符合NEBS認(rèn)證要求的高低溫自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

江蘇省計(jì)量科學(xué)研究院 趙波 陳道升 吳敏ZHAO Bo CHEN Dao-sheng WU Min

符合NEBS認(rèn)證要求的高低溫自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)

江蘇省計(jì)量科學(xué)研究院 趙波 陳道升 吳敏ZHAO Bo CHEN Dao-sheng WU Min

針對(duì)NE B S認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)的要求，本文提出了一種符合該標(biāo)準(zhǔn)要求的高低溫自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，該方案能有效改善測(cè)試點(diǎn)控溫精度和溫度波動(dòng)度，減少人工干預(yù)，防止設(shè)備故障。

NE B S認(rèn)證；環(huán)境試驗(yàn)；自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)

1.案的提出與背景

NEBS是 “ Network Equipment Building System”（網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)建系統(tǒng)）的英文簡(jiǎn)稱。NEBS認(rèn)證來(lái)源于1970年美國(guó)電訊業(yè)貝爾實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)的一套文件，貝爾實(shí)驗(yàn)室開(kāi)發(fā)這份文件的初衷，是要幫助通訊設(shè)備商了解機(jī)房的環(huán)境要求，能以較低的成本設(shè)計(jì)出符合要求的通訊設(shè)備，降低設(shè)備商進(jìn)入的門(mén)檻。它詳述了一個(gè)貝爾區(qū)域營(yíng)運(yùn)公司主機(jī)房的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境，包括對(duì)于機(jī)房空間及環(huán)境的描述。目前，進(jìn)入美國(guó)市場(chǎng)銷售的電子通訊設(shè)備都要進(jìn)行NEBS認(rèn)證。

NEBS認(rèn)證測(cè)試主要針對(duì)通訊設(shè)備，分為在物理上和環(huán)境方面的要求、在電磁兼容（EMC）和安全方面的要求兩大類，其中在物理上和環(huán)境方面的要求依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)為GR-63-CORE Network Equipment-Building System Requirements：Physical Protection（ 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備構(gòu)建系統(tǒng)要求：物理保護(hù)）。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范了實(shí)體保護(hù)的部分，包括最基本的空間場(chǎng)所及環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)，是對(duì)用在中心機(jī)房和簡(jiǎn)易機(jī)房的通訊設(shè)備在物理上和環(huán)境方面的要求。

按NEBS標(biāo)準(zhǔn)GR-63-CORE要求，被測(cè)物前需要輔以傳感器（以溫度傳感器為例），測(cè)試系統(tǒng)布置圖如圖1a所示。傳感器的放置位置為前面板中心前d毫米處（d=380,如圖1b），應(yīng)背離恒溫恒濕房出風(fēng)口[1]。測(cè)試系統(tǒng)主要有步入式恒溫恒濕房、Agilent 34970A多路數(shù)據(jù)采集儀、傳感器、被測(cè)物（通訊基站等）、計(jì)算機(jī)構(gòu)成。計(jì)算機(jī)與步入式恒溫恒濕房之間通過(guò)控制器端RS232總線連接，與Agilent 34970A之間通過(guò)RS232或GPIB總線連接。

符合NEBS認(rèn)證要求的高低溫自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)方案主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）步入式恒溫恒濕房自動(dòng)控制。通過(guò)開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)程序控制步入式恒溫恒濕房，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制、快速設(shè)置溫度曲線。

（2）開(kāi)發(fā)符合NEBS認(rèn)證要求的閉環(huán)反饋回路溫控系統(tǒng)。通過(guò)在被測(cè)物體處布置熱電偶等傳感器，開(kāi)發(fā)計(jì)算機(jī)程序監(jiān)控和讀取該熱電偶的溫度為測(cè)試點(diǎn)真實(shí)的環(huán)境溫度。軟件自動(dòng)把讀取到的環(huán)境溫度和目標(biāo)設(shè)定溫度進(jìn)行對(duì)比，根據(jù)對(duì)比的結(jié)果自動(dòng)調(diào)節(jié)步入式恒溫恒濕房的溫度。這樣形成閉環(huán)反饋回路控制，以提高測(cè)試點(diǎn)的控溫精度和溫度波動(dòng)度。

（3）試驗(yàn)費(fèi)用自動(dòng)統(tǒng)計(jì)。自動(dòng)統(tǒng)計(jì)各個(gè)客戶使用步入式恒溫恒濕房的情況，自動(dòng)計(jì)算測(cè)試費(fèi)用，自動(dòng)按時(shí)間段匯總測(cè)試費(fèi)用等功能。

2.統(tǒng)主要技術(shù)指標(biāo)和技術(shù)創(chuàng)新要點(diǎn)

現(xiàn)有步入式恒溫恒濕房的控制為手工控制，而通過(guò)計(jì)算機(jī)程序控制步入式恒溫恒濕房將實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)控制。測(cè)試設(shè)備的自動(dòng)化是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，也是國(guó)內(nèi)外各大通訊測(cè)試公司的研究方向之一。

