基于 LabVIEW 的濾波器插入損耗自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

 

文/袁文

 

本文介紹了濾波器插入損耗測(cè)試的原理和方法，以及通過(guò)LabVIEW平臺(tái)的圖形化編程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化測(cè)試，實(shí)現(xiàn)包括器件信息顯示、數(shù)據(jù)采集、顯示、分析、存儲(chǔ)等功能。該系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)，極大地提高了濾波器插入損耗測(cè)試的效率，且對(duì)測(cè)試的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度都有了較大的改善。減少了因人員操作或讀數(shù)產(chǎn)生的誤差而對(duì)測(cè)試結(jié)果引起誤判事件的發(fā)生，且該系統(tǒng)能根據(jù)測(cè)試對(duì)象的不同需求隨時(shí)改變測(cè)量參數(shù)。

 

【關(guān)鍵詞】濾波器 LabVIEW 自動(dòng)測(cè)試

 

1 引言

 

LabView 軟件是一種圖像化的編程語(yǔ)言和開發(fā)環(huán)境，使用這種語(yǔ)言編程時(shí)，基本上不需要編寫程序代碼，而是“繪制”程序流程圖。它廣泛地被工業(yè)屆、學(xué)術(shù)屆和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，被公認(rèn)為式標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。本測(cè)試系統(tǒng)軟件根據(jù)測(cè)試需要主要由自檢、硬件資源配置、項(xiàng)目測(cè)試控制、結(jié)果報(bào)告、結(jié)果分析處理、系統(tǒng)資源等功能模塊組成本文結(jié)合實(shí)際測(cè)試經(jīng)驗(yàn)和濾波器測(cè)試的特點(diǎn)運(yùn)用 LabVIEW 軟件開發(fā)了一套自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。試驗(yàn)結(jié)果表明，該測(cè)試系統(tǒng)具有界面友好、功能完備、可靠性高、可維護(hù)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

 

2 測(cè)試原理

 

2.1 插入損耗的定義

 

濾波器的插入損耗是噪聲源直接傳送到負(fù)載的噪聲電壓與插入濾波器后負(fù)載上的噪聲電壓之比。

 

插入損耗是在空載、50Ω系統(tǒng)條件下測(cè)試的，結(jié)果通常表示為在所關(guān)心頻段內(nèi)的衰減曲線（單位為分貝）。插入損耗計(jì)算可由下式計(jì)算得出：

 

 IL=20lg  （dB）

 

式中：V1 表示沒(méi)有濾波器時(shí)負(fù)載上的噪聲電壓；V2 表示插入濾波器后負(fù)載的噪聲電壓。濾波器的插入損耗也可定義為噪聲源直接傳送到負(fù)載的噪聲功率與插入濾波器后負(fù)載上的功率之差，也可由下式計(jì)算得出：

 

  IL=P1 − P2（dB）。 式中：P1 表示沒(méi)有濾波器時(shí)負(fù)載上的噪聲功率；P2 表示插入濾波器后負(fù)載的噪聲功率。

 

2.2 測(cè)試原理

 

依據(jù) GB7343《10kHz ～ 30MHz 無(wú)源無(wú)線電干擾濾波器和抑制元件抑制特性的測(cè)量方法》，按 CISPR17 在 50/50Ω 條件下，測(cè)試設(shè)備為頻譜分析儀和信號(hào)發(fā)生器，則濾波器共模和差模插入損耗的測(cè)試原理如圖1所示：

 

3 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

 

3.1 編程軟件編程軟件采用美國(guó) NI 公司的 LabVIEW

 

編 程 平 臺(tái)，LabVIEW 是 一 個(gè) 基 于 G 語(yǔ) 言(Graphics Language， 圖形化編程語(yǔ)言 ) 的具有革命性的圖形化開發(fā)環(huán)境 , 它內(nèi)置信號(hào)采集、測(cè)量分析與數(shù)據(jù)顯示功能 , 摒棄了傳統(tǒng)開發(fā)工具的復(fù)雜性 , 在提供強(qiáng)大功能的同時(shí)還保證了系統(tǒng)靈活性。同時(shí)對(duì)于大多數(shù)儀器有自帶驅(qū)動(dòng)，并可利用 VISA 編輯儀器標(biāo)準(zhǔn)命令SCPI，使 LabVIEW 幾乎可與任何程控儀器進(jìn)行通訊。

 

3.2 系統(tǒng)設(shè)備

 

