淺談虛擬儀器在片式鉭電容器漏流測試系統中的應用

鄧俊濤，郭鵬，蒙勇，胡鵬

（中國振華（集團）新云電子元器件有限責任公司，貴州 貴陽 550018）

片式鉭電容器是電子設備中的基礎元件，具有體積小、電容量大、性能穩定、頻率特性好、溫度特性好、可靠性高等特點，廣泛應用于航空航天、移動通訊、船舶等高端技術領域以及手機、筆記本電腦、醫療設備等民用高性能電子整機設備。

片式鉭電容器在生產過程中和交給用戶使用前至少要經過3 次基本電性能參數測試，然而，由于電容器漏電流測試復雜、耗時長等特點，采用手動的方法進行測試存在效率和準確性低等缺點，因此，本文設計出一種基于虛擬儀器LabWindows/CVI 的片式鉭電容器漏電流自動測試系統。

LabWindows/CVI 是NI 公司提供給用戶的虛擬儀器軟件之一，它是儀表控制、自動測試的一個開發平臺，可在其交互式開發環境中編寫C 語言程序。利用其提供的庫函數來實現程序設計、編輯、編譯、鏈接和C 語言程序調式。開發效率高，大大縮短了軟件開發周期；此外，通過LabWindows / CVI 強大的外部程序接口功能，實現對動態鏈接庫DLL 的調用和數據庫增、刪、改、查的操作。

1 虛擬儀器特點

虛擬儀器是計算機技術、儀器技術和通訊技術相結合的產物，是基于計算機的軟硬件測試平臺，有效應用于科研、航空、航天、開發、測量、檢測、計量、自動控制等領域，是不錯的應用程序開發工具；尤其是在測控方面的工業控制自動化技術上具有較強的優勢。與傳統的測量儀器相比，虛擬儀器主要有以下特點：

（1）可以根據用戶不同的需求，通過軟件來實現多種測量，不像傳統的儀器那樣受到儀器生產廠家的限制。

（2）可以通過軟件自動配置相應的儀表設置，不需要人工在儀表上手動設置。

（3）擴展性強。軟件開發工程師根據虛擬儀器的靈活性，隨時可以優化升級整個控制系統。

（4）有良好的人機界面。測量結果可以通過軟件在計算機顯示器上顯示，可根據自己的愛好，通過編寫軟件來定義上位機界面。

（5）可以運用通用的計算機編程語言和軟件，如C++、C#、F#、LabWindows/CVI 等優化軟件，使虛擬儀器技術更符合測控的特殊需求。

（6）可以和其他設備互連。比如，與現場總線連接、連接網絡等，實現生產現場的監控。

2 測試系統功能及其結構

2.1 測試系統主要功能

該測試系統主要用于片式鉭電容器的充放電試驗、電容器漏電流參數測試。采用虛擬儀器開發設計漏電流測試系統，主要功能有：基于GPIB 總線通信及解析、軟件界面充放電狀態顯示、數據庫查詢、數據實時顯示并存儲、報警提示及記錄，數據波形顯示、報表生成、Excel 電子表格數據導出等，數據的存儲和導出以便后期分析評估。圖1 測試系統的配置。

圖1 基于 KE6485 的鉭電容器生產測試系統硬件配置圖

2.2 測試方法介紹

測量鉭電容器漏電流的方法是向被測的電容器施加一個固定的電壓，再測試所產生的電流。在測試過程中，不論額定電壓高低，均應串入1000Ω 的保護電阻。漏電流隨時間呈指數衰減，因此，器件上施加的固定電壓要達到一定的時間t（充電時間）才能讀數。圖2 是鉭電容器漏電流測試的一般電路。

圖2 是鉭電容器漏電流測試的一般電路

2.3 測試系統組成結構

測試系統采用中央處理模塊集中控制，中央處理模塊與漏電流檢測單元之間通過GPIB 總線進行通信，鉭電容漏電流測試系統可以進行多通道自動測試，最大可測試30 個通道。方案如圖3 所示，中央處理模塊硬件由計算機和計算機擴展板卡組成，計算機擴展板卡包括IEEE-488 總線通訊卡，完成計算機與吉時利儀器6485 的控制、數據傳輸和解析，板卡選用INES 公司的GPIB-PCI-XL 和研華PCL-728。

圖3 測試系統結構方案

2.4 GPIB 總線

GPIB(General-Purpose Interface Bus)-通用接口總線，目前已成為一種國際標準，遵循IEEE488 協議。編程語言如C++、C#等可以用其實現計算機對儀器儀表的控制。實現這種控制需要被控儀器擁有GPIB 接口，計算機安裝相應的驅動程序，通過GPIB 線進行連接。以串口控制相比，GPIB 提高了傳輸速率和增加了同時支持的設備數量。

