高穩(wěn)定電源虛擬測試系統(tǒng)

摘 要： 為了測試電子顯微鏡高穩(wěn)定線圈恒流電源的穩(wěn)定度，設計了一種基于虛擬儀器技術的在線測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)硬件平臺基于GPIB總線，以8位半數(shù)字多用表為高精度電壓采集設備，軟件系統(tǒng)以LabVIEW為開發(fā)平臺，可以實時采集處理線圈電流反饋的電壓信號。應用該系統(tǒng)測試了穩(wěn)定度為2 ppm/min的物鏡線圈電源。結果表明，該測試系統(tǒng)精度高，反應快，使用方便，滿足自動測試高穩(wěn)定電源的需求。

關鍵詞： 虛擬儀器； LabVIEW； 電源穩(wěn)定度； 線圈電源

中圖分類號： TN98?34； TN16 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）18?0151?04

0 引 言

一般電源穩(wěn)定度的測試有眾多方法[1?2]。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[3]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LabVIEW虛擬平臺的線圈電源高穩(wěn)定度的在線自動測試系統(tǒng)[4]。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。

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

2 系統(tǒng)的軟件設計

2.1 配置3458A的程序設計

2.1.2 預設置3458A狀態(tài)

2.2 配置3458A的A/D轉換器程序設計

3 測試結果

使用該系統(tǒng)首先對3458A數(shù)字表的零漂（測試兩表筆短接時電壓值即電壓表的零漂）進行測量，在實驗室環(huán)境下得到如圖9所示的測試曲線。當3458A數(shù)字表穩(wěn)定工作時，得到其零漂小于1[μV]，因此可以看出該系統(tǒng)具有相當高的精度，當測試電壓值超過1 V時，可以達到1 ppm的測試精度[4?5]。

然后使用該系統(tǒng)測試了電子顯微鏡的物鏡線圈恒流電源的穩(wěn)定度。由于線圈恒流電源中，其采樣電阻具有非常高的穩(wěn)定度（置于恒溫郵箱中且溫漂小于1 ppm/℃），因此采集該電阻兩端的電壓就可以計算出線圈電流的穩(wěn)定度。當電源工作比較穩(wěn)定時，使用該系統(tǒng)采集采樣電阻兩端的數(shù)據(jù)以.txt文件格式存儲。使用Excel軟件可以方便地對存儲的數(shù)據(jù)進行處理。如圖10所示，可以得到整體效果圖，然后可以選擇一段比較平穩(wěn)的10 min數(shù)據(jù)來進行處理計算，就可以得到電源的1 min穩(wěn)定度。

4 結 語

通過實踐應用，在多路高穩(wěn)定的電源穩(wěn)定度測試中，該系統(tǒng)具有高精度，方便與高效等優(yōu)點。由于采用計算機軟件采集處理測試數(shù)據(jù)，可以減少人為的測量、處理誤差，同時節(jié)省大量的人力物力，提高了工作的效率。

參考文獻

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