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基于虚拟仪器的壳体电流敏感度自动测试系统
2010-01-07 09:12:59 admin 浏览:1880次 【
引言

        随着微电子等高新技术的突飞猛进发展,现代化武器装备突出体现了功能复杂化、设备集成化的特点,设备工作电磁环境变得十分复杂,在科研实践和部队训练中因电磁能量互相干扰而影响装备使用性能的问题时有发生,电磁兼容性检测作为军用装备检测中的一项重要检测内容受到了越来越多重视。电磁兼容检测对于判断装备设计是否合理,采取的技术措施是否得当等方面具有重要的作用。通过电磁兼容性检测可以及早地发现装备中可能存在的电磁干扰隐患,避免问题装备交付部队,从而减小解决问题的难度,减免不必要的损失,确保装备的使用性能。电磁兼容性检测是保证装备研制生产过程质量不可缺少的手段。

        计算机测量控制技术的普及,促使电磁兼容性测试朝着综合化、自动化的方向发展。如何以高度自动化、小型化的检测设备实现多项目、多功能的集成化高效检测,提高检测效率,缩短检测时间,获得更为精准的检测结果,是目前电磁兼容检测领域争相研究的课题。本文以虚拟仪器软件开发平台LabVIEW为基础,研究了低频壳体电流传导敏感度自动测试系统。该系统大大提高了量值溯源的有效性和测量结果的准确性;与普通的台式仪器、手动测试相比,该系统提高了测试速度,并具有良好的可扩展性。

1、系统测试原理与硬件组成

        低频壳体电流传导敏感度测试是军用标准GJB152A中规定的测试项目。它用于检验受试设备承受在其结构上流动的较低频率的电流的能力,主要用于评估包含有灵敏的低频接收机的受试设备。低频壳体电流传导敏感度自动测试系统包括四个部分:控制器,主要是计算机,是系统的指挥控制中心;程控仪器、设备,能完成一定的具体的测试、控制任务;总线与接口,连接控制器和各种程控仪器、设备的通路,完成信息、命令、数据的传输与交换;测试软件,为了完成系统测试任务而编制的应用软件。

1.1 系统测试原理

        低频壳体电流传导敏感度测试方法为由信号源和电阻组成的电流传导系统按照GJB151A中要求的电流值对受试设备进行电平扫描,监测其是否敏感。测试过程为:将信号源调到最低测试频率,增加信号电平,直到达到要求的干扰信号值;保持要求的信号电平,以不大于GJB151A中规定的扫描频率,在整个频率范围内进行扫描测量。在测试过程中,自动测试系统控制信号源发射信号的频率及幅度并通过示波器监测施加于受试设备壳体的信号,使施加的信号满足GJB151A的要求,并以此为基础在50Hz~100kHz频段范围进行扫频,完成对受试设备低频壳体电流传导敏感度的测试。

1.2 系统硬件组成

        低频壳体电流敏感度测试系统硬件组成包括信号源、功率放大器、隔离变压器、电阻、示波器以及计算机、GPIB卡和GPIB电缆。它的测试频率范围是50Hz-100kHz,依照此测试频率范围选取仪器设备以满足测试要求:信号发生器HP33120A、低频功率放大器JYH800A、NI公司的PXI机箱(其中置入示波器模块)、SOLAR公司的隔离变压器6220-1A、SOLAR公司的电阻7144。低频壳体电流传导敏感度测试项目原理图如图1所示:


图1  低频壳体电流传导敏感度测试项目原理图

2、系统软件结构与软件实现

2.1 软件结构

        在进行自动测试中,利用了两个嵌套的while循环结构实现对信号源发射信号频率和幅度的调整,在GJB151A规定的50Hz-100kHz频段范围,在规定的频率点上施加GJB151A要求的干扰信号以完成测试。软件逻辑结构如图2所示:


图2  软件逻辑结构图

2.2 软件实现

         低频壳体电流传导敏感度自动测试系统包含系统参数配置程序、自动测试程序、手动测试程序、报告生成程序;能够进行仪器参数设置、测试参数设置;在受试设备有敏感现象时,即时停止自动测试程序,并进入手动测试程序界面。其工作过程为:设置仪器参数和测试参数;控制信号源产生信号,示波器对信号进行扫频测量,判别和读出数据;数据处理,将测量的信号电压转换成干扰的量值,并即时在测试程序界面上显示数据曲线图;数据的存储和输出,将每次的测量数据列表存放,需要时提取。自动测试界面如图3,手动测试界面如图4。

  图3 自动测试界面                                图4 手动测试界面

2.2.1 系统仪器参数及测试参数设置

       在系统参数配置程序中,可设置仪器参数,对仪器进行选择,并通过地址及通道的使用完成软件及硬件设备的连接,实现对仪器的控制。同时,也可进行测试参数设置,对频率扫描步长及频率驻留时间这两个参数赋初始值。在进入自动测试程序后,还可对这两个参数的初始值进行修改,以更好满足测试需要。在自动测试程序中,还可对起始频率、终止频率、起始发射电平、允许电平误差这些参数赋值。

        手动测试程序是手动设定好信号源发射频率和电平以后让信号源在设定好的停留时间持续发射信号,由示波器监测信号值,测量若干次以后如果信号满足要求则按下“数据记录”来保存当前频率和示波器的读值。