2.5 數據采集卡PCL-728

數據采集卡PCL-728 是一款具有2 路雙緩沖12 位模擬量輸出通道的半長卡。卡的光隔離器能夠提供500V 的隔離，可以有效避免板卡及PC 被輸出線上的危險電壓損壞。數據采集卡是通過計算機的I/O 口來控制的，每個I/O 口各自都有一個獨立的I/O 存儲空間以免相互之間發生地址沖突，圖4 給出了它的I/O 地址選擇，地址的選擇可通過面板上的八位DIP 開關SW1 進行設定。PCL-728的有效地址范圍是200～3f8（16 進制），初始默認地址為2cf，可以根據系統的資源占用情況分配正確的地址。

圖4 PCL -728 I/O 地址

A3～A9 與計算機的地址線相對應，“*”表示默認設置。

采用數據采集卡 PCL-728 控制片式鉭電容器充電試驗，能實現程控直流穩壓電源的精準控制, 使用 DRV_AOVoltageOut 函數進行電壓輸出， DRV_AOVoltageOut 函數將收到的浮點電壓值轉化成二進制數寫到模擬量輸出通道實現電壓的輸出。通過調用 DRV_AOConfig 函數實現電壓范圍的設置。

為了能夠精準控制并防止損壞應用系統，信號連接非常重要，本系統連接如圖5 所示。

圖5 PCL-728 信號連接圖

3 鉭電容器漏電流測試系統軟件設計

測試系統的軟件從下到上可分為儀器驅動、測控程序和系統管理3 層。選用 Windows 7 操作系統作為測試系統開發和運行平臺，通過計算機基于虛擬儀器編程實現對測試儀器、直流穩壓電源的控制，實現的主要功能有：

（1）兼容多種型號規格的鉭電容器測試。

（2）本系統建立測試用的鉭電容器標準庫，標準庫包含規格、殼號、測試標準、詳細規范等必要信息，在進行鉭電容器測試和數據采集時，作判斷依據，并在后期分析時作產品分析評判標準用。

（3）測試系統可通過掃描流程卡二維碼或手動錄入鉭電容器信息自動匹配鉭電容器控制參數。

（4）測試系統在測試前對所測產品型號、規格、判定標準等進行選擇，選擇后自動帶出所選鉭電容器控制標準，依據控制標準對儀表進行自動設置，減少出錯概率。

（5）測試結果依據控制標準進行自動分析判定，并標識；測試數據保存到數據庫中，便于后續查詢、分析，報表以批號、規格、殼號命名，.dbf 格式存儲，包含測試時間，漏電流測試值，測試電壓，充、放電時間等信息。

3.1 儀器驅動程序

儀器驅動程序是通訊板卡的驅動程序，它直接對板卡進行I/ O 控制。根據功能設計相應的函數，并包裝在動態連接庫DLL 文件中調用。數據傳送由GPIB 總線和PCL728 板卡的硬件實現，應用程序通過I/O 寄存器來實現接口功能。

3.2 測試控制程序設計

測試系統的流程圖如圖6 所示。運行狀態監控包括生產批號，運行速度，運行時間，測量數據報表，故障點等在運行主界面實時監視。測量數據報表處理后存儲于數據庫中，便于后期數據分析。

圖6 測試流程圖

使用 ODBC 技術，實現從底層設置和控制數據庫。通過使用 SQL 語句進行數據庫應用程序的開發。

通 過ke6485_init(“GPIB0::18::INSTR”,VI_TRUE,VI_RUE,) 配置KE6485， 測試結束時使用QuitUserInterface (0)函數退出界面程序。

3.3 數據管理、分析程序

數據管理將測量數據進行處理后按要求實時顯示，測試完成后，將測試數據讀取索引出來在界面上顯示。根據產品標準庫對測試數據進行分析、判定、標識，在界面上直觀的區分合格品、不合格品和接觸不良品。

其次，實現測試數據存儲功能，將測試數據自動保存到數據庫中，便于后續查詢，報表以批號、規格、殼號命名，.dbf 格式存儲，包合測試時間，工位，漏電流測試值，測試電壓，充、放電時間以及判定類別（合格品、不合格品和接觸不良品）等信息，用于完成測試報告檢索、管理和測試數據統計等工作。

此外，統計功能并給出測試合格率、測試數量等統計報表和測試結果散點分布圖。

程序通過LabWindows/CVI 事件處理方法中的回調函數法控制，其代碼結構如下：

另外，硬件設備程序包括程控直流穩壓電源、測試儀器和測試電路模塊的連接、初始化、參數載入等。管理員創建控制標準庫，測試人員只需掃描流程卡二維碼或手動輸入批號系統自動匹配并索引出相應的測試控制標準進行測試。

4 結語

本文針對片式鉭電容器的漏電流參數測試設計了片式鉭電容漏電流測試系統，測試系統實現了片式鉭電容器的充放電試驗、電容器漏電流參數測試，掃描二維碼電容器信息自動輸入、數據庫存儲、報表生成、數據散點分布圖導出等功能。并且操作簡單，界面友好。利用該系統實現了片式鉭電容器漏電流參數的自動化測試，測量過程的操作難度低、生產效率高、穩定性好，減少了操作人員的工作量，同時也杜絕了人工測試時手動操作所帶來的一系列如極性加反、誤判、放電不充分的問題。

該系統的設計思路也適用于其他基于虛擬儀器測試系統的開發，具有較高的實用價值。