CN103532550A - 一种基于虚拟仪器的电流频率转换器测试方法 - Google Patents

一种基于虚拟仪器的电流频率转换器测试方法 Download PDF

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鲁争艳
张宪起
李金宝
杨侃
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Abstract

本发明公开了一种基于虚拟仪器的电流频率转换器测试方法,包括以下步骤:对可编程电流源进行初始化设置,然后启动可编程电流源输出电流,延时一设定时间后,用数字万用表测量输入电流的大小;再启动计数器测量频率,对输出信号FO+和FO-端的脉冲进行计数;频率测量结束后即得到一个电流/频率点,接着改变输入电流大小,测量下一个电流/频率点,依此类推;需要测量的电流/频率点全部测量结束后,以电流值作为横向变量Xi,频率值作为纵向变量Yi,用最小二乘法计算线性度,线性度测试结果小于0.03%的电流频率转换器为合格。本方法测试速度快,可以实时地进行复杂的分析和计算,快速得到测试结论;测试精度高,测试过程简单。

Description

一种基于虚拟仪器的电流频率转换器测试方法
 
技术领域
本发明涉及一种电流频率转换器测试方法,特别涉及一种基于虚拟仪器的电流频率转换器测试方法。
背景技术
虚拟仪器是利用现有的计算机,加上特殊设计的仪器硬件和专用软件形成既有普通仪器的基本功能又有一般仪器所没有的特殊功能的高档低价的新型仪器。它是利用计算机强大的图形环境和在线帮助功能,建立虚拟仪器面板,以代替传统仪器完成对仪器的控制、数据分析和显示功能。虚拟仪器通过软件将计算机的硬件资源和仪器的硬件资源有机融合在一起,充分发挥计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量及控制能力,利用软件对测试数据实时进行分析、计算和处理,特别适合自动在线测试系统的发展要求。
电流频率转换把输入的模拟电流信号转换成计数脉冲输出,计数脉冲的频率正比于输入电压信号的幅度值。电流频率转换是一种常见的模/数转换方式,广泛用于导航、雷达、遥控遥测、模拟信号传输、数据采集和通讯系统、现代导航系统等领域。在电流频率转换器的众多技术指标中,线性度是最重要的指标,它标志着电流频率转换器的性能。线性度指的是输入电流与输出频率之间的线性关系,一般以不同的输入电流值为X轴,对应的频率值为Y轴,用最小二乘法计算线性度。
目前,电流频率转换器的测试主要通过搭建分立的测试仪器实现。测试线性度时,为了采集不同的电流/频率点,测试人员要不断更改可编程电流源发出的电流,并通过频率计读取对应的频率值。电流频率转换器线性度包括正向线性度和负向线性度,测试每个线性度一般要采集十几个电流/频率点,因而测试一个电流频率转换器要采集并记录二十几个电流/频率点,然后录入计算机计算结果。如此繁琐的测试过程使测试一个电流频率转换器要耗时十几分钟,测试时间长,数据处理同步性差。
发明内容
本发明的目的:本发明将最新的虚拟仪器技术应用于电流频率转换器的测试中,不仅可以缩短测试时间,完成测试数据的即时分析及处理,而且可以精确控制测量过程,自动记录与显示测量结果。
实现本发明目的的技术解决方案为:
一种基于虚拟仪器的电流频率转换器测试方法,其特征是, 
建立测试系统,所述测试系统包括计算机、PXI卡式仪器、接口适配器;PXI卡式仪器通过PXI总线与计算机通信,接口适配器连接PXI卡式仪器和被测电流频率转换器;
PXI卡式仪器提供电流频率转换器正常工作所需的输入信号并采集电流频率转换器的输出信号;PXI卡式仪器包括直流稳压电源、信号发生器、可编程电流源、计数器和数字万用表;
接口适配器把PXI卡式仪器发出的电源、时钟、电流信号输入到电流频率转换器并把电流频率转换器发出的频率信号输入到PXI卡式仪器;
