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，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為開發平臺，可以實時采集處理線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的物鏡線圈電源。結果表明，該測試系統精度高，反應快，使用方便，滿足自動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場發射槍透射電子顯微鏡的研制過程中，其線圈恒流電源的穩定度要求甚高，特別是物鏡線圈恒流電源，其線圈電流穩定度達到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開展工作。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，作者開發了實用化的基于Lab-VIEW虛擬平臺的線圈電源高穩定度的在線自動測試系統。本文以物鏡線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，線圈電源給線圈與采樣電阻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GBIB接口連線輸入到計算機，計算機進行分析處理并實時顯示。

　　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。線圈電源穩定度最高為物鏡線圈電源，要求線圈電流穩定度為2 ppm/min，因此3458A數字多用表可以滿足要求。

　　該系統的數據采集過程為：數字多用表3458A具有標準的GPIB接口，通過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》，線圈電源穩定度的定義為在一定時間內采樣電壓變化量與該時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反映線圈電源的狀況。

　　測試過程是：讓線圈電源穩定工作一段時間，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個區間，計算每個區間的取樣電壓變化量，然后求10個區間的電壓變化量的算術平均值，具體可按式(1)計算線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次算術平均值;VSV為取樣電壓的標稱值。

　　2系統的軟件設計

　　本系統在虛擬儀器開發平臺LabVIEW 8.5環境下開發，編寫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，數據的實時圖形顯示，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進行相關處理。程序流程簡圖如圖2所示。

　　圖2 程序流程簡圖