賈建兵++劉金玉++杜傳斌

摘 要：本文提出了一種基于GPIB總線技術(shù)的頻譜分析儀的全自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。該系統(tǒng)使用LabVIEW和VC++開發(fā)系統(tǒng)軟件，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)頻譜分析儀自動(dòng)校準(zhǔn)、自動(dòng)出具證書的功能，在保證測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確有效的情況下，提出了頻譜分析儀自動(dòng)校準(zhǔn)的一種有效途徑。

關(guān)鍵詞：全自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)；頻譜分析儀；LabVIEW；GPIB；VC++

中圖分類號(hào)：TH83 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

0.引言

頻譜分析儀是現(xiàn)代微波信號(hào)測(cè)量的重要工具，目前其檢定工作主要由手動(dòng)完成，存在一些問(wèn)題。首先，頻譜分析儀的型號(hào)多種多樣，如HP8563EC、E4407B、E4440A等，操作起來(lái)各有不同，需要操作人員對(duì)設(shè)備性能熟悉。檢定工作中要用多臺(tái)儀器來(lái)標(biāo)定數(shù)十個(gè)指標(biāo)，工作量大，耗時(shí)長(zhǎng)（計(jì)量一臺(tái)頻譜分析儀一般需兩個(gè)工作日）。特別是手動(dòng)檢定，受操作者個(gè)人習(xí)慣、手工記錄數(shù)據(jù)等因素影響，尤其是長(zhǎng)時(shí)間的重復(fù)操作，難免出錯(cuò)，引起測(cè)量結(jié)果背離實(shí)際。針對(duì)這些問(wèn)題和需求，我們采用虛擬儀器技術(shù)，使用LabVIEW和VC++相結(jié)合的方法開發(fā)了基于GPIB總線的多款頻譜分析儀自動(dòng)檢定系統(tǒng)，一個(gè)小時(shí)內(nèi)自動(dòng)完成所有測(cè)試工作并打印檢定證書，工作效率和準(zhǔn)確度都比人工方法明顯提高。

1.系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)選用具有GPIB接口的測(cè)量?jī)x器和程控開關(guān)構(gòu)成頻譜分析儀自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

檢定/校準(zhǔn)系統(tǒng)由計(jì)量主標(biāo)準(zhǔn)器和配套標(biāo)準(zhǔn)組成，主要包括頻率計(jì)、功率計(jì)和標(biāo)準(zhǔn)衰減器，頻率計(jì)主要用作檢定與頻率有關(guān)的項(xiàng)目的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)信號(hào)的頻率進(jìn)行定標(biāo)；功率計(jì)是該系統(tǒng)的電平測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)信號(hào)的幅度進(jìn)行定標(biāo)；標(biāo)準(zhǔn)衰減器對(duì)信號(hào)的幅度和衰減進(jìn)行定標(biāo)。頻率計(jì)的型號(hào)再次采用Agilent53152A，功率計(jì)采用E4419B，衰減器用Agilent84904L；程控開關(guān)用Agilent3499B；配套設(shè)備包括函數(shù)發(fā)生器、微波信號(hào)源，主要用于產(chǎn)生穩(wěn)定的信號(hào)，采用HP33250A、E8627D；程控衰減器用agilent84906K；另外還包括低通濾波器、功分器和50Ω負(fù)載等。系統(tǒng)中的接口適配器完成控制計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)接口與測(cè)試儀器資源之間的連接，本系統(tǒng)采用Agilent82357A的USB-GPIB電纜連接控制計(jì)算機(jī)與測(cè)試儀器資源以及開關(guān)系統(tǒng)。

2.程序結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)的軟件程序采用LabVIEW7.0實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器集成環(huán)境進(jìn)行開發(fā)，完成對(duì)儀器及程控開關(guān)的自動(dòng)控制。LabVIEW是NI公司推出的世界上第一個(gè)采用圖形化編程技術(shù)的面向儀器的32位編譯型程序開發(fā)系統(tǒng)。目標(biāo)是簡(jiǎn)化程序的開發(fā)工具，對(duì)開發(fā)人員編程語(yǔ)言使用水平要求不高，易于掌握和操作。