還能大大提高測(cè)試點(diǎn)的精度，步入式恒溫恒濕房原有的精度為±2度。使用樣品的環(huán)境溫度進(jìn)行閉環(huán)系統(tǒng)控制，來(lái)控制步入式恒溫恒濕房，精度主要取決于溫度數(shù)據(jù)記錄儀的溫度探頭的精度，如使用普通熱電偶,可以達(dá)到±1度。如使用熱敏電阻或RTD，那么精度可以達(dá)到±0.08度。具體見(jiàn)表1。

表1.溫度傳感器一年精度

當(dāng)前測(cè)試方法為步入式恒溫恒濕房用放置在出風(fēng)口的溫度探頭提供的溫度數(shù)據(jù)，與目標(biāo)溫度作對(duì)比，來(lái)決定如何調(diào)整步入式恒溫恒濕房的溫度使之接近目標(biāo)設(shè)定值。根據(jù)實(shí)際測(cè)試的結(jié)果分析來(lái)看，即使在溫度穩(wěn)定后，也會(huì)造成溫度的波動(dòng)性比較大，大約±3℃，見(jiàn)表2。

表2.前測(cè)試方法溫度表

目前方法測(cè)量時(shí)影響溫度波動(dòng)度有以下3個(gè)因素：

（1）用來(lái)測(cè)量被測(cè)物體環(huán)境溫度探頭的精度。

（2）用來(lái)測(cè)量被測(cè)物體環(huán)境溫度探頭的位置。當(dāng)前步入式恒溫恒濕房的探頭位置是在步入式恒溫恒濕房的吹風(fēng)口處，離被測(cè)物區(qū)域大約2到3米遠(yuǎn)，該探頭的溫度與被測(cè)物的實(shí)際環(huán)境溫度會(huì)有溫度差，最大可達(dá)到5度。由于溫差的存在，而使用吹風(fēng)口處探頭所測(cè)得的溫度來(lái)調(diào)節(jié)步入式恒溫恒濕房，就會(huì)有比較大的滯后，造成步入式恒溫恒濕房反復(fù)調(diào)整溫度，從而引起溫度的波動(dòng)。

（3）被測(cè)物的發(fā)熱量。被測(cè)物的發(fā)熱量較大時(shí)，溫度波動(dòng)較大。

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)中將重點(diǎn)考慮如何降低測(cè)試點(diǎn)的溫度波動(dòng)度，有以下幾個(gè)方法：

（1）通過(guò)使用J型、K型熱電偶或熱敏電阻提高精度。

（2）按照NEBS認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的位置，在靠近被測(cè)物體放置溫度探頭，以此探頭溫度來(lái)作為被測(cè)物體的實(shí)際環(huán)境溫度，避免了溫差現(xiàn)象，從而有效地降低測(cè)試點(diǎn)的溫度波動(dòng)度。

將本方案設(shè)計(jì)的閉環(huán)溫度控制系統(tǒng)應(yīng)用步入式恒溫恒濕房，溫度的波動(dòng)性會(huì)有所降低，達(dá)到±1℃左右。

3.發(fā)方法簡(jiǎn)述

用Visual Basic 6.0開(kāi)發(fā)和設(shè)計(jì)人機(jī)操作界面，界面友好簡(jiǎn)單易用。通過(guò)自定義開(kāi)發(fā)的Windows XP Interface Controls，使得整個(gè)軟件界面全部采用Windows XP界面的設(shè)計(jì)，界面美觀適用。

研究實(shí)驗(yàn)箱的操作方法、驅(qū)動(dòng)程序及通信協(xié)議，結(jié)合RS232 Debug Assistant、RS232 ComSpy及VISA Assistant Debugger，對(duì)通信過(guò)程進(jìn)行測(cè)試、監(jiān)控和分析，以實(shí)現(xiàn)電腦與實(shí)驗(yàn)箱的基本通信。

用Visual Basic 6.0創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件(*.dll)，將電腦與實(shí)驗(yàn)箱的基本通信過(guò)程封裝為類模塊的子函數(shù)。類模塊的子函數(shù)是基于實(shí)驗(yàn)箱的驅(qū)動(dòng)程序，并且完全遵守通信協(xié)議。使用VISA Message IO Monitor，對(duì)已封裝好的子函數(shù)通信功能進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證。

在Visual Basic 6.0創(chuàng)建的用戶界面里，調(diào)用上一步所創(chuàng)建的動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)文件，來(lái)與實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行后臺(tái)通訊。完成電腦與實(shí)驗(yàn)箱的通信用戶操作界面。

