基于虛擬儀器的頻譜分析儀自動校準設計研究

李雙苗

摘 要： 頻譜分析儀主要是用于一種分析周期信號或者準周期信號頻譜的儀器，在通信以及廣播中得到了廣泛的運用，目前要想頻譜分析儀的可靠性得到發揮就必須要對其進行定期的校準，但是傳統的校準方法還存在著許多的問題，虛擬儀器的出現有效實現了頻譜分析儀自動校準的功能，使頻譜分析儀在使用的過程中更加智能、高效以及可靠。

關鍵詞： 虛擬儀器;頻譜分析儀;自動校準;設計

1.虛擬儀器的理論概述

虛擬儀器主要是指通過現代儀器的技術與計算機技術進行結合產生的新型的儀器，它是以計算機為核心，由用戶自己進行設計，并且其中擁有虛擬的操作面板，由測試軟件實現其中的測試功能的一種計算機的儀器系統。它在很大程度上改善傳統儀器開發和維護費用高、功能比較固定且互聯有限等的缺點，讓軟件的開發能夠更加靈活、與網絡的連接更加方便等，讓頻譜分析儀的自動校準的功能在虛擬儀器的發展下得到不斷的創新，使其自動校準的質量得到不斷地提升。

2.頻譜分析儀自動校準的設計

2.1軟件設計的整體框架

2.1.1基于虛擬儀器的系統軟件體系

構成虛擬儀器系統的軟件主要有輸出/輸入的接口軟件、儀器驅動的軟件以及進行應用的軟件，其中輸出/輸入的軟件是主要是儀器以及儀器驅動程序之間存在的，它直接對儀器內部的寄存器的單位進行數據存取的操作，測試以及控制接口的總線和器件，并對其提供相應的底層的軟件層，是整個軟件的基礎和核心，它能夠讓虛擬儀器系統更加開放和統一;儀器驅動程序是讓用戶能夠擁有一個使用儀器進行操作的相對比較抽象的操作函數集，它是應用程序實現的基礎，也是連接輸入/輸出接口軟件的有效工具;應用軟件中主要有儀器控制面板的軟件以及分析和處理數據的軟件，它能夠通過使用計算機強大的圖形功對虛擬儀器的面板提供工作的基礎，能夠讓用戶通過使用操作的儀器對數據進行采集、分析和處理的工作等。它們三者之間缺一不可，其中儀器驅動程序更是其中的紐帶和橋梁。

2.1.2劃分軟件的模塊

整個虛擬儀器系統被劃分為底層的VISA的通信模塊、進行校準測試的模塊、處理數據的模塊以及生成證書的模塊。通過對輸入/輸出接口的軟件庫的調用讓計算機實現各個受控的設備之間的通信，并有效使用儀器的驅動程序對儀器進行操作以及管理，在執行校準測試的同時對測試的數據進行接收，顯示出實時的動態數據，最后再維護以及讀取數據庫，生成檢定的證書。有效通過GPIB的通用接口總線能夠將底層的VISA通信模塊以及校準測試的模塊運用在計算機內，使計算機能夠遠程控制各個設備，有效完成校準測試的工作，利用數據庫指令儀器程控以及處理設置的參數數據和生成檢定的證書主要是處理數據的模塊和生成證書的模塊的功能。

2.2在VB環境下底層VISA通信的應用

GPIB、VXI以及GPIB-VXI三種接口可以在底層VISA通信中連接到儀器，其中GPIB的接口要想連接VXI的儀器必須要通過一個命令的模塊，而另外兩個接口都能夠直接對VXI儀器進行連接。在VB的環境下有效運用底層VISA通信程控操作儀器，就必須要先將VISA所提供的VISA VB的模塊在工程文件中進行加載，讓其的標準函數以及子程序能夠在程序設計中得到調用。

3.實現軟件功能的方法

3.1頻譜分析儀自動校準軟件的應用規范

3.1.1使用相對統一的校準方法

由于頻譜分析儀的校準方法以及校準的項目都不一樣，所以實現自動校準有很大的麻煩，比如安捷倫的頻譜分析儀與RS的頻譜分析儀，由于設計兩個頻譜分析儀的是兩家不同的公司，因此對軟件的設計理念一定不相同，所以校準的方法也在很大程度上存在著差異，解決這種問題，可以有效根據相關的頻譜分析儀的校準規范中的要求，對所有不同種類的頻譜分析儀都根據一個標準對相同的項目以及步驟進行校準工作，采用相對統一的校準方法讓校準的結果更有質量。

3.1.2建立相應的指令庫

生產頻譜儀的生產廠家不同，指令也不會相同，并且隨著社會在不斷的發展，一個生產廠家生產出的頻譜儀的指令也會存在差異，所以要想校準系統擁有一定的通用性，在對系統進行設計的時候，要對不同型號的頻譜儀建議一個相應的指令庫，讓校準系統能夠有效根據指令庫中的指令對工作時的內容進行自動的調整，讓不同型號的頻譜分析儀的校準工作都能夠得到完成。

3.1.3任意選擇校準點

不同的頻譜分析儀所校準的點也不相同，盡管是同一個頻譜分析儀，可會因為選的分析材料的不同，使校準的頻率發生變化，所以使用虛擬儀器對不同的頻譜分析儀進行校準的時候，可以先將頻譜分析儀的校準點通過一個固定的模式儲存在兩個Excel的表格當中，在自動的校準系統開始運行的時候，再將表格中的校準點進行調取，在對應的頻譜儀中進行相應的設置，靈活選擇校準點，讓頻譜分析儀的自動校準工作能夠順利地進行。

4.結束語

基于虛擬儀器的頻譜分析儀自動校準軟件能夠在一定程度上提高頻譜分析儀的測試能力以及工作的效率，并且還具有一定的通用性和擴展性，能讓頻譜分析儀得到更加廣泛的運用，所以要想其能夠得到可持續的發展，還需加大對基于虛擬儀器的頻譜分析儀的自動校準設計的研究。

參考文獻

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