LabVIEW在精密仪器控制中的应用

LabVIEW 在精密仪器控制中的应用

王亚丽1, 王铁流2, 张　黎3

(1. 曲阜师范大学物理工程学院　山东曲阜　273165;2. 北京工业大学电子信息与控制工程学院　北京　100022;

3. 北京工业大学耿丹学院　北京　101301)

摘　要:精密仪器操作相对复杂, 使用不当容易造成设备灵敏度降低甚至损坏。采用LabVIEW 可以轻松组建精密仪器测控系统并在PC 机上构造自己的仪器界面。利用LabV IEW 在精密仪器测量中的优势, 以Agilent 公司的高精度数字万用表HP34401A 为例对程控精密仪器测试系统的设计方法进行了研究, 给出了一个红外光敏传感器温漂测试的实例。测试表明, 利用LabVIEW 组建的精密仪器测控系统可以简化操作步骤, 有效避免误操作, 确保仪器的测量精度。

关键词:精密仪器;LabV IEW ; 数字万用表; 传感器

中图分类号:TP273　　　　　文献标识码:B　　　　　文章编号:1004-373X (2007) 06--03

Application of LabVIEW B ased on WAN G Yali 1,WAN G Tieliu Li 3

(1. College of Physics Engineering ,China ;

2. College of Electronic and Cont rol ,Beijing ,100022,China ;

3. G Technology ,Beijing ,101301,China )

Abstract :Becauseinstruments is complex ,it is easy to damage instruments or reduce their sensi 2tivity if operations are With LabV IEW ,we can easily build the measure and control system of precision instrument and design the instrument ′s interface in personal computer. Taking the advantage of LabV IEW in the measure of precision in 2struments ,the method to program control the precision instrument is researched with the example of Agilent high -precision digital multimeter HP34401A. A practical example of temperature stability ′s test in infrared sensor is given. The test shows that the program controlled system can simplify operation steps ,avoid misoperation and ensure the measure precision.

K eywords :precisioninstrument ;LabV IEW ;digital multimeter ;sensor

　　精密仪器被广泛应用于许多重要科学项目的研究, 在提高科研总体水平、促进学科发展等方面发挥了重要的作用。精密仪器在使用过程中一般要求按规程进行操作。但由于精密仪器功能强大, 操作相对复杂, 在仪器使用过程中, 可能出现操作不当, 造成内部电路短路、接触不良甚至仪器损坏等人为故障, 从而降低了仪器的精密程度, 缩短其使用寿命。此外, 还有一些仪器设备采用触摸屏操作, 需要手指触动屏幕, 如果频繁使用, 会降低其灵敏度。

本文根据具体情况, 采用LabVIEW 编写具有可视化界面的控制程序, 降低了仪器的操作难度, 既可防止精密仪器的意外损坏, 又提高了仪器的使用效率, 减轻了数据记录的繁杂性。

1　LabVIEW 在精密仪器控制中的优势

实验室虚拟仪器工程平台(Laboratory Virt ual Instru 2

ment s Engineering Workbench ,LabVIEW ) 是NI 公司推出

提供了一个轻松、便捷的设计环境。利用LabVIEW , 设计者可以轻松组建测量系统并构造自己的仪器界面, 无需进行繁琐的计算机代码的编写。

LabVIEW 软件在精密仪器控制中的优点包括:(1) 灵活的接口功能

LabVIEW 既可以和专用采集设备进行通信, 也可以

和具有GPIB , PXI , RS 232, VXI 等接口的仪器进行通信[1], 广泛应用于工业自动化、实验测量、数据采集及处理等领域。

(2) 丰富的实时支持库

LabVIEW 提供了大量可供用户直接调用的函数库,

如数值分析函数库、数字信号处理函数库等, 并提供了完成数据采集、分析、显示及仪器控制应用所需要的工具。

(3) 强大的Internet 功能LabVIEW 支持常用的网络协议。

的虚拟仪器开发工具, 他采用图形化编程方法, 为设计者

收稿日期:2006-08-10

2　常用测试仪器控制通信方式简介2. 1　RS 232串行接口

RS 232是早期采用的通用串行接口, 最初多用于数

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据通信, 但随着工业测控行业的发展, 许多测量仪器都带有RS 232接口。采用RS 232接口进行PC 机与测试设备的控制连接, 目前仍然是仪器控制的主要方式, 适用于单台仪器且速度要求不高的测试实验。与GPIB ,VXI 相比,

RS 232接口简单, 使用方便。在LabVIEW 中通过功能模

读取的是字符串, 带有一些状态字符和标点符号, 必须将他们从字符串先行去掉, 然后再将字符串转换成数值组, 才可进行数据处理。处理后的数据送到Bundle 中, 通过

Waveform Graph 即可显示。

采用GPIB 接口控制的数字万用表HP34401A 的用户界面如图1所示, 其对应的框图程序如图2

所示。

板Function →Instrument I/O →Serial [2], 可对串口进行设置, 并完成仪器的控制操作。2. 2　GPIB 总线

在实验中如果需要多台仪器协同工作, 采用RS 232难以满足要求, 而GPIB 则可以很容易的实现。GPIB

(G eneral Purpose Interface Bus ) 通用接口总线标准由HP

公司开发。1975年IEEE (电气和电子工程师协会) 国际组织对GPIB 进行了标准化。LabVIEW 中的GPIB 函数遵循IEEE 488. 2规范。

GPIB 测量系统结构简单。典型的GPIB 系统由一台PC 机、一块GPIB 接口卡和若干台具有GPIB 接口的仪器

用户界面(GPIB

)

