R&S頻譜分析儀自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

王玉亮 鄭 旭 季 清

（南京熊貓漢達(dá)科技有限公司，江蘇南京210000）

0 引言

頻譜分析儀的校準(zhǔn)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，不僅測(cè)量項(xiàng)目多、每個(gè)項(xiàng)目的測(cè)量點(diǎn)多而且用到的標(biāo)準(zhǔn)器也比較繁多，這些因素給我們校準(zhǔn)工程師帶來了極大的不便。目前我中心在頻譜分析儀的自動(dòng)校準(zhǔn)方面，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)安捷倫部分系列頻譜分析儀的自動(dòng)校準(zhǔn)，其他廠家的頻譜分析儀依然需要依靠人工手動(dòng)來計(jì)量，這種方法不僅工作量大、操作繁瑣而且校準(zhǔn)結(jié)果中容易引入人為因素的不確定度。利用本項(xiàng)目開發(fā)的自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)通過計(jì)算機(jī)對(duì)頻譜分析儀校準(zhǔn)裝置和被校頻譜分析儀的控制，自動(dòng)完成復(fù)雜、繁瑣的校準(zhǔn)程序，并把數(shù)據(jù)保存在功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫中，通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)的分析和計(jì)算，最終完成原始記錄的自動(dòng)生成，有效避免人為因素引起的測(cè)量誤差以及不確定度。另外，利用這套自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了原始數(shù)據(jù)的電子存檔，方便了校準(zhǔn)工程師隨時(shí)查看，不會(huì)出現(xiàn)原始數(shù)據(jù)丟失的情況。

1 校準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求

根據(jù)廠家的技術(shù)說明書，通過計(jì)算機(jī)控制標(biāo)準(zhǔn)器和被校儀器自動(dòng)完成R&S公司FSV、FSU、FSQ、FSP系列頻譜分析儀的校準(zhǔn)工作，通過NI提供的軟件驅(qū)動(dòng)開發(fā)類庫在VS2010開發(fā)平臺(tái)上，利用C#語言編制R&S系列頻譜分析儀自動(dòng)校準(zhǔn)軟件，軟件的具體功能如下：（1）被校儀器和標(biāo)準(zhǔn)器信息的自動(dòng)讀取；（2）對(duì)頻譜儀按照廠家校準(zhǔn)方法進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)，校準(zhǔn)項(xiàng)目可選；（3）上下限自動(dòng)判斷；（4）建立數(shù)據(jù)庫保存校準(zhǔn)記錄；（5）將校準(zhǔn)結(jié)果以原始記錄形式輸出。

2 校準(zhǔn)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

如圖1所示，R&S頻譜分析儀自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成主要包括頻譜分析儀校準(zhǔn)裝置（信號(hào)發(fā)生器、功率計(jì)、衰減器等）和計(jì)算機(jī)。硬件系統(tǒng)的通信接口采用NI公司的GPIB接口（IEEE 488.2驅(qū)動(dòng)軟件與其配套使用）。所有標(biāo)準(zhǔn)器和被校準(zhǔn)的頻譜分析儀用GPIB電纜連接后通過NI公司的GPIB-USB-HS控制器與計(jì)算機(jī)連接，從而實(shí)現(xiàn)所有硬件設(shè)備的自動(dòng)化控制，最終完成頻譜分析儀的自動(dòng)校準(zhǔn)。

3 校準(zhǔn)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

3.1 NI VISA介紹

NI VISA是一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序軟件架構(gòu)，它統(tǒng)一了與GPIB、串口、以太網(wǎng)/LAN、IEEE 1394和USB儀器的通信。VISA.NET API是一個(gè)面向?qū)ο蟮慕涌冢梢唤M使用VISA與儀器通信的.NET類組成。

圖1 硬件系統(tǒng)圖

3.2 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用NI公司提供的VISA.NETAPI接口類庫，數(shù)據(jù)庫采用ACCESS 2010，以VS2010為開發(fā)平臺(tái)，利用C#語言進(jìn)行編制，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與標(biāo)準(zhǔn)裝置、被校頻譜分析儀的通信，達(dá)到控制儀器、控制校準(zhǔn)流程、采集校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、處理校準(zhǔn)數(shù)據(jù)、生成原始記錄的目的。軟件系統(tǒng)流程圖如圖2所示。

