基于GPIB的頻譜分析儀自動校準系統研究

賈建兵++劉金玉++杜傳斌

摘 要：本文提出了一種基于GPIB總線技術的頻譜分析儀的全自動校準系統的設計方案。該系統使用LabVIEW和VC++開發系統軟件，通過計算機控制來實現對頻譜分析儀自動校準、自動出具證書的功能，在保證測量結果的準確有效的情況下，提出了頻譜分析儀自動校準的一種有效途徑。

關鍵詞：全自動校準系統；頻譜分析儀；LabVIEW；GPIB；VC++

中圖分類號：TH83 文獻標識碼：A

0.引言

頻譜分析儀是現代微波信號測量的重要工具，目前其檢定工作主要由手動完成，存在一些問題。首先，頻譜分析儀的型號多種多樣，如HP8563EC、E4407B、E4440A等，操作起來各有不同，需要操作人員對設備性能熟悉。檢定工作中要用多臺儀器來標定數十個指標，工作量大，耗時長（計量一臺頻譜分析儀一般需兩個工作日）。特別是手動檢定，受操作者個人習慣、手工記錄數據等因素影響，尤其是長時間的重復操作，難免出錯，引起測量結果背離實際。針對這些問題和需求，我們采用虛擬儀器技術，使用LabVIEW和VC++相結合的方法開發了基于GPIB總線的多款頻譜分析儀自動檢定系統，一個小時內自動完成所有測試工作并打印檢定證書，工作效率和準確度都比人工方法明顯提高。

1.系統組成

該系統選用具有GPIB接口的測量儀器和程控開關構成頻譜分析儀自動校準系統，其結構如圖1所示。

檢定/校準系統由計量主標準器和配套標準組成，主要包括頻率計、功率計和標準衰減器，頻率計主要用作檢定與頻率有關的項目的標準，對信號的頻率進行定標；功率計是該系統的電平測量標準，對信號的幅度進行定標；標準衰減器對信號的幅度和衰減進行定標。頻率計的型號再次采用Agilent53152A，功率計采用E4419B，衰減器用Agilent84904L；程控開關用Agilent3499B；配套設備包括函數發生器、微波信號源，主要用于產生穩定的信號，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負載等。系統中的接口適配器完成控制計算機標準接口與測試儀器資源之間的連接，本系統采用Agilent82357A的USB-GPIB電纜連接控制計算機與測試儀器資源以及開關系統。

2.程序結構

本系統的軟件程序采用LabVIEW7.0實驗室虛擬儀器集成環境進行開發，完成對儀器及程控開關的自動控制。LabVIEW是NI公司推出的世界上第一個采用圖形化編程技術的面向儀器的32位編譯型程序開發系統。目標是簡化程序的開發工具，對開發人員編程語言使用水平要求不高，易于掌握和操作。

驅動層對用戶隱藏了模糊的GPIB接口和VXI命令。測試層首先根據被測頻譜儀的型號選擇相應的測試程序，包括了針對系統所需要檢定的各項參數編寫相應的測試程序。測試程序通過調用儀器驅動完成每一項儀器功能測試。因此，開發此層程序必須清楚檢定參數所需的流程。本系統中頻譜儀儀檢定整體設計如圖2所示。

測試軟件的整體結構如圖3所示。首先，加電后，系統自檢，自檢過程良好，則進行下一步，自檢不通過，斷電后檢查線路連接情況是否正確，一切正常后自動搜索被檢設備，讀出被檢頻譜儀的GPIB地址，儀器型號和編號等信息，待檢定人員輸入證書的相關信息，系統結合檢定的頻譜儀的型號生成檢定證書或校準報告模板；將被檢儀器信息加載至軟件系統，生成相應的檢測項目、儀器連接示意圖和說明文字，自動測試開始后，顯示相關數據的測試結果，并根據相應的技術指標判斷是否合格，在測試信息區顯示出超差參數和各檢測項目的測試結論；同時各參數的測試數據也相應的寫入證書模板中，測試結束后即可形成相應的檢定證書或校準證書，打印輸出。

3.系統性能

本系統具有以下特點：

（1）人機界面友好。從系統執行開始進入頻譜儀檢定界面，就設有儀器設備開機預熱半小時、各端口間輸入輸出連接提示等多媒體對話框提醒檢定人員，人機對話界面友好。

（2）可靠性。系統所使用的標準儀器經上級計量部門檢定合格，標準儀器通過計算機實現操作和控制，數據處理嚴格按照頻譜分析儀的檢定規程進行，保證了測試系統的量值傳遞準確和統一，因而保證了系統的可靠性。

（3）高效性。系統采用計算機控制標準儀器自動進行測試，測試完成后自動進行數據處理，自動形成檢定證書或校準報告，大大提高了工作效率，縮短了檢定所用的時間。

（4）靈活性。系統檢定所需設備資源可以靈活配置。在檢定時，可以手動選擇頻譜儀被檢項目，和檢該項目需接入的儀器設備。這樣就緩解了實驗室儀器利用之間的矛盾，也無需在所有儀器同時搭建系統后再開展檢定工作，提高了儀器的利用率。

結論

本文筆者提出了一種基于GPIB總線的頻譜分析儀的自動校準系統，該系統所用的測試資源能涵蓋頻譜儀檢定的所有指標。根據不同的檢定項目，從軟件界面設置開關和儀器參數來完成對頻譜儀的各項測試，設置機動靈活。檢定結束后，系統會自動保存測試結果，并將測試結果保存到數據庫中，生成所需格式的WORD型的檢定證書或校準證書。本自動檢定系統是一個通用型綜合自動檢定平臺，工程上易于實現，供相關人員參考。

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