紅外組件阻值采集系統設計

鄧若漢，曹 嵐，袁斌霞，李 敏

（1.上海無線電設備研究所，上海 200083；2.上海電力學院，上海 200083）

0 引言

空間應用的光導型碲鎘汞紅外探測組件具有高可靠性要求，產品交付前需要進行壽命試驗，以獲取其工作壽命指標[1～5]。目前，國內普遍通過在其壽命試驗過程中定期手動進行電阻測試[6]，以判斷組件的失效時間，從而獲取其產品的工作壽命指標。基于手動的阻值測試過程大大增加了電阻測試的不準確性和不方便性，壽命試驗過程中積累的數據量也極為有限，難以滿足精準評價產品工作壽命指標的要求。

針對目前光導型碲鎘汞紅外探測組件壽命試驗中阻值測試存在的諸多不足，本文采用虛擬儀器技術，利用Fluke公司的程控數據采集器，結合LabVIEW開發平臺研制了一種自動化阻值采集與分析系統。系統的具體技術指標如下：1）測量精度≤0.4Ω；2）測量范圍：0Ω～500Ω；3）自動測試，自動數據存儲；4）當器件的阻值變化超過±20%范圍時，即時報警。

1 阻值測量系統設計

1.1 硬件設計

圖1 電阻自動測試控制框圖

系統由PC機、數據采集器、模擬多路復用開關組成。系統框圖如圖1所示。系統運行的步驟如下：

1）系統上電，運行計算機阻值測試LabVIEW程序，置位數據采集器的數字量輸入輸出DIO的D2位，置位單片機的模擬多路復用開關控制信號，選通通道1；

2）計算機通過RS232接口從數據采集器上讀取數字量輸入輸出信號DIO，若讀取到開關就位信號即D2=1，計算機則向數據采集器發送數據采集命令，并等待數據采集器的回饋信息；

3）計算機接受到數據采集器返回有效數據，將返回的有效數據進行存儲，同時向數據采集器發送數據采集完畢信號，并通知模擬多路復用開關準備下一回路的光敏元測試。

4）重復步驟2）～3），對所有待測的元器件進行測試。

1.2 軟件設計

上位機軟件采用LabVIEW軟件設計，實現光敏元阻值數據采集、數據檢測、數據存取及數據分析等等，圖2為上位機的LabVIEW監控界面。上位機軟件主要包括兩部分：

1）數據采集

計算機通過串口通信的方式，向Fluke 2620A數據采集模塊發送數據采集指令，以獲得各路光敏元的阻值，并把采集到的阻值數據用LabVIEW軟件界面實時保存到數據表中，以備后續的數據處理、計算及打印。

2）數據存取和數據處理

數據存儲部分主要是將采集到的光敏元阻值數據以txt文件和Excel文件存儲， txt文件是用來建立記錄集，執行數據文件的操作，滿足歷史報表數據的查詢和打印。而Excel文件是用來進行數據比較的，Excel文件有兩個，其分別保存著最近兩次測量的光敏元阻值信息，系統通過對比兩個Excel文件中各路光敏元的阻值來判斷光敏元阻值是否出現異常現象。考慮到測量系統的誤差，當同一個光敏元兩次測到的阻值變化超出±30%時，通知單片機重新測量一遍，若阻值變化還是超出范圍，則通知單片機停止試驗，標出出現問題的光敏元。

圖2 電阻自動測試主界面圖

2 阻值測試精度分析

光敏元所在電路可等效為如圖3所示的電路圖，從圖3可看出，數據采集器測到的阻值為R總，為開關芯片的導通電阻R1與光敏元的電阻R0之和。因此導通電阻R1的波動對測試的精度將會帶來直接的影響。本測試系統選用的數據采集器為Fluke 2620A，該采集器的測量精度如表1所示。選用的檔位為3KΩ，測試精度為0.1Ω，開路電壓為1.5V，流經測試電路的最大電流為110μA。保險起見，本文要求在恒定室溫的情況下，模擬電子開關導通時產生的導通電阻R1的變化須小于0.3Ω，瞬時電流小于1mA。而模擬開關陣列開關芯片ADG1634在恒定室溫下的導通電阻的波動小于0.3Ω[7]，足以滿足測試的要求。

圖3 光敏元所在電路的等效電路圖

表1 數據采集器2620的測試精度

3 實驗結果

為驗證系統的實際性能，將該系統連接至包含54路器件的組件，進行自動老化和自動阻值測試實驗，在對待測的電阻阻值進行連續監測后，測得的電阻阻值隨時間的變化圖如圖4所示。從圖中可以看出，該測試系統的電阻測量值波動非常小，小于0.15Ω。此外，該系統的測試速度非常快，54路器件的阻值測試時間僅為2分鐘，足以滿足實際的應用需求，達到了預期的設計目標。

圖4 電阻自動測試系統運行結果

4 結束語

本文設計了一種可用于紅外探測器組件壽命試驗過程的阻值采集和分析系統，該系統基于LabVIEW軟件平臺，采用數據采集器、模擬多路復用開關電路等組成，能夠完成光導型碲鎘汞探測器阻值自動測試、數據存儲和數據分析等功能。通過對54路器件的實際測試表明，該系統測試效率高、測試阻值波動小于0.15Ω，足以滿足實際的應用需求，達到了預期的設計目標。

[1] X. Breniere,P.Tribolet. Uniting IR detectors for tactical and space applications: a continuous cycle for reliability[J].Proc.SPIE 2009,7298:1-12.

[2] 龔海梅,張亞妮,朱三根,王小坤,等.紅外焦平面可靠性封裝技術[J].紅外與毫米波學報.2009,28(2):85-89.

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[5] 龔海梅,邵秀梅,李向陽,李言謹,張永剛,張燕,劉大福,王小坤,李雪,方家熊.航天先進紅外探測器組件技術及應用[J].紅外與激光工程,2012,41(12):3129-3140.

[6] 碲鎘汞紅外探測器組件老化試驗操作指導書[Z].上海技術物理研究所內部資料,2010.

[7] ADG1634 datasheet. http://cn.element14.com/[EB/OL].