用Visual Basic 6.0創(chuàng)建標(biāo)準(zhǔn)的項(xiàng)目工程(*.vbp)，將電腦與溫度數(shù)據(jù)記錄儀基本通信過(guò)程封裝標(biāo)準(zhǔn)模塊的各個(gè)子過(guò)程和函數(shù)。各個(gè)子過(guò)程和函數(shù)是基于溫度數(shù)據(jù)記錄儀的驅(qū)動(dòng)程序，并且完全遵守通信協(xié)議。使用VISA Message IO Monitor，對(duì)已封裝好的過(guò)程和函數(shù)通信功能進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證。

創(chuàng)建溫度數(shù)據(jù)記錄儀的前臺(tái)用戶操作界面，后臺(tái)調(diào)用子過(guò)程和函數(shù)。使用Windows底層消息隊(duì)列通信協(xié)議，和Windows Handle Capturing Tool同步各控制模塊。通過(guò)使用Windows ActiveX對(duì)象控制協(xié)議，與微軟公司的Excel通信，對(duì)溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集。軟件里利用Microsoft Office Excel Macro工具，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，產(chǎn)生報(bào)告和圖表。制作用戶數(shù)據(jù)庫(kù)，用來(lái)保存不同客戶的信息，使軟件具有針對(duì)于不同客戶的配置文件。

4.統(tǒng)方案實(shí)現(xiàn)的意義

我們的環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備（如步入式恒溫恒濕房）情況在江蘇省內(nèi)處于較為領(lǐng)先的地位，但與一些通訊類外資企業(yè)，如朗訊-阿爾卡特美國(guó)總部的要求尚有差距，差距主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：

（1）在國(guó)外對(duì)測(cè)試儀器、環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的控制均采用計(jì)算機(jī)程序自動(dòng)化控制，中國(guó)國(guó)內(nèi)普遍還停留在手工控制或半自動(dòng)化控制（采用設(shè)備自帶的簡(jiǎn)易編程功能）的初級(jí)階段。

（2）NEBS認(rèn)證測(cè)試參照的標(biāo)準(zhǔn)是 GR-63-CORE，其要求和國(guó)內(nèi)通行的環(huán)境高低溫標(biāo)準(zhǔn)不完全一致，需要輔助設(shè)備監(jiān)測(cè)。目前手工控制方式造成測(cè)試點(diǎn)的控溫精度和溫度波動(dòng)度指標(biāo)偏大。

另外因?yàn)樵诟鞣N環(huán)境條件下試驗(yàn)收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)不同（如高溫和低溫的收費(fèi)不同），因此在長(zhǎng)期試驗(yàn)后，采用人工核算試驗(yàn)收費(fèi)繁瑣，因該項(xiàng)試驗(yàn)為周期結(jié)賬，有時(shí)周期在一個(gè)季度或者半年以上，造成主客雙方核算困難、收費(fèi)不一致等情況。

“符合NEBS認(rèn)證要求的交變濕熱自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)”方案能有效解決以上三個(gè)問(wèn)題，具有一定的應(yīng)用價(jià)值，主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：

（1）改善測(cè)試點(diǎn)控溫精度和溫度波動(dòng)度。該自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)采用閉環(huán)反饋方式按照程序設(shè)定的要求自動(dòng)調(diào)節(jié)測(cè)試點(diǎn)溫度，使測(cè)試點(diǎn)控溫精度從設(shè)備本身的±3℃提高到±1℃，使溫度波動(dòng)度達(dá)到±1℃。

（2）減少人工干預(yù)，防止設(shè)備故障。現(xiàn)在手工控制的方式需要專人根據(jù)測(cè)試點(diǎn)溫度示值調(diào)節(jié)步入式恒溫恒濕房的問(wèn)題，該項(xiàng)試驗(yàn)有時(shí)需要上百個(gè)小時(shí)連續(xù)工作，需要安排值班，有時(shí)候夜間值班或者非環(huán)境試驗(yàn)專業(yè)人員值班時(shí)，若采用人工控制，易造成誤操作，乃至出現(xiàn)設(shè)備故障。

（3）為客戶提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)，拓展業(yè)務(wù)的需要。為更好地服務(wù)于重點(diǎn)客戶，積極留住優(yōu)質(zhì)客戶，需要我們?cè)谠囼?yàn)技術(shù)水平上有所提升，更好滿足客戶的需要。

GR-63-CORE, NEBSTM Requirements: Physical Protection,Telcordia Technologies, Issue 2, April 2002

High-low Temperature Automatic Test System Based on NEBS

According to NEBS certification requirements,this paper represents a high-low temperature automatic test system design which can effectively improve the accuracy of test points andthe temperature fluctuation and reduce manual intervention,evenprevent equipment damage.

NEBS certification； environmental testing；automatic test system

趙波（1979.12-），男，江蘇張家港人，工程師，博士研究生，研究方向：電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)、電磁兼容性試驗(yàn)。

陳道升（1959.10-），男，江蘇江都人，高級(jí)工程師，大學(xué)，研究方向：電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)、安全試驗(yàn)。

吳敏（1978.8-），男，江蘇南京人，工程師，學(xué)士，研究方向：電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)。