2.2.2 记录受试设备敏感频率点及该频率点施加信号的幅值

         在自动测试过程中,一旦发现受试设备有敏感现象,可按图3中自动测试操作界面的“停止”键,结束当前的自动测试,并通过CS109_Save Current State for Manual Test子程序将当前示波器测得的施加于受试设备的电压有效值存入全局变量Ini Setting for Manual Test。打开手动测试界面后,界面上的参数初始值即为按“停止”键时刻信号源的发射频率和电平及示波器的示值(由全局变量Ini Setting for Manual Test读入)。这样,手动测试就可以以当前值为依据,在进行多个单点测试之后,找到使受试设备敏感的信号值,再根据需要继续手动测试或者退出后回到自动测试窗口。

2.2.3 测试报告生成

        报告生成程序为主程序中report子程序,其功能为把手动测试数据、自动测试数据和极限值做成曲线显示在一张图表中。如果需要具体数据可以用EXCEL或者记事本等程序打开之前自动测试系统运行过程中生成的数据文件,里面有详细的各个频点以及在这些频点测得的电压值。

3、算法原理与系统优点

3.1 算法原理

        算法在软件系统中占有重要的位置,它对提高软件编程效率是非常重要的。本测试系统使用编程算法原理如下:

  Vf2      :新的信号源输出电平值;
  Vf1      :旧的信号源输出电平值;
  Vrms2 :器监测的电压;
  Vimt2  :标准对应的电压要求;

        0.005:全局变量“Fgen level Step Rate”根据经验赋予的初始值,可以有效减少到达要求规定信号值时使用的时间。

        自动测试系统进行测试时,每次测试的第一个频率点在赋给的初始值“起始发射电平”基础上亦即 上进行调整。在低频壳体电流传导敏感度测试要求中,GJB151A规定的极限值在不同的频段上差别较大。故而引入全局变量“Next Fgen Step Rate”体现这一变化,在到达极限值趋于下降的频率点时,将前一个点的输出电平值乘以“Next Fgen Step Rate”(经验值为0.9)即以 0.9为 初始值进行调整,这样可以减少微调的时间。

  此算法对要求输出电平达到标准要求的控制是一种反馈控制系统,这种控制作用,是基于闭环控制原理的,它对输出量与输入量进行比较,利用输出量与输入量的偏差比例来进行控制。在输出电平达到标准要求的控制中,输出量的反馈与标准要求量的比较,以及控制作用,都是通过程序控制代码来实现的。

3.2 系统优点

3.2.1 仪器保护

        控制信号源输出电平,在CS109_Cali_Power Amp Adjust子程序中把控制信号源输出电平的数值限制在信号源本身允许的范围之内,以避免在测试过程中造成不必要的等待,避免仪器损伤,保证测试有效进行。

        从实际手动测试中发现,在测试进行到100kHz附近时,电阻和功率放大器均有发热现象,特别是功率放大器还曾出现保险丝熔断的现象。该现象的产生是由于:GJB151A对低频壳体电流传导敏感度规定的极限值在此频率附近呈下降趋势,并且数值较小,施加的干扰信号极易超出极限值,而且常超出规定的极限值许多。这种状况易损坏测试仪器,特别是功率放大器。为了不至于超出极限值太大,采用了程序运行中提示“降低功放档位” 的方法,即在接近100kHz的测试频率(该频率可设置)时,将暂停测试,并跳出“降低功放档位”提示框,这时可手动调低功率放大器档位,再按下“继续”键,则继续测试。

3.2.2 实时监视窗口

        在图3所示的自动测试界面中可以实时观察信号源的输出信号及把转换示波器读数后得到的施加于受试设备的干扰信号,可切换到“实时示波器”图表观测所检测到的波形;并且在测试过程中,可以看到已经测试完成的干扰信号值,与图中的极限值作比较,可以获得测试结果的直观映象。在干扰信号未满足要求之前即处于调整状态时,“调整中”灯点亮,而在测试结束后,“结束”灯等点亮,使测试人员能有效监控自动测试过程。

3.2.3 提高测试精度

        在自动测试系统中,测试数据由系统自动读取,并可设定数据精度。避免了普通的手动测试过程中人工读取数据带来的误差。从而提高了量值溯源的有效性和测量结果的准确性。

4、测试结果

        运用本自动测试系统进行CS109测试项目的电磁兼容性检测,测试结果如图5所示。由图可见,施加的信号干扰值(深色点线)与GJB151A中规定的CS109极限值(白色直线)较为吻合,较好地满足了测试要求;且在测试中单个测试频率点的调整时间较短,系统运行平稳。此测试结果表明自动测试系统中反馈控制算法的采用及参数的设定,取得了良好的控制效果,使测试不但稳定精度高而且稳定时间短。总结多台设备多次试验的经验,将“起始发射电平”在50Hz频率处设置初始值为0.9V;综合考虑测试的精度要求和测试仪器性能,将“允许电平误差”设置为2%。测试结果表明,这样的参数值设定是合理的,能够缩小设定频率点上的干扰信号输出值与设定值的差别,缩短调整时间,较好地保护测试仪器;并充分利用测试仪器的良好性能。与手动测试相比,自动测试系统能够更精确地满足在测试频率点施加规定干扰信号停留时间为1秒的要求;在受试设备出现敏感状况时,能够更准确更快捷地记录下敏感点的数据值。经实际测试验证,本自动测试系统的测试性能优于手动测试的测试性能。
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作者专栏
  • 张文西

    注册时间:2020-09-19 11:20:41

  • 18112288710

    注册时间:2020-09-19 09:01:39

  • haizi0919

    注册时间:2020-09-18 16:17:08

  • 火箭迷

    注册时间:2020-09-18 13:07:55

  • 213171693

    注册时间:2020-09-18 12:15:23

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