基于虛擬儀器的電磁輻射自動(dòng)監測系統

　　1.前吾

　　近年來(lái)隨著(zhù)科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟的不斷發(fā)展，各種電器設備的廣泛應用，電磁輻射作為一個(gè)重要的干擾和污染因素已越來(lái)越引起人們的高度重視，研究表明電磁輻射不但對人們的生產(chǎn)活動(dòng)產(chǎn)生影響而且嚴重地危害了人們的健康。為了有效地防治電磁輻射帶來(lái)的危害，促進(jìn)生產(chǎn)生活的正常進(jìn)行，就必須對可能產(chǎn)生電磁污染一些主要的上作崗位、生產(chǎn)生活場(chǎng)所進(jìn)行電磁輻射監測，以便能即時(shí)了解這些場(chǎng)所的污染情況并作出及時(shí)處理，為查找輻射污染源，提出防止輻射污染的有效措施提供較為可靠的事實(shí)依據。

　　由于電磁輻射監測多為長(cháng)時(shí)間的實(shí)時(shí)監測，所以要求監測系統具有靈活可靠、開(kāi)發(fā)周期短易維護、更重要的是測試的實(shí)時(shí)性高，且擁有強大的數據庫功能以便對測試數據的處理?；诖宋覀冮_(kāi)發(fā)了一套基于虛擬儀器的電磁輻射自動(dòng)監測系統，與傳統電磁環(huán)境監測儀器相比，該系統在智能化、靈活性、可拓展性、性?xún)r(jià)比、實(shí)用性等方面具有明顯的優(yōu)勢。

　　2.電磁輻射自動(dòng)監測系統的組成及其功能

　　電磁輻射自動(dòng)監測系統通過(guò)可轉換的天線(xiàn)組和監測接收機能夠在控制中心對監測區域內的O一3GH z頻段進(jìn)行無(wú)線(xiàn)電信號的識別、監聽(tīng)、測量和相關(guān)數據處理。本監測系統的主要作用就是對監測信號快速、準確、實(shí)時(shí)地進(jìn)行搜索、測量、統計、分析、定位，按照監測人員預先設定，實(shí)時(shí)給出所測電磁輻射情況的監測報告。同時(shí)，通過(guò)對無(wú)線(xiàn)電臺站進(jìn)行實(shí)時(shí)監測，還能為無(wú)線(xiàn)電頻率的科學(xué)規劃和指配提供可靠的技術(shù)依據。

　　電磁輻射自動(dòng)監測系統是由一套覆蓋O一3GHz的天線(xiàn)組通過(guò)程控天線(xiàn)轉換裝置與測控計算機以及ESMB接收機等連接在一起的測試系統。本系統的硬件主要包括：測控計算機，GPIB接口卡及連接電纜、。RS-232網(wǎng)卡及網(wǎng)線(xiàn)、RS-232GPIB轉換器、ESMB接收機、測試天線(xiàn)、天線(xiàn)切換器、打印機等組成。

　　其結構圖1所示。

　　2.1 測量接收機

　　ESMB是監測與測試接收機，可廣泛地應用于符合ITU-R建議的無(wú)線(xiàn)電監測、無(wú)線(xiàn)電調研和信號偵測任務(wù)。ESMB設計緊湊、機體堅固、重量輕，是固定站和移動(dòng)站的通用設備。

　　(1)頻率和頻偏的測量

　　(2)場(chǎng)強的測量

　　(3)調制度的測量

　　(4)頻譜占用度的測量

　　(5)帶寬的測量

　　(6)解調、監聽(tīng)發(fā)射機的音頻信號(CW，AM，SSB和FM);

　　(7)信號識別

　　2.2 測試天線(xiàn)

　　由于所要測量的頻率范圍為H z至3GH z，本設計采用了不同型號的四種天線(xiàn)，其測量范圍分別為， 環(huán)天線(xiàn)100H z～30MH z， 雙錐天線(xiàn)20-300MHz，對數周期天線(xiàn)200MHz～1.3GHz和喇叭天線(xiàn)1.3GHz一3GHz，可以覆蓋整個(gè)測試頻段。

　　2.3 天線(xiàn)切換裝置

　　在電磁輻射監測過(guò)程中，由于系統要實(shí)現對Hz至3GHz全頻段不斷掃描，因此測量天線(xiàn)和EMI接收機之間接入需用GPIB控制的天線(xiàn)切換裝置對接收天線(xiàn)的輸入信號進(jìn)行自動(dòng)切換。在選擇天線(xiàn)切換裝置時(shí)，要考慮天線(xiàn)切換裝置所適用的頻率范圍和裝置所能，承受的功率。另外在接收天線(xiàn)和天線(xiàn)切換裝置之間添加一個(gè)適當增益的放大器以避免輻射電平在連接線(xiàn)纜中因衰減過(guò)大而淹沒(méi)在噪聲電平造成測量的誤差。

