基于高穩定電源虛擬測試系統設計方案

　　為了測試電子顯微鏡高穩定線(xiàn)圈恒流電源的穩定度，本文提出了一種基于高穩定電源虛擬測試系統設計方案。該方案中所設計的系統硬件平臺基于GPIB總線(xiàn)，以8位半數字多用表為高精度電壓采集設備，軟件系統以LabVIEW為開(kāi)發(fā)平臺，可以實(shí)時(shí)采集處理線(xiàn)圈電流反饋的電壓信號。應用該系統測試了穩定度為2 ppm/min的物鏡線(xiàn)圈電源。結果表明，該測試系統精度高，反應快，使用方便，滿(mǎn)足自動(dòng)測試高穩定電源的需求。

　　0引言

　　一般電源穩定度的測試有眾多方法。在220 kV場(chǎng)發(fā)射槍透射電子顯微鏡的研制過(guò)程中，其線(xiàn)圈恒流電源的穩定度要求甚高，特別是物鏡線(xiàn)圈恒流電源，其線(xiàn)圈電流穩定度達到2 ppm/min.這就迫切需要搭建一套可靠，方便和高效的電源穩定度測試系統來(lái)開(kāi)展工作。目前，高穩定度測試系統常采用記錄儀方法，但其操作不方便，精度不高。

　　根據項目工作需要，作者開(kāi)發(fā)了實(shí)用化的基于Lab-VIEW虛擬平臺的線(xiàn)圈電源高穩定度的在線(xiàn)自動(dòng)測試系統。本文以物鏡線(xiàn)圈電源電流穩定度測試為例，介紹該系統的組成，測量原理及軟件編程實(shí)現，并給出數據處理方法及測量結果。

　　1測試系統硬件組成及原理

　　1.1系統組成

　　該測試系統組成結構如圖1所示，線(xiàn)圈電源給線(xiàn)圈與采樣電阻R提供電流，8位半數字多用表采集采樣電阻R上的電壓信號，電壓數字化數據經(jīng)GBIB接口連線(xiàn)輸入到計算機，計算機進(jìn)行分析處理并實(shí)時(shí)顯示。

　　圖1 測試系統組成圖

　　本系統數字多用表采用Agilent公司3458A多用數字多用表。3458A直流電壓檔具體特性為：最高8.5位(28位A/D)分辨率，最高靈敏度10 nV;0.6 ppm /24 h精度，8 ppm/年電壓基準電壓穩定度。線(xiàn)圈電源穩定度最高為物鏡線(xiàn)圈電源，要求線(xiàn)圈電流穩定度為2 ppm/min，因此3458A數字多用表可以滿(mǎn)足要求。

　　該系統的數據采集過(guò)程為：數字多用表3458A具有標準的GPIB接口，通過(guò)82357B模塊轉換成標準的USB接口，這樣就可以方便地與計算機連接。

　　1.2穩定度測試方法

　　根據國標《JB/T 9352-1999 ，透射電子顯微鏡試驗方法》，線(xiàn)圈電源穩定度的定義為在一定時(shí)間內采樣電壓變化量與該時(shí)間電壓平均值的比值。在上面的系統組成圖中，采樣電阻為非常穩定的金屬膜電阻，且置于恒溫油箱中，因此采樣電阻的電壓可以真實(shí)反映線(xiàn)圈電源的狀況。

　　測試過(guò)程是：讓線(xiàn)圈電源穩定工作一段時(shí)間，連續記錄采樣電壓，然后從中取出連續記錄10 min比較穩定的數據，以每1 min為一計算區間，10 min共10個(gè)區間，計算每個(gè)區間的取樣電壓變化量，然后求10個(gè)區間的電壓變化量的算術(shù)平均值，具體可按式(1)計算線(xiàn)圈電源的分鐘電壓穩定度：

　　式中：Sa為1 min電壓穩定度;ΔVSV為每分鐘取樣電壓變化量的10次算術(shù)平均值;VSV為取樣電壓的標稱(chēng)值。

　　2系統的軟件設計

　　本系統在虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺LabVIEW 8.5環(huán)境下開(kāi)發(fā)，編寫(xiě)的程序完成的主要功能有：配置3458A數字電壓表，從電壓表內讀取數據，數據的實(shí)時(shí)圖形顯示，數據的文件存儲等功能。該系統設計了將數據存儲為。txt文件格式，事后可以用軟件Excel進(jìn)行相關(guān)處理。程序流程簡(jiǎn)圖如圖2所示。

　　圖2 程序流程簡(jiǎn)圖