通过GPIB 电缆连接而成。GPIB 总线是计算机与仪器之间进行数据通信和传输的通道。在标准, 一GPIB 接口卡最多可连接1440m , 下面以Agilent HP34401A 测量系统为例对程控精密仪器测试系统的设计方法进行说明。

3　数字万用表HP34401A 测量系统的控制方法

HP34401A 是六位半、高性能数字万用表, 具有便利

图2　HP34401A 框图程序(GPIB )

的实验特性和灵活的系统特性。其数据读取速度每秒高达1000个数。HP34401A 具有HP -IB (IEEE 488) 和

RS 232标准接口, 其标准编程语言包括:SCPI , HP3478A

3. 2　RS 232接口控制

通过RS 232接口连接线, 将数字万用表与PC 机相连, 万用表即可作为数字终端设备使用。以下为具体的通信连接及操作步骤:

(1) RS 232接口通信连接

和Fluke8840A 。3. 1　GPIB 接口控制

将NI 公司的GPIB 卡插在PC 机的PCI 插槽上, 通过

GPIB 电缆与HP34401A 连接。在LabVIEW 开发环境下

数字万用表使用两个信号交换线, 即第4针上的

D TR 和第6针上的DSR 。万用表与PC 机之间串口连接

进行相应的设备配置及图形编程, 以下为具体操作步骤:

(1) 配置通道及仪器地址

HP34401A 的GPIB 地址可设定为从0～31之间的任

的引脚对应关系如表1所示:

表1　HP34401A 和PC 机串口连接引脚对应关系表

HP34401A

PC

11

23

32

46

55

64

78

87

99

意数,LabVIEW 的GPIB 程序包可自动处理寻址。

(2) 读写操作

选择GPIB 模板Function →Instrument I/O →GPIB , 从中选出“GPIB Read. vi ”(从GPIB 设备读取数据) 、

(向GPIB 设备写入数据或命令) [3]。根“GPIB Write. vi ”

(2) 设置HP34401A

在控制面板中选择如下选项:

MENU :→E :I/O MENU →2:IN TERFACE →RS232

MENU :→E :I/O MENU →3:BAUD RA TE →根据

据测试要求, 通过写入命令向HP34401A 发出测量指令, 然后从HP34401A 中读取数据并将其存放在指定路径下的文件中。

(3) 数据处理与显示

需要选择

MENU :→E :I/O MENU →4:PARIT Y →7BIT MENU :→E :I/O MENU →5:LAN GUA GE →SCPI

一般需要测量上百组数据。由于从GPIB Read 模块

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的电压时, 输出电压V o 理论值应为0V 。但由于不存在完全相同的两个电阻, 分析V o

时必须考虑温漂的影响。

采用RS 232接口控制的数字万用表HP34401A 的用户界面如图3所示, 其对应的框图程序如图4所示。3. 3　具体程控方法

操作人员通过PC 机上的用户界面对HP34401A 进行初始化和控制操作, 即根据需要设定测量参数, 如选择电压/电流(直流或交流) /电阻, 设定采样次数、时间间隔等, 然后进行测量获取数据, 最后对数据进行分析、处理和显示, 并将数据保存到用户指定路径的文件中。整个程控过程全部通过计算机完成,

无需对数字万用表进行手动设置。

图5　传感器结构

利用程控数字万用表HP34401A 对红外光敏传感器进行了温漂测试, 即在两电阻外界环境相同的情况下长时间测量V o , 测量间隔为5s 。万用表HP34401A 在初始化设定后, 即可自动完成V o 的精确测试, 测试结果可在用户界面上实时显示, 如图6通过测试发现该红外光敏,

图3　数字万用表HP34401A (

图6　温漂测试曲线

5　结　语

综上所述, 通过LabVIEW 编程可以有效简化精密仪

图4　HP34401A 框图程序(RS 232)

器的操作步骤, 避免误操作, 起到保护仪器的作用。通过计算机程序控制仪器的测量过程, 避免了人为操作带来的测量误差, 保证测量的精度及数据的准确性。在精度要求较高的场合采用由计算机和测试仪器组成的程控精密仪器测量系统, 具有很高的实用价值。

参　考　文　献

[1]刘华君. 基于LabV IEW 的虚拟仪器设计[M ].北京:电子工

4　实　验

中国铁路第5次大面积提速后, 原有的热敏电阻型传感器已经满足不了温度测量需要, 逐步被响应速度更快的锑镉汞材料的红外光敏传感器所替代。但是该传感器输出的是微弱的直流温度信号, 幅度小、线性度不好, 加上探头的工作环境十分恶劣, 这些对后级的直流放大器都提出了更高的要求。因此, 研制出性能稳定、工作可靠的红外探头光子放大器具有重要意义。

红外探头光子放大器的研制主要以前级红外光敏传感器的输出为基础, 因此红外光敏传感器特性的测试就非常重要。传感器主要结构如图5所示。R 1与R 2是两个在理论上完全相同的热敏电阻, 在两端分别加上+15V 与-15V

业出版社,2003.

[2]Bishop R H. LabV IEW 6i 实用教程[M ].乔瑞萍, 林欣, 译.

北京:电子工业出版社,2002.

[3]郭占山, 史永彬, 张德山. 在LabV IEW 下仪器控制的实现方

法[J].计量技术,2002(7) :24-26.

作者简介　王亚丽　女,1974年出生, 山东济宁市人, 讲师。主要从事智能化信息处理与测控技术的研究。

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