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　　2.4 控制總線(xiàn)

　　總線(xiàn)技術(shù)是實(shí)現自動(dòng)測試的關(guān)鍵。目前較常用的總線(xiàn)形式有GPIB總線(xiàn)，VXI總線(xiàn)，PXI，以及目前發(fā)展迅速的LXI總線(xiàn)，其中GPIB總線(xiàn)接口是目前最常用、最成熟的智能儀器的接口，其結構和命令都較簡(jiǎn)單，適合于精度要求高，但對傳輸速率要求不高的場(chǎng)合，因此在控制總線(xiàn)設計上采用GPIB總線(xiàn)結構組建監測系統。

　　2.5 測控計算機

　　在本監測系統中測控計算機起著(zhù)主導作用，它一方面通過(guò)GPIB總線(xiàn)控制測試的整體進(jìn)程，控制測量設備按監測人員設定的步驟運行，另一方面對測試結果進(jìn)行存儲和處理，并將其顯示在軟件的揲作界面上。

　　3.電磁輻射自動(dòng)監測系統的軟件

　　電磁輻射自動(dòng)監測系統的軟件基丁VB的程序開(kāi)發(fā)語(yǔ)言進(jìn)行設計，軟什總體分為監測界面模塊、電磁輻射數據存儲、數據處理、儀器驅動(dòng)四大模塊。軟件的流程圖如下圖2所示：

　　3.1 監測界面模塊

　　本監測系統的界而模塊主要由VB編輯設計，其要有讓監測人員選定監測頻段、極限值等監測參數的功能，開(kāi)具備簡(jiǎn)單的圖形顯示和數據處理，最后還要有查看分析監測數據以及預覽和打印檢測報告等功能。在圖形顯示方面我們選用NI公司的用于虛擬儀器設計的XYGraph控件(如下圖示)，此控件能出色的完成數據圖形特別是波形的顯示和操作。

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　　3.2 設備驅動(dòng)模塊

　　設備驅動(dòng)模塊以面向對象的Visua1 Basic作為程序設計語(yǔ)言，利用Windows的DLL(動(dòng)態(tài)鏈接庫)技術(shù)，通過(guò)不同的IEEE488接口功能調用，實(shí)現對接收機和天線(xiàn)切換裝置的控制。本系統所用N1488.2提供的支持VB的動(dòng)態(tài)連接庫函數為gpib-32.d11，然后在VB輻射下將gpib-32.dll庫裝入應用程序。

　　支持VB編程語(yǔ)言的常見(jiàn)功能函數有：

　　ibfind：查找gpib卡 ibdev：查找連接在gpib卡

　　上的設備

　　ibsta：查詢(xún)狀態(tài)字，主要用來(lái)察看錯誤信息。

　　ibclr：設備清零

　　ibwrt：向設備中寫(xiě)入字符串，來(lái)控制儀表動(dòng)作

　　ibrd：從設備中讀出字符串，一般用來(lái)獲取儀表讀數

　　在VB下使用DLL函數時(shí)，首先要在全局模塊(擴展名為BAS)中用Declare語(yǔ)句聲明要使用的函，其次還要熟悉被控設備的程控指令，在編寫(xiě)控制代碼時(shí)需要將程控指令寫(xiě)成字符形式。以下為示例程序

　　Ca 11 ibdev(0，3一設備地址，0，1 3，l，0，dev一變量)打開(kāi)儀表設備

　　Ca ll ibc1r(dev)’設備清零

　　str="CF 14MH z" 。被控設備的程控指令

　　Ca11 ibwrt(dev，str)’向儀表設備中寫(xiě)命令

　　Ca11 ibrd(d e v，st r) ’從儀表設備中讀數

　　在設計設備驅動(dòng)模塊時(shí)還須注意，對測量接收機與天線(xiàn)轉化裝置的控制以GPIB地址區分開(kāi)來(lái)，盡量做到同步進(jìn)行，對測量接收機采集數據的讀取要放到最后進(jìn)行，以保證數據的準確性。

　　3.3 數據處理模塊

　　根據測量天線(xiàn)、測試電纜在不同頻率的不同表現以及放大器的增益，在系統軟件的測試數據處理過(guò)程中應根據實(shí)際情況對接收機讀數進(jìn)行處理，實(shí)際電磁輻射的功率為各項疊加之和，為;