包括以下步骤:
对可编程电流源进行初始化设置;
然后启动可编程电流源输出电流,即在电流频率转换器的输入端输入电流,延时一设定时间后,用数字万用表测量输入电流的大小;数字万用表采用数字万用表PXI-4071是6位半的数字万用表,通过调用NI-DMM仪器设备驱动程序对输入电流进行精确测量,精确到小数点后四位;
再启动计数器测量频率,对输出信号FO+和FO-端的脉冲进行计数,计数器计数功能通过调用NI-DAQmx仪器设备驱动程序实现;
计数器通过输入外部脉冲信号触发计数,外部脉冲信号由脉冲发生器PXI-6552发出,此功能通过调用NI-HSDIO仪器设备驱动程序实现;
频率测量结束后即得到一个电流/频率点,接着改变输入电流大小,测量下一个电流/频率点,依此类推;
需要测量的电流/频率点全部测量结束后,以电流值作为横向变量Xi,频率值作为纵向变量Yi,用最小二乘法计算线性度,线性度测试结果小于0.03%的电流频率转换器为合格。
PXI卡式仪器具体包括直流稳压电源Agilent E3649A、信号发生器PXI-5422、可编程电流源PXI-4130、计数器PXI-6608、数字万用表PXI-4071、脉冲发生器PXI-6552。
电流频率转换器的输入、输出信号包括:
+15V、-15V、+5V三路电源用于给电流频率转换器供电,由直流稳压电源提供;
输入信号CLK为512kHz方波信号,用于给电流频率转换器提供工作时钟,由信号发生器PXI-5422产生;
输入信号Iin为-15mA~15mA的电流信号,用于给电流频率转换器提供输入电流,由可编程电流源产生,由数字万用表进行测量;
输出信号FO+和FO-为电流频率转换器输出的0~200kHz的矩形波信号,由计数器采集计数;脉冲发生器发出脉冲信号控制计数器的开始计数及停止计数时刻。
测试系统中还包括时钟发生模块、功耗测试模块、线性度测试模块、文件I/O模块、面板显示模块;其中,时钟发生模块用于给电流频率转换器提供工作时钟;功耗测试模块用于测试电流频率转换器的静态功耗,通过功耗测试结果初步判断电流频率转换器是否工作在正常状态;线性度测试模块用于测试电流频率转换器线性度;文件I/O模块用于以一定格式存储采集的数据和处理后的数据;面板显示模块用于直观地显示电流频率转换器的测试信息、测试条件、测试数据及测试结果。
时钟发生模块调用信号发生器PXI-5422的仪器设备驱动NI-FGEN,控制信号发生器PXI-5422发出低电平为0V、高电平为5V的512kHz的方波信号。
功耗测试模块调用直流稳压电源Agilent E3649A的仪器设备驱动程序实现+15V、-15V、+5V的电源输出以及每路电源输出电流的检测,每路电源电压与电流相乘得到每路电源输出的功耗,三路电源功耗相加得到电路的总功耗。
电流频率转换器的线性度测试包括正向线性度测试和负向线性度测试,先测试正向线性度,再测试负向线性度;测试正向线性度时,在输入信号Iin端依次输入电流值:15mA、12mA、10mA、7mA、5mA、3mA、1mA、0.7mA、0.5mA、0.3mA、0.01mA,用计数器在输出信号FO+端测试相应的频率值;测试负向线性度时,在输入信号Iin端依次输入电流值:-15mA、-12mA、-10mA、-7mA、-5mA、-3mA、-1mA、-0.7mA、-0.5mA、-0.3mA、-0.01mA,用计数器在输出信号FO-端测试相应的频率值。
本发明创造的优点以及达到的有益效果:
基于虚拟仪器的电流频率转换器测试方法具有以下优点:
1.测试速度快。
把测试时间从十几分钟缩短到一分钟,在测试的过程中自动存储测试数据,同时可以实时地进行复杂的分析和计算,快速得到测试结论。
2.测试精度高。
人工测试和记录数据难以避免发生误差,测试精确很难保证,采用自动测试系统可以避免上述问题,提高测试精度。
3.测试过程简单。
