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发布日期:2015-6-14    点击:39
 

仪器计量校准主要是恢复、保持设备性能指标,是计量工作是生产、科研和人民生活的基础保证。另一个方面,需要计量的仪表呈现出数量大、种类多、分布散的特点,所以,开发自动化的计量校准系统就显得非常有必要。目前,计量机构主要是通过人工计量的方法开展工作,也出现很多专用自动的仪器校准系统,例如数字万用自动校准系统、通信综合测试仪自动校准系统,但是只能针对固定几个型号的仪表,无法扩充型号,当更换标准仪表时,也无法适用。

世通仪器为大家阐述一种通用的自动校准系统平台,采用可编程技术和组件技术将同类仪表进行面向功能接口的封装设计。一方面,保证全自动化计量校准,按照证书模板生成标准的证书报告,另一方面,能够快速扩展新型号的仪表测试,对于每一类仪表测试,能够实现标准器的互换。对各种型号仪表的仪器计量校准具有广泛的通用性。

1.  系统方案设计

系统等仪表的控制主要是通过仪表的 GPIB 口、USB 口、RS232 口、LAN 口等接口进行,每一类型设备设计专用的测试适配器,同时,设计通用的自动校准软件,在测试程序层设计标准化的功能函数接口,这样,测试程序通过功能函数接口对各种仪表驱动和标准仪器驱动进行调用,实现了测试程序与驱动的无关性,具有通用性,同时,可编程的测试程序可以重用其他型号的测试程序,只需根据不同型号设备的差异做部分修改即可完成,具有极大的方便性和灵活性。

2.  硬件接口

在实际仪器计量过程中,部分设备测试时连接是比较繁琐的,频繁的换线严重的影响了测试的效率。对于这些设备的测试可采用程控测试适配器实现通道自动切换。

数字万用表测试适配器设计 如图 1 所示,

 

数字万用表测试适配器

 

测试适配器设计可以以设备种类为单位进行设计,即一类设备可设计一种通用适配器。

3.  硬件架构

本系统平台主要是控制各类仪表和标准仪器,按照厂家测试规范或者仪器校准规范对仪表进行自动化或半自动化测试。保存测试结果,并能够生成标准化的测试报告。系统架构如图 2 所示,

仪器校准系统架构

4.  软件设计

软件平台基于 WindowsXP 操作系统,在 VisualC++环境下编写,数据库采用Access,驱动开发采用Labview 8.0。  软件主要由系统管理、测试开发、报告管理、自动测试四个功能模块组成,软件架构图如图 3 所示,

 仪器校准软件架构

自动测试功能主要完成各种型号设备的自动测试,具有测试模板选择、样品信息录入、测试结果实时显示、测试流程实时显示、测试结果保存、测试设置、单点复测等功能;型号开发功能完成样品的扩展开发、测试模板的开发和测试方案的开发,包括模板加载、测试点标定、增加型号、设置测试项目、修改 TP、开发测试方案等功能;报告管理功能完成测试结果的查询统计、导出证书、上传下载功能;系统管理功能主要包括用户管理、网络管理、数据库管理、基础信息管理。

4.1. 软件工作流程

主要流程图如图 4 所示。

 仪器校准流程图

在测试开发功能可以按照种类、型号进行被测仪表的证书模板、测试组成方案、仪表信息进行配置开发,在自动测试过程中,选择被测对象、方案以及证书模板,系统自动给出测试连接图,然后可以自动化进行测试。测试结果保存到数据库,可导出给定格式的标准 EXCEL 证书。在 TP(测试程序)开发时,可以在系统直接打开文件进行编辑,调试。可以引用其他型号的 TP 进行复用,提高 TP 开发的效率。

4.2. 系统软件层次架构

系统软件层次主要分为 4 层,系统软件层、数据文件层、 功能接口层和驱动层。

系统软件层包括型号开发、测试执行、报告管理、系统管理等人机交互功能。这一层功能是通用的软件架构平台,与具体的型号无关,仅仅靠通用的软件调用接口与 TP 对接,具有很强的通用性。

数据文件层包括测试方案配置文件、证书模板文件、测试流程文件(即测试程序)、数据库文件,这一层文件涵盖了与测试相关的所有信息,即测试配置信息、测试执行流程、测试结果。而且,测试配置信息和测试执行流程构成了测试执行的所有功能要件,具有相对独立、可移植、可重用、与硬件无关的特点。

功能接口程序是对各种仪表进行面向功能接口的封装,是封装了各类设备功能的函数类库,同时也包含了过程信息上传等辅助功能,测试程序直接调用功能接口程序中的各个功能,而测试方案配置文件中包含了实际物理驱动的所有信息,以及与功能接口程序中逻辑功能的映射关系。这样,调用脚本文件时,通过功能程序接口和测试方案配置文件就可以实现与实际功能的对照,从而实现对实际仪表的控制。一般的输出类仪表功能接口程序主要包括 Init()、Config()、OutputSet()、Close()函数,一般的测量类功能接口程序主要包括 Init()、Config()、Read()、Close()。

驱动类主要是所有仪器仪表的驱动信息,驱动信息是用 Labview 8.0 编写,驱动格式要与事先定义的功能接口一致。测试程序架构图如图 5 所示,

 

测试程序架构图

 

5.  测试实例及结果分析

Agilent 34401A 型数字万用表要进行校准。运行该软件平台,选择证书模板和测试方案,自动获取万用表编号,点击测试按钮,弹出测试连接图,连接完毕后,进行测试,笔记本电脑通过 USB-GPIB电缆,控制 FLUKE 5700A和万用表进行自动化校准,并对结果进行实时判断,这些信息都存入数据库,在信息查询功能。表 1 给出了部分测试结果。

 测试实例及结果

以上结果可看到,测试结果都在上限值和下限值范围之内,所以电台的这些指标是正常的。

6.  结论

我们介绍的通用自动校准系统,可以适用 GPIB、USB、RS232、PXI、VXI 等多种仪器总线,不受硬件资源接口限制,具有硬件接口的通用性;软件上,采用通用化的设计架构和统一的 TPS(测试程序集)接口定义,具有重用性、扩展性、灵活性的特点,极大降低了软件的开发维护周期,提高了计量的效率。可以快速扩充集成多种被测仪表型号,特别对于相对集中、测试周期长的仪表计量,具有很大的现实意义。

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