探討計量檢定中數字示波器的自動校準系統

康艷

摘 要：數字示波器因在波形顯示、測量、處理等方面具有明顯優勢，被廣泛應用計量檢定工作中。近年來，在自動化技術發展推動下，計量檢定中如何實現數字示波器的自動校準成為人們研究的重點。本文從硬件及軟件兩方面入手，對數字示波器自動校準系統設計研究探討，以供參考。

關鍵詞：計量檢定；數字示波器；自動校準系統

示波器將電信號轉化為直觀的圖像，給人們研究各種電信號的變化提供較大便利，近年來數字示波器的出現及應用，在生產實踐中表現出較大優勢，其中其自動校準系統研究也因此逐漸引起了人們的關注。

一、數字示波器自動校準系統需求

為實現數字示波器自動校準功能，進一步豐富數字示波器的系統功能，給實踐應用提供便利，設計的數字示波器自動校準系統應滿足以下需求：

首先，具有較好的適應性。計量檢定相關儀器能夠對不同廠家產品進行檢定。

其次，具有友好的人機交互界面。即，檢定人員通過美觀、簡單的界面可實現計量檢定的各種操作。同時，還兼具軟件維護、數據查詢、資料查詢等功能。

最后，能保存校準記錄。可保存校準結論、檢定人員、委托人等重要信息。同時，校準結束后可進行校準報告的打印，尤其擁有UPC電源、機箱等外圍配套設備。

二、數字示波器自動校準系統硬件設計

在認真分析數字示波器自動校準系統需求的基礎上，進行硬件設計，包括PC機、接口控制器、FLUKE5500A標準件等設計內容。系統使用個人電腦進行控制，軟件配置參數為：使用AMD的TURION雙核處理器，該處理器工作頻率2.1GHz，系統擁有2G內存容量，為提高圖像清晰度，使用獨顯與集顯的雙顯卡方式，配備USB接口五個，250G硬盤，存儲校準報告、視頻教程、校準手冊等信息。

因當前多數計算機沒有GPIB接口，為實現與其他設備相連，使用專門的接口控制器實現接口方式由USB向GPIB接口的轉換。綜合考慮各方面內容，系統使用UT-488型接口控制器，其不僅具有優秀的數據傳輸性能，而且功能齊全，價格適中。

數字示波器自動校準功能的實現需要標準的信號源作參考，確保校準后的各參數滿足規范標準要求。系統使用FLUKE5500A多功能校準儀提供標準信號源，其不僅可校準頻率計、頻譜分析儀、萬用表等多種儀器，而且還具備數據管理、打印報告等功能，通過在上位機上操作軟件實現自動化校準。

三、數字示波器自動校準系統軟件設計

數字示波器自動化校準軟件設計，包括軟件開發系統配置、軟件設計兩個重要環節。

（一）軟件開發系統配置

本文研究的數字示波器自動校準系統基于Windows XP操作系統進行開發。同時，考慮到C#語言易學，開發效率高，因此應用程序使用C#開發，并以Visual Studio2010作為應用程序開發環境。另外，數據存儲需要數據庫的支撐，當前數據庫類型較多，而SQL Server 2008優點明顯，數據壓縮性能高，數據備份速告高，并且可追蹤捕獲變更數據，提高新加入數據的查找效率，因此，系統使用SQL Server 2008數據庫系統。

（二）軟件設計

軟件設計時需重點考慮軟件的組織結構、處理流程以及功能分配，依據職能將軟件組織結構劃分為數據存儲層、數據處理層、人機交互層（如圖1 所示 軟件組織結構）。

其中數據存儲層負責數據的修改、查詢、添加操作，而數據處理層主要向儀器發送指令，并接受儀器傳回的數據，借助校準程序實現對接受數據的校準處理，并在數據庫中進行數據的存儲，該層是自動校準功能實現的核心。人機交互層主要為人們提供校準、儀器參數設置等操作的界面，因采用多任務操作模式，多個模塊可同時運行。

為滿足示波器自動校準功能，并達到易于操作的目的，設計時要求軟件遵守以下處理流程：首先，僅允許具備權限的人員登錄到系統中進行相關操作。其次，進入到系統中便可進行校準操作，完成儀器出廠編號、生產廠商等參數的填寫，選擇校準項，對各校準項的不同校準點逐一進行校準，并顯示校準結果，當所用校準操作完成后，點擊完成測試。最后，根據校準操作要求，選擇是否生成證書。同時，編輯并查詢生成的證書，并決定是否打印，所有操作完成后便可退出系統。

軟件正式開發中應確保各功能分配的合理性，本文設計的數字示波器自動校準系統主要包括登錄模塊、校準模塊、數據管理模塊等，在明確不同模塊實現的功能。用C#進行各模塊方法的設計，以校準模塊為例，需要設計時間測量準確度、電壓測量準確度、邊沿觸發靈敏度等實現方法。

待所有模塊功能設計完成后，需要進行軟件的功能測試以及時修正存在的問題，確保自動校準系統的正常工作。經驗證本文設計的數字示波器自動化校準系統各模塊運行正常，示波器校準得以順利完成。另外，對系統的維護模塊進行測試，尤其在查詢和編輯證書、刪除和添加用戶操作上具有較為友好的操作性，因此，該數字示波器自動化校準系統可被應用在計量檢定工作中。

四、結論

數字示波器在各領域的研究生產中發揮重要作用，為提高其測量準確性及工作效率，加強對其自動化校準的研究具有重要價值。本文通過研究得出以下結論：1）在進行數字示波器自動化校準系統設計時應明確需求，尤其在滿足自動化校準功能的同時，確保具有友好的人機交互功能，為其更好的應用奠定基礎。2）硬件是數字示波器自動化校準功能實現的保障，因此，應從整體角度出發，選擇合適的硬件元件，在此基礎上結合各模塊功能特點，使用專門的開發語言進行開發，并做好開發完成后的測試與維護，保證其自動校準功能的順利實現。

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