自动测试系统避免了连接和搭建各种测试设备的复杂过程,测试人员只要按照要求操作虚拟仪器测试系统面板上的控件即可完成测试工作,自动化程度高,操作简便,省力省时。
附图说明
图1 测试系统硬件连接示意图;
图2 电流频率转换器输入输出信号;
图3 接口适配器结构原理图;
图4 测试线性度流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
测试系统包括软件部分和硬件部分。软件部分是基于Labview8.6虚拟仪器软件开发平台而设计的应用软件,该软件运行在Windows XP下,通过设计友好的人机交互操作界面,负责发出各种信号、操作指令、接受和处理数据、显示信号波形,实现对电流频率转换器的自动测试。硬件部分主要包括计算机、PXI卡式仪器、接口适配器,如图1所示。PXI卡式仪器通过PXI总线与计算机通信。接口适配器连接PXI卡式仪器和被测电流频率转换器,是PXI卡式仪器和被测电流频率转换器进行通信和接口匹配的枢纽。
PXI卡式仪器提供电流频率转换器正常工作所需的输入信号并采集电流频率转换器的输出信号。本测试系统用到的PXI卡式仪器有直流稳压电源Agilent E3649A、信号发生器PXI-5422、可编程电流源PXI-4130、计数器PXI-6608、数字万用表PXI-4071、脉冲发生器PXI-6552。电流频率转换器的输入输出信号如图2所示。其中,+15V、-15V、+5V三路电源用于给电流频率转换器供电,由直流稳压电源Agilent E3649A提供。输入信号CLK为512kHz方波信号,用于给电流频率转换器提供工作时钟,由信号发生器PXI-5422产生。输入信号Iin为-15mA~15mA的电流信号,用于给电流频率转换器提供输入电流,由可编程电流源PXI-4130产生,由数字万用表PXI-4071进行精确测量。输出信号FO+和FO-为电流频率转换器输出的0~200kHz的矩形波信号,由计数器PXI-6608采集计数。脉冲发生器PXI-6552发出脉冲信号控制计数器PXI-6608的开始计数及停止计数时刻。
接口适配器结构原理图如图3所示。其主要功能是把PXI卡式仪器发出的电源、时钟、电流信号输入到电流频率转换器并把电流频率转换器发出的频率信号输入到PXI卡式仪器,同时为电流频率转换器提供外围电路,对转换器的工作电源进行滤波并提供电源指示灯。
测试系统的软件部分主要包括时钟发生模块、功耗测试模块、线性度测试模块、文件I/O模块、面板显示模块。其中,时钟发生模块用于给电流频率转换器提供工作时钟。功耗测试模块用于测试电流频率转换器的静态功耗,通过功耗测试结果可初步判断电流频率转换器是否工作在正常状态。线性度测试模块用于测试电流频率转换器线性度,是所有测试模块中最重要的测试模块。文件I/O模块用于以一定格式存储采集的数据和处理后的数据。面板显示模块用于直观地显示电流频率转换器的测试信息、测试条件、测试数据及测试结果。各个功能模块的设计过程详细论述如下。
(1)时钟发生模块
时钟发生模块通过调用仪器设备驱动提供的子程序实现。仪器设备驱动是对某一仪器设备进行控制与通信的底层软件程序。仪器设备的驱动包括多种操作和功能,包括对卡式仪器的配置、触发方式的选择、初始化、关闭进程、测试、读取数据等,包含了对卡式仪器操作的各个方面。仪器设备驱动为用户使用仪器设备提供了一系列子程序,用户在开发应用程序时,可以直接调用仪器设备驱动的子程序,完成对仪器设备的操作,使应用程序更易于开发。
本模块调用了信号发生器PXI-5422的仪器设备驱动NI-FGEN,它包含了niFgen Initialize.vi(初始化信号发生器)、niFgen Configure output Mode.vi(配置信号发生器输出模式)、niFgen Configure Standard Waveform.vi(配置输出波形参数)、niFgen Initialize Generation.vi(启动波形输出)、niFgen Abort Generation.vi(停止波形输出)、niFgen Close.vi(关闭信号发生器)等子程序。通过调用这些子程序,用简单的Labview编程语言即可控制信号发生器PXI-5422发出低电平为0V、高电平为5V的512kHz的方波信号。