根據(jù)濾波器的插入損耗測(cè)試的原理，在測(cè)試軟件編程上首先考慮的是用電腦把測(cè)試設(shè)備連接起來(lái)，能夠通過(guò)電腦對(duì)設(shè)備進(jìn)行控制，并且能夠從測(cè)試設(shè)備中讀回測(cè)試數(shù)據(jù)，并進(jìn)行計(jì)算處理，最終把測(cè)試數(shù)據(jù)存儲(chǔ)起來(lái)。一般設(shè)備都具有多種通訊接口，如 RS232、GPIB 接口等，本系統(tǒng)中信號(hào)發(fā)生器采用的安捷倫函數(shù)發(fā)生器 33250A, 頻譜分析儀采用的 R&S 公司的 FSP30，這兩臺(tái)設(shè)備都具有 GPIB 接口，因?yàn)樵摻涌诰哂袀鬏敂?shù)據(jù)穩(wěn)定，連接方便并且支持多臺(tái)設(shè)備同時(shí)工作等特點(diǎn)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用的是 EXCEL 的形式，具有比較好的通用性，便于后期數(shù)據(jù)處理和報(bào)告的生成。測(cè)試軟件的框圖如圖2所示。

 

3.3 程序執(zhí)行流程框圖

 

如圖 3所示。

 

3.4 軟件前面板的設(shè)計(jì)

 

在 LabVIEW 中，前面板就是人機(jī)對(duì)話界面即測(cè)試時(shí)人們可以看到的界面，因此前面板的設(shè)計(jì)一定要利于測(cè)試人員的操作。

 

本系統(tǒng)在前面板設(shè)計(jì)中，采用的控件有：

 

存儲(chǔ)路徑、開始和停止按鈕、測(cè)試頻率的的輸入、測(cè)試值的判限框、測(cè)試數(shù)據(jù)的顯示表格以及測(cè)試值的實(shí)時(shí)顯示框等。同時(shí)設(shè)置了F12 為測(cè)試的快捷鍵，測(cè)試人員可以用鼠標(biāo)點(diǎn)擊測(cè)試按鈕或者按下鍵盤的F12 即可開始一次測(cè)試。

 

圖4為本系統(tǒng)的前面。

 

3.5 軟件各功能的實(shí)現(xiàn)

 

3.5.1 測(cè)試設(shè)備的控制

 

本系統(tǒng)統(tǒng)一采用的 GPIB 接口進(jìn)行計(jì)算機(jī)與設(shè)備之間的通信。首先安裝好函數(shù)發(fā)生器 33250A 和頻譜分析儀 FSP30 生產(chǎn)廠家提供的儀器驅(qū)動(dòng)程序，如果沒(méi)有驅(qū)動(dòng)程序的可以根據(jù)設(shè)備的編程手冊(cè)中相關(guān)指令代碼通過(guò)LabVIEW 的 visa 寫和讀等操作也可以實(shí)現(xiàn)相關(guān)功能。配置好打開設(shè)備的 GPIB 通信功能，并配置好設(shè)備的 GPIB 地址。在軟件中設(shè)置好對(duì)應(yīng)的設(shè)備地址，以確保通信正常。

 

3.5.2 測(cè)試流程設(shè)計(jì)

 

采用 while 循環(huán)配合事件結(jié)構(gòu)組成測(cè)試開始和停止觸發(fā)器。以控制測(cè)試程序的開始和停止。整個(gè)測(cè)試過(guò)程采用的是順序結(jié)構(gòu)，依次把設(shè)置的測(cè)試頻率送入測(cè)試流程，等所有頻率測(cè)試完成后把從頻譜分析儀中讀出的數(shù)據(jù)采用數(shù)組的方式顯示在前面表格中，同時(shí)存儲(chǔ)在對(duì)應(yīng)路徑的 excel 表格中。這其中還增加了一個(gè)測(cè)試指示燈，當(dāng)測(cè)試開始時(shí)指示燈亮，測(cè)試完成后燈滅，這樣測(cè)試人員可以很直觀的監(jiān)視測(cè)試的狀態(tài)。

 