圖2 軟件系統(tǒng)流程圖

3.3 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹

為了使該軟件易于維護(hù)和擴(kuò)展，該軟件采用自頂向下的樹狀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，運(yùn)用模塊化的設(shè)計(jì)思路設(shè)計(jì)了多個(gè)相互獨(dú)立的功能模塊，主要包括：儀器搜索模塊、儀器登記模塊、儀器自校模塊、模板選擇模塊、儀器校準(zhǔn)模塊、原始記錄生成模塊和用戶賬戶管理模塊。下面對(duì)這幾個(gè)功能模塊分別進(jìn)行介紹。

（1）儀器搜索模塊：本模塊實(shí)現(xiàn)的功能是搜索整個(gè)校準(zhǔn)系統(tǒng)中所連接的儀器信息，包括儀器型號(hào)、序列號(hào)、GPIB地址等。

（2）儀器登記模塊：本模塊實(shí)現(xiàn)的功能是登記被檢儀器的相關(guān)信息，如委托方、地址、儀器型號(hào)、序列號(hào)、溫濕度等等，其中儀器型號(hào)、序列號(hào)可自動(dòng)關(guān)聯(lián)。

（3）儀器自校模塊：本模塊實(shí)現(xiàn)的功能是對(duì)系統(tǒng)中搜索到的標(biāo)準(zhǔn)器和被檢儀器進(jìn)行自校或自檢，確保校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確可靠。

（4）模板選擇模塊：本模塊實(shí)現(xiàn)的功能是在進(jìn)行儀器校準(zhǔn)之前選擇相對(duì)應(yīng)的測(cè)試模板，該模板可以預(yù)覽，可以增加或刪除其中的測(cè)試點(diǎn)。

（5）儀器校準(zhǔn)模塊：本模塊實(shí)現(xiàn)的功能是按照廠家的校準(zhǔn)方法對(duì)系統(tǒng)中的被檢儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，在校準(zhǔn)前可以對(duì)校準(zhǔn)的項(xiàng)目進(jìn)行選擇。

（6）原始記錄生成模塊：本模塊實(shí)現(xiàn)的功能是在儀器校準(zhǔn)完畢后自動(dòng)生成符合要求的原始記錄，原始記錄以Excel表格形式保存，Excel表格以“被檢儀器型號(hào)+序列號(hào)”命名。

（7）用戶賬戶管理模塊：本模塊實(shí)現(xiàn)的功能是對(duì)登入系統(tǒng)的用戶進(jìn)行管理，設(shè)置登入權(quán)限，可以增加和刪除用戶。

3.4 軟件系統(tǒng)的使用

軟件系統(tǒng)界面簡(jiǎn)潔，操作方便。用戶登入系統(tǒng)后，點(diǎn)擊“查找儀器”按鈕，搜索系統(tǒng)當(dāng)前所連接的儀器信息，包括儀器型號(hào)、GPIB地址和序列號(hào)等；點(diǎn)擊“委托方信息”按鈕，輸入被校頻譜分析儀的信息，其中儀器編號(hào)和儀器型號(hào)可自動(dòng)讀取；點(diǎn)擊“選擇模板”按鈕，根據(jù)被校頻譜分析儀的型號(hào)選擇對(duì)應(yīng)的模板；上述過程完成后，根據(jù)頻譜分析儀的型號(hào)點(diǎn)擊相應(yīng)系列的校準(zhǔn)按鈕，選擇需要校準(zhǔn)的項(xiàng)目進(jìn)行自動(dòng)校準(zhǔn)。待校準(zhǔn)完畢后，點(diǎn)擊“生成原始記錄”按鈕，待校準(zhǔn)窗口下方提示“原始記錄已生成完畢”，即完成該儀器的全部校準(zhǔn)工作。

4 結(jié)語

整套校準(zhǔn)系統(tǒng)通過調(diào)試后，成功實(shí)現(xiàn)了R&S頻譜分析儀的自動(dòng)校準(zhǔn)。這套系統(tǒng)的成功研制有效地減少了日常工作中實(shí)驗(yàn)室工作人員手動(dòng)測(cè)量頻譜分析類儀器的工作量，使計(jì)量工作更加高效快捷；也減少了由于人為因素或其他原因?qū)е碌臏y(cè)量數(shù)據(jù)讀取誤差，很大程度提高了校準(zhǔn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。