(2)功耗测试模块
本模块调用直流稳压电源Agilent E3649A的仪器设备驱动程序实现+15V、-15V、+5V的电源输出以及每路电源输出电流的检测,每路电源电压与电流相乘得到每路电源输出的功耗,三路电源功耗相加得到电路的总功耗。
(3)线性度测试模块
电流频率转换器的线性度测试包括正向线性度测试和负向线性度测试。测试正向线性度时,在输入信号Iin端依次输入电流值:15mA、12mA、10mA、7mA、5mA、3mA、1mA、0.7mA、0.5mA、0.3mA、0.01mA,用计数器在输出信号FO+端测试相应的频率值。测试负向线性度时,在输入信号Iin端依次输入电流值:-15mA、-12mA、-10mA、-7mA、-5mA、-3mA、-1mA、-0.7mA、-0.5mA、-0.3mA、-0.01mA,用计数器在输出信号FO-端测试相应的频率值。对电流频率转换器进行测试时,先测试正向线性度,再测试负向线性度。测试正向线性度和负向线性度的测试过程和计算方法相同,只是输入的电流值及频率测试端子不同。
测试线性度的流程图如图4所示。首先对可编程电流源PXI-4130进行初始化设置(设置发出电流的类型、大小及通道等),然后启动可编程电流源PXI-4130输出电流(即在电流频率转换器的输入端输入电流),延时100ms后,用数字万用表PXI-4071测量输入电流的大小。数字万用表PXI-4071是6位半的数字万用表,通过调用NI-DMM仪器设备驱动程序对输入电流进行精确测量(精确到小数点后四位),以满足电流频率转换器的高精度要求。此处延时100ms的目的是等输入电流和输出频率稳定后再进行测量,以提高采样数据的可靠性。再启动计数器PXI-6608测量频率,也就是对输出信号FO+和FO-端的脉冲进行计数。计数器计数功能通过调用NI-DAQmx仪器设备驱动程序实现。计数器通过输入外部脉冲信号触发计数,外部脉冲信号由脉冲发生器PXI-6552发出,此功能通过调用NI-HSDIO仪器设备驱动程序实现。脉宽大小决定计数时间,计数时间可人为设定,系统默认设置为1秒。频率测量结束后即得到一个电流/频率点,接着改变输入电流大小,测量下一个电流/频率点,依此类推。系统要求测量的电流/频率点全部测量结束后,以电流值作为横向变量Xi,频率值作为纵向变量Yi,用最小二乘法计算线性度,线性度测试结果<0.03%时电流频率转换器为合格。                  
(4)文件I/O模块
文件I/O模块用于把测试信息、测试数据及计算结果以一定格式存储到文本文件中。文件I/O模块调用Labview自带的文件输入/输出函数Write To Spreadsheet File.vi创建文本文件,并把所有的测试数据写入文本文件。
(5)面板显示模块
面板显示模块包括测试说明、测试人、测试温度、电路批次、片号、文件路径、计数器计数时间等输入控件以及功耗、正向线性度、负向线性度、合格指示灯等显示控件。操作者进入测试界面后,按下工具栏的运行按钮,系统即按照测试流程一步一步地进行项目测试。测试完成后,自动判断测试结果是否合格,并自动将所有测试数据录入文本文件。

Claims (8)

1.一种基于虚拟仪器的电流频率转换器测试方法,其特征是, 
建立测试系统,所述测试系统包括计算机、PXI卡式仪器、接口适配器;PXI卡式仪器通过PXI总线与计算机通信,接口适配器连接PXI卡式仪器和被测电流频率转换器;
PXI卡式仪器提供电流频率转换器正常工作所需的输入信号并采集电流频率转换器的输出信号;PXI卡式仪器包括直流稳压电源、信号发生器、可编程电流源、计数器和数字万用表;