驅(qū)動(dòng)層對(duì)用戶隱藏了模糊的GPIB接口和VXI命令。測(cè)試層首先根據(jù)被測(cè)頻譜儀的型號(hào)選擇相應(yīng)的測(cè)試程序，包括了針對(duì)系統(tǒng)所需要檢定的各項(xiàng)參數(shù)編寫相應(yīng)的測(cè)試程序。測(cè)試程序通過(guò)調(diào)用儀器驅(qū)動(dòng)完成每一項(xiàng)儀器功能測(cè)試。因此，開發(fā)此層程序必須清楚檢定參數(shù)所需的流程。本系統(tǒng)中頻譜儀儀檢定整體設(shè)計(jì)如圖2所示。

測(cè)試軟件的整體結(jié)構(gòu)如圖3所示。首先，加電后，系統(tǒng)自檢，自檢過(guò)程良好，則進(jìn)行下一步，自檢不通過(guò)，斷電后檢查線路連接情況是否正確，一切正常后自動(dòng)搜索被檢設(shè)備，讀出被檢頻譜儀的GPIB地址，儀器型號(hào)和編號(hào)等信息，待檢定人員輸入證書的相關(guān)信息，系統(tǒng)結(jié)合檢定的頻譜儀的型號(hào)生成檢定證書或校準(zhǔn)報(bào)告模板；將被檢儀器信息加載至軟件系統(tǒng)，生成相應(yīng)的檢測(cè)項(xiàng)目、儀器連接示意圖和說(shuō)明文字，自動(dòng)測(cè)試開始后，顯示相關(guān)數(shù)據(jù)的測(cè)試結(jié)果，并根據(jù)相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)判斷是否合格，在測(cè)試信息區(qū)顯示出超差參數(shù)和各檢測(cè)項(xiàng)目的測(cè)試結(jié)論；同時(shí)各參數(shù)的測(cè)試數(shù)據(jù)也相應(yīng)的寫入證書模板中，測(cè)試結(jié)束后即可形成相應(yīng)的檢定證書或校準(zhǔn)證書，打印輸出。

3.系統(tǒng)性能

本系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

（1）人機(jī)界面友好。從系統(tǒng)執(zhí)行開始進(jìn)入頻譜儀檢定界面，就設(shè)有儀器設(shè)備開機(jī)預(yù)熱半小時(shí)、各端口間輸入輸出連接提示等多媒體對(duì)話框提醒檢定人員，人機(jī)對(duì)話界面友好。

（2）可靠性。系統(tǒng)所使用的標(biāo)準(zhǔn)儀器經(jīng)上級(jí)計(jì)量部門檢定合格，標(biāo)準(zhǔn)儀器通過(guò)計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)操作和控制，數(shù)據(jù)處理嚴(yán)格按照頻譜分析儀的檢定規(guī)程進(jìn)行，保證了測(cè)試系統(tǒng)的量值傳遞準(zhǔn)確和統(tǒng)一，因而保證了系統(tǒng)的可靠性。

（3）高效性。系統(tǒng)采用計(jì)算機(jī)控制標(biāo)準(zhǔn)儀器自動(dòng)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試完成后自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，自動(dòng)形成檢定證書或校準(zhǔn)報(bào)告，大大提高了工作效率，縮短了檢定所用的時(shí)間。

（4）靈活性。系統(tǒng)檢定所需設(shè)備資源可以靈活配置。在檢定時(shí)，可以手動(dòng)選擇頻譜儀被檢項(xiàng)目，和檢該項(xiàng)目需接入的儀器設(shè)備。這樣就緩解了實(shí)驗(yàn)室儀器利用之間的矛盾，也無(wú)需在所有儀器同時(shí)搭建系統(tǒng)后再開展檢定工作，提高了儀器的利用率。

結(jié)論

本文筆者提出了一種基于GPIB總線的頻譜分析儀的自動(dòng)校準(zhǔn)系統(tǒng)，該系統(tǒng)所用的測(cè)試資源能涵蓋頻譜儀檢定的所有指標(biāo)。根據(jù)不同的檢定項(xiàng)目，從軟件界面設(shè)置開關(guān)和儀器參數(shù)來(lái)完成對(duì)頻譜儀的各項(xiàng)測(cè)試，設(shè)置機(jī)動(dòng)靈活。檢定結(jié)束后，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)保存測(cè)試結(jié)果，并將測(cè)試結(jié)果保存到數(shù)據(jù)庫(kù)中，生成所需格式的WORD型的檢定證書或校準(zhǔn)證書。本自動(dòng)檢定系統(tǒng)是一個(gè)通用型綜合自動(dòng)檢定平臺(tái)，工程上易于實(shí)現(xiàn)，供相關(guān)人員參考。

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