫，圖2是LabVIEW與5520A進行GPIB通信的程序框圖。

圖2 GPIB通信程序框圖

根據5520A的技術手冊，查詢程控功能碼，寫入框圖的F1欄就可以實現計算機通過GPIB通信控制5520A的輸出了。

2.2 TCPIP通信

VISA是一組標準的 I/O函數庫及其相關規范的總稱，只要采用了VISA標準，測試程序可以不加修改地應用到不同種類的接口上，驅動軟件可以相互兼容使用，這為開發者提供了很大的便利。首先通過VISA Open函數打開VISA端口，打開端口后通過 VISA Write函數向儀器寫入命令，F2為寫入的程控命令碼，VISA Read函數從儀器讀回數據。

圖3 TCPIP通信程序框圖

根據34411A的技術手冊，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就可以進行通信了。

2.3 非線性誤差算法

在使用具有非線性特性的放大器時，經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點，應是獲得最小的非線性誤差。另外，還應考慮使用是否方便，計算是否簡便。綜合以上因素，本設計采用的是端點連線平移擬合法，在端點連線擬合基礎上使直線平移，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—基準非線性誤差。

2.4 系統時序

為了獲得正確的測試結果，必須保證儀器工作的時序，標準信號源給隔離放大器輸入信號，信號經測試電路板適當變換后輸出，數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送序列。一方面充分利用儀器自身的同步、觸發、等待等命令，另一方面利用高級語言的功能來實現對儀器狀態的判斷及等待，使系統在計算機控制下有序地進行命令、數據的傳遞和交換，而不發生沖突混亂，同時還有效地實現儀器的功能。例如：信號源還沒有輸出數據計算機就開始從數字表讀數，導致程序出錯或測試不準。解決好時序控制確保了系統測量準確性，同時也使系統在保證準確度的同時獲得盡可能快的測量速度。

圖5 軟件流程圖

在計算機給 5520A發送程控命令到從34411A讀出數據之間，設置了6S的延時，目的是為了等待輸出信號的穩定，避免在信號波動的時候讀數引起明顯誤差。

LabVIEW的功能塊包含順序結構模塊，目的在于對有時序要求的程序進行控制。程序執行的時候就像放電影膠片一樣，一幀一幀地按順序執行。因此，采用順序結構可以很好的保證數據發送和讀取的時序正確。

圖6 軟件執行簡圖

其中幀0完成11點數據的發送與接收，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。整個測試系統的前面板如圖 7所示。

2.5 生成報表

測試工作完成后，需要將測量的結果以數據報表、結果通知書報告給客戶，結合各種報表生成的方法，本系統選擇ActiveX生成Word報表方法，這個種方法具有較好的效果和質量，具有較低的軟件開發成本，是一種既實用又經濟的方法。這里可以把Word當成一個ActiveX自動化服務器，把LabVIEW當成客戶端，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

3 結束語

本文介紹的隔離放大器自動測試系統，具有較強的實用性，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據處理過程，既提高了工作效率也降低了出錯概率，具有實際應用價值。

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