基于LabVIEW的濕敏元件性能測試分析系統

摘要：為了克服傳統的傳感器特性測試儀功能單一、專(zhuān)用性強的缺點(diǎn)，利用GPIB卡組建由ZL5型智能LCR測試儀與計算機構成的濕敏元件性能測試系統，并基于LabVIEW開(kāi)發(fā)出系統控制軟件。根據存儲文件方式的不同，采用不同的圖形分析方法。通過(guò)將其應用于氧化鈦基薄膜的濕敏特性研究實(shí)驗，結果表明該系統能夠方便、直觀(guān)地分析濕敏元件的性能。
關(guān)鍵詞：濕敏元件；LabVIEW；電阻特性；復阻抗

0 引言
濕敏元件用于局部環(huán)境的濕度監測與自動(dòng)控制，近年來(lái)隨著(zhù)新材料(如稀土摻雜)的出現及納米級元件的制作，人們對其電學(xué)特性、感濕機理及其等效電路的研究日益增多。在濕敏元件性能的測試工作中，傳統的人工測試依然占據著(zhù)主導地位，這種手動(dòng)測試方法因為其測試精度差、測試速度慢、數據處理過(guò)程復雜、繁瑣等缺點(diǎn)，不利于濕敏元件的分析與改進(jìn)。通過(guò)GPIB接口卡將程控設備與計算機連接起來(lái)，基于虛擬儀器技術(shù)組建多功能的濕度傳感器自動(dòng)測試系統。由于采用了虛擬儀器技術(shù)，用戶(hù)可以在計算機的虛擬面板上進(jìn)行所有操作，具有使用方便、功能強及性能可擴展等優(yōu)點(diǎn)，與傳統儀器相比在數據處理、人機交換等方面顯示出巨大的優(yōu)勢，能夠對濕敏元件性能參數做出快速準確的測試與分析。

1 系統基本原理與框架設計
由GPIB接口卡連接ZL5型智能LCR測試儀與計算機數據采集系統主要包括計算機、測量電路、接口總線(xiàn)和濕敏元件等幾部分。其構成特點(diǎn)是自動(dòng)測試系統各組成部分均配有標準化的接口功能電路，并都與統一的總線(xiàn)相連。計算機(系統的中央控制器)控制對濕敏元件進(jìn)行測量的全過(guò)程，測量電路主要完成中央控制器與濕敏元件的聯(lián)系、傳遞信息或A／D、D／A轉換等。由此，使得由一臺計算機實(shí)現對若干不同的測試任務(wù)進(jìn)行控制成為可能。通信與數據采集是實(shí)現濕度傳感器自動(dòng)測試系統的重要組成部分，它包括系統總線(xiàn)初始化模塊、測試儀參數設置模塊和數據采集模塊?？偩€(xiàn)初始化模塊包括設備地址、控制器、電橋等串口參數設置。參數設置模塊用于設置LCR測量?jì)x的測試速率、測量方式、等效電路、測試頻率、測量參數、延時(shí)、觸發(fā)模式等參數。數據采集模塊用于將LCR測量?jì)x測量到的數據通過(guò)GPIB總線(xiàn)傳輸到計算機，并存儲到臨時(shí)數據庫中。

2 圖形分析程序設計
基于圖形化編程環(huán)境LabVIEW開(kāi)發(fā)系統軟件程序，進(jìn)行儀器控制和數據采集；采集濕度濕敏元件的電學(xué)參數，并對采集的數據進(jìn)行分析與處理。采用模塊化設計方法，設計了濕敏特性模塊、復阻抗特模塊、電容特性模塊等?？梢苑奖愕乩L制出電阻、電容、阻抗與濕度、頻率的關(guān)系曲線(xiàn)，以及復阻抗特性曲線(xiàn)；進(jìn)而進(jìn)一步分析濕敏元件的性能及其感濕機理。LabVIEW 用一個(gè)圖形編輯器來(lái)產(chǎn)生最優(yōu)化編輯代碼，利用應用程序生成器，用戶(hù)能夠產(chǎn)生虛擬儀器，就象執行獨立的可執行程序一樣。根據存儲文件的不同，對數據的圖形分析，分為以下兩種方法：對實(shí)時(shí)數據存儲為測量文件的數據分析和用Excel存儲的數據分析。下面程序設計可根據測試頻率和濕度條件分別繪出電阻、復阻抗與頻率和濕度的關(guān)系特性曲線(xiàn)。
(1)對實(shí)時(shí)數據存儲為測量文件的數據分析
對濕敏元件性能參數進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，測量文件存儲的是實(shí)時(shí)數據。測試條件以數組形式輸入，并以動(dòng)態(tài)數據送入xy圖，根據xy圖屬性設置，可以設置橫縱坐標以及外觀(guān)顏色字體。如圖1、圖2所示。