　　S=R—Ga+Lc十AF

　　其中S為實(shí)際接收到的電磁輻射的功率dBm，R為接收機讀數dBm，Ga為放大器增益dB，Lc為測試線(xiàn)纜損耗dB，AF為天線(xiàn)因子m-1。

　　在進(jìn)行電磁輻射監測時(shí)，檢測到的數據經(jīng)過(guò)處理得出實(shí)際電磁輻射數據，先將此數據與數據庫中預先存儲的極限值數據相對比，如果所測數據超過(guò)極限值，軟件自動(dòng)啟動(dòng)報警程序。熱后將此數據中某一頻點(diǎn)輻射數據與數據庫中的對應的背景數據對比，若屬于背景信號，則自動(dòng)比較下一頻點(diǎn)，若屬于新信號則查找新信號庫中是否有這一頻點(diǎn)信息，有則在記錄中更新此信號掃描信息，如沒(méi)有則生成新的信號記錄。

　　3.4 數據庫模塊

　　電磁輻射的實(shí)時(shí)監測將會(huì )產(chǎn)生大量的監測數據，對監測數據的最終處理直接影響到最終的監測效果。同時(shí)在設計上考慮到系統遠程監測的拓展功能，即用戶(hù)通過(guò)客戶(hù)端遠程訪(fǎng)問(wèn)監測數據庫系統來(lái)實(shí)現，這些在監測數據庫模塊都應給予充分考慮。

　　測試系統使用Acess 2000的*.mdb文件形式來(lái)存儲數據。監測程序使用VB的ADO技術(shù)對數據庫進(jìn)行訪(fǎng)問(wèn)，ADO的中文含義是ACTIVE X數據對象，是以ACTIVEx技術(shù)為基礎的數據存取方法#集中了RDO和ADO的優(yōu)點(diǎn)，是專(zhuān)門(mén)為開(kāi)發(fā)Client/server應用程序而設計的.它使得客戶(hù)端應用程序能夠通過(guò)任何OLE DB提供者來(lái)訪(fǎng)問(wèn)和操作數據庫服務(wù)器中的數據。與OLE數據庫提供的底層訪(fǎng)問(wèn)方法相比ADO提供了更為高級的訪(fǎng)問(wèn)機制。還由于A(yíng)DO是基于組件對象模型COM的訪(fǎng)問(wèn)技術(shù).所以用ADO產(chǎn)生的應用程序占用內存少，因此，是目前數據存取的主要發(fā)展方向.

　　PubliCrS AS New ADODB.Recordset1定義rs為Recordset對象

　　Publiccn AS New ADODR.Connection’一定義cn為Connection對象

　　cn.ConnectionString=”provider=microsoft.jet.01edb.4.0;Per_siSt securitY info=false;data source=“主表路徑”’建立數據連接

　　Cn.Open’建立數據

　　SQL="Select*from主表名"

　　rs.CursorLocation=adUseClient’定義訪(fǎng)問(wèn)類(lèi)型

　　rs.Open SQL，cn，adOpenKeyset，adLOCkPessimistiC’打開(kāi)數據表

　　rs.movefirSt

　　rs.AddNEW’添加一條記錄

　　rs.Fie1dS(“字段名”)=value’給當前記錄的字段賦值

　　rs.Updata’記錄更新

　　注意到在對監測數據的處理中還將涉及到數據查詢(xún)功能，因此在數據庫的操作中需要用到SQL語(yǔ)言中的查詢(xún)以及模糊查詢(xún)如：”select*from主表名where字段=查詢(xún)值(或字段like查詢(xún)值)”。

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　　4.總結

　　本電磁輻射自動(dòng)監測系統，經(jīng)過(guò)軟、硬件系統開(kāi)發(fā)和集成，使用動(dòng)態(tài)連接庫實(shí)現了對儀器的摔制，實(shí)際測試結果達到設計要求;軟件操作簡(jiǎn)便，簡(jiǎn)化了測試人員的工作程序，降低了工作強度;運用此系統可以建立電磁輻射監測數據庫，有利于存儲、查詢(xún)和處理;本測試系統基于VB語(yǔ)言的開(kāi)發(fā)以及模塊化的設計思路，更便丁日后的系統維護。隨著(zhù)電磁輻射的不斷惡化以及人們對電磁輻射的要求不斷提高，本測試系統將在以后實(shí)踐中擁有更廣泛的應用和發(fā)展前景。