當(dāng)測(cè)試開始時(shí)，首先順序結(jié)構(gòu)從前面板設(shè)置的第一個(gè)頻率值讀入，然后把該值傳給33250A 的頻率輸入接口，同時(shí)指示燈亮表示測(cè)試開始。這是有幾個(gè)常量（輸入波形、幅度單位、幅度、輸出使能等）會(huì)自動(dòng)的傳入33250A 此時(shí)可以觀察到 33250A 的屏幕已經(jīng)顯示了我們?cè)O(shè)置的第一個(gè)頻率點(diǎn)的值并且信號(hào)輸出。接下來(lái)，程序進(jìn)入順序結(jié)構(gòu)的后面幀，在這里對(duì)頻譜分析儀的相關(guān)參數(shù)（中心頻率、參考電平等）進(jìn)行設(shè)置，由于前面信號(hào)源的信號(hào)已經(jīng)輸出，在這時(shí)可以在頻譜分析儀上顯示了當(dāng)前信號(hào)的頻率和幅度，在程序中需要打開頻譜分析儀的光標(biāo)并讀出當(dāng)前信號(hào)的頻率和幅度，然后把讀出的值顯示在前面板上，并且存入數(shù)組的第一位。這時(shí)順序結(jié)構(gòu)返回讀取第二個(gè)頻率值，繼續(xù)前面的測(cè)試，以此類推，待所有頻率測(cè)試完成后，數(shù)組中的數(shù)據(jù)輸出到前面的顯示表格中同時(shí)輸出到存儲(chǔ)的excel表格中，這時(shí)順序結(jié)構(gòu)執(zhí)行完成，輸出一個(gè)指令給測(cè)試指示燈使其滅掉，表示一次完整的測(cè)試完成。

 

圖5是部分程序流程框圖

 

3.6 設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)

 

(1) 由于濾波器插入損耗的測(cè)試是由信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)到頻譜分析儀進(jìn)行顯示讀數(shù)，因此需要兩臺(tái)設(shè)備配合一定順序完成所有頻率的測(cè)試。先由信號(hào)發(fā)生器輸出一個(gè)頻率的信號(hào)，然后從頻譜分析儀上讀出該信號(hào)經(jīng)過(guò)濾波器后的幅度值，改變信號(hào)發(fā)生器輸出信號(hào)的頻率，對(duì)應(yīng)的也需要改變頻譜分析儀的設(shè)置。在程序設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮數(shù)據(jù)傳輸和設(shè)備響應(yīng)的時(shí)間差，因此在軟件設(shè)計(jì)中一定要考慮到時(shí)序問(wèn)題，否則很有可能信號(hào)發(fā)生器一個(gè)頻率信號(hào)已經(jīng)輸出后，頻譜分析儀還未配置完成，以致系統(tǒng)讀回的值為錯(cuò)誤的，導(dǎo)致測(cè)試失敗。因此在程序流程中適當(dāng)增加一些延時(shí)來(lái)保證計(jì)算機(jī)控制和實(shí)際操作一致。

 

(2) 在測(cè)試結(jié)果保存功能中需要把每一測(cè)試頻率點(diǎn)的值與器件編號(hào)等信息結(jié)合起來(lái)，在測(cè)試報(bào)告中就能很直觀的表示出來(lái)，因此在軟件設(shè)計(jì)時(shí)在適當(dāng)?shù)奈恢迷黾酉鄳?yīng)的數(shù)組元素并保存在表格中。

 

4 結(jié)束語(yǔ)

 

本系統(tǒng)經(jīng)過(guò)不斷地調(diào)試，目前已經(jīng)運(yùn)行了近一年的時(shí)間，測(cè)試了不同種類的近萬(wàn)只的濾波器，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。實(shí)際應(yīng)用證明該系統(tǒng)具有測(cè)試效率高，測(cè)試數(shù)據(jù)準(zhǔn)確等特點(diǎn)。并且可以基于該系統(tǒng)推廣應(yīng)用至其他器件的測(cè)試中，具有較好的實(shí)用價(jià)值。

 

參考文獻(xiàn)

 

[1] 楊樂(lè)平 , 李海淘等 . LabVIEW 基礎(chǔ)教程高級(jí)程序設(shè)計(jì)［M］. 清華大學(xué)出版社 ,2003.

 

作者簡(jiǎn)介

 

袁文（1982-），男，大學(xué)本科學(xué)歷，學(xué)士學(xué)位。現(xiàn)為貴州航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所工程師。目前主要從事微波器件及特殊器件測(cè)試技術(shù)研究。

 

作者單位

 

貴州航天計(jì)量測(cè)試技術(shù)研究所  貴州省貴陽(yáng)市 550009