接口适配器把PXI卡式仪器发出的电源、时钟、电流信号输入到电流频率转换器并把电流频率转换器发出的频率信号输入到PXI卡式仪器;
包括以下步骤:
对可编程电流源进行初始化设置;
然后启动可编程电流源输出电流,即在电流频率转换器的输入端输入电流,延时一设定时间后,用数字万用表测量输入电流的大小; 
再启动计数器测量频率,对输出信号FO+和FO-端的脉冲进行计数;
频率测量结束后即得到一个电流/频率点,接着改变输入电流大小,测量下一个电流/频率点,依此类推;
需要测量的电流/频率点全部测量结束后,以电流值作为横向变量Xi,频率值作为纵向变量Yi,用最小二乘法计算线性度,线性度测试结果小于0.03%的电流频率转换器为合格。
2.根据权利要求1所述的基于虚拟仪器的电流频率转换器测试方法,其特征是,电流频率转换器的输入、输出信号包括:
+15V、-15V、+5V三路电源用于给电流频率转换器供电,由直流稳压电源提供;
输入信号CLK为512kHz方波信号,用于给电流频率转换器提供工作时钟,由信号发生器产生;
输入信号Iin为-15mA~15mA的电流信号,用于给电流频率转换器提供输入电流,由可编程电流源产生,由数字万用表进行测量;
输出信号FO+和FO-为电流频率转换器输出的0~200kHz的矩形波信号,由计数器采集计数;脉冲发生器发出脉冲信号控制计数器的开始计数及停止计数时刻。
3.根据权利要求1所述的基于虚拟仪器的电流频率转换器测试方法,其特征是,测试系统中还包括时钟发生模块、功耗测试模块、线性度测试模块、文件I/O模块、面板显示模块;其中,时钟发生模块用于给电流频率转换器提供工作时钟;功耗测试模块用于测试电流频率转换器的静态功耗,通过功耗测试结果初步判断电流频率转换器是否工作在正常状态;线性度测试模块用于测试电流频率转换器线性度;文件I/O模块用于以一定格式存储采集的数据和处理后的数据;面板显示模块用于直观地显示电流频率转换器的测试信息、测试条件、测试数据及测试结果。
4.根据权利要求1、2或3所述的基于虚拟仪器的电流频率转换器测试方法,其特征是,PXI卡式仪器包括直流稳压电源Agilent E3649A、信号发生器PXI-5422、可编程电流源PXI-4130、计数器PXI-6608、数字万用表PXI-4071、脉冲发生器PXI-6552。
5.根据权利要求4所述的基于虚拟仪器的电流频率转换器测试方法,其特征是,时钟发生模块调用信号发生器PXI-5422的仪器设备驱动NI-FGEN,控制信号发生器PXI-5422发出低电平为0V、高电平为5V的512kHz的方波信号。
6.根据权利要求4所述的基于虚拟仪器的电流频率转换器测试方法,其特征是,功耗测试模块调用直流稳压电源Agilent E3649A的仪器设备驱动程序实现+15V、-15V、+5V的电源输出以及每路电源输出电流的检测,每路电源电压与电流相乘得到每路电源输出的功耗,三路电源功耗相加得到电路的总功耗。
7.根据权利要求4所述的基于虚拟仪器的电流频率转换器测试方法,其特征是,电流频率转换器的线性度测试包括正向线性度测试和负向线性度测试,先测试正向线性度,再测试负向线性度;测试正向线性度时,在输入信号Iin端依次输入电流值:15mA、12mA、10mA、7mA、5mA、3mA、1mA、0.7mA、0.5mA、0.3mA、0.01mA,用计数器在输出信号FO+端测试相应的频率值;测试负向线性度时,在输入信号Iin端依次输入电流值:-15mA、-12mA、-10mA、-7mA、-5mA、-3mA、-1mA、-0.7mA、-0.5mA、-0.3mA、-0.01mA,用计数器在输出信号FO-端测试相应的频率值。
8.根据权利要求4所述的基于虚拟仪器的电流频率转换器测试方法,其特征是,计数器通过输入外部脉冲信号触发计数,外部脉冲信号由脉冲发生器PXI-6552发出。
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