R&S頻譜分析儀自動校準系統(tǒng)的設(shè)計

王玉亮 鄭 旭 季 清

（南京熊貓漢達科技有限公司，江蘇南京210000）

0 引言

頻譜分析儀的校準是一項十分復(fù)雜的工作，不僅測量項目多、每個項目的測量點多而且用到的標準器也比較繁多，這些因素給我們校準工程師帶來了極大的不便。目前我中心在頻譜分析儀的自動校準方面，已經(jīng)實現(xiàn)了對安捷倫部分系列頻譜分析儀的自動校準，其他廠家的頻譜分析儀依然需要依靠人工手動來計量，這種方法不僅工作量大、操作繁瑣而且校準結(jié)果中容易引入人為因素的不確定度。利用本項目開發(fā)的自動校準系統(tǒng)，可以實現(xiàn)通過計算機對頻譜分析儀校準裝置和被校頻譜分析儀的控制，自動完成復(fù)雜、繁瑣的校準程序，并把數(shù)據(jù)保存在功能強大的數(shù)據(jù)庫中，通過計算機實現(xiàn)對測量數(shù)據(jù)的分析和計算，最終完成原始記錄的自動生成，有效避免人為因素引起的測量誤差以及不確定度。另外，利用這套自動校準系統(tǒng)實現(xiàn)了原始數(shù)據(jù)的電子存檔，方便了校準工程師隨時查看，不會出現(xiàn)原始數(shù)據(jù)丟失的情況。

1 校準系統(tǒng)設(shè)計要求

根據(jù)廠家的技術(shù)說明書，通過計算機控制標準器和被校儀器自動完成R&S公司FSV、FSU、FSQ、FSP系列頻譜分析儀的校準工作，通過NI提供的軟件驅(qū)動開發(fā)類庫在VS2010開發(fā)平臺上，利用C#語言編制R&S系列頻譜分析儀自動校準軟件，軟件的具體功能如下：（1）被校儀器和標準器信息的自動讀取；（2）對頻譜儀按照廠家校準方法進行自動校準，校準項目可選；（3）上下限自動判斷；（4）建立數(shù)據(jù)庫保存校準記錄；（5）將校準結(jié)果以原始記錄形式輸出。

2 校準系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

如圖1所示，R&S頻譜分析儀自動校準系統(tǒng)的硬件構(gòu)成主要包括頻譜分析儀校準裝置（信號發(fā)生器、功率計、衰減器等）和計算機。硬件系統(tǒng)的通信接口采用NI公司的GPIB接口（IEEE 488.2驅(qū)動軟件與其配套使用）。所有標準器和被校準的頻譜分析儀用GPIB電纜連接后通過NI公司的GPIB-USB-HS控制器與計算機連接，從而實現(xiàn)所有硬件設(shè)備的自動化控制，最終完成頻譜分析儀的自動校準。

3 校準系統(tǒng)的軟件設(shè)計

3.1 NI VISA介紹

NI VISA是一個驅(qū)動程序軟件架構(gòu)，它統(tǒng)一了與GPIB、串口、以太網(wǎng)/LAN、IEEE 1394和USB儀器的通信。VISA.NET API是一個面向?qū)ο蟮慕涌?，它由一組使用VISA與儀器通信的.NET類組成。

圖1 硬件系統(tǒng)圖

3.2 軟件系統(tǒng)的設(shè)計

本系統(tǒng)采用NI公司提供的VISA.NETAPI接口類庫，數(shù)據(jù)庫采用ACCESS 2010，以VS2010為開發(fā)平臺，利用C#語言進行編制，從而實現(xiàn)計算機與標準裝置、被校頻譜分析儀的通信，達到控制儀器、控制校準流程、采集校準數(shù)據(jù)、處理校準數(shù)據(jù)、生成原始記錄的目的。軟件系統(tǒng)流程圖如圖2所示。

圖2 軟件系統(tǒng)流程圖

3.3 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)介紹

為了使該軟件易于維護和擴展，該軟件采用自頂向下的樹狀結(jié)構(gòu)設(shè)計，運用模塊化的設(shè)計思路設(shè)計了多個相互獨立的功能模塊，主要包括：儀器搜索模塊、儀器登記模塊、儀器自校模塊、模板選擇模塊、儀器校準模塊、原始記錄生成模塊和用戶賬戶管理模塊。下面對這幾個功能模塊分別進行介紹。

（1）儀器搜索模塊：本模塊實現(xiàn)的功能是搜索整個校準系統(tǒng)中所連接的儀器信息，包括儀器型號、序列號、GPIB地址等。

（2）儀器登記模塊：本模塊實現(xiàn)的功能是登記被檢儀器的相關(guān)信息，如委托方、地址、儀器型號、序列號、溫濕度等等，其中儀器型號、序列號可自動關(guān)聯(lián)。

（3）儀器自校模塊：本模塊實現(xiàn)的功能是對系統(tǒng)中搜索到的標準器和被檢儀器進行自?；蜃詸z，確保校準數(shù)據(jù)的準確可靠。

（4）模板選擇模塊：本模塊實現(xiàn)的功能是在進行儀器校準之前選擇相對應(yīng)的測試模板，該模板可以預(yù)覽，可以增加或刪除其中的測試點。

（5）儀器校準模塊：本模塊實現(xiàn)的功能是按照廠家的校準方法對系統(tǒng)中的被檢儀器進行校準，在校準前可以對校準的項目進行選擇。

（6）原始記錄生成模塊：本模塊實現(xiàn)的功能是在儀器校準完畢后自動生成符合要求的原始記錄，原始記錄以Excel表格形式保存，Excel表格以“被檢儀器型號+序列號”命名。

（7）用戶賬戶管理模塊：本模塊實現(xiàn)的功能是對登入系統(tǒng)的用戶進行管理，設(shè)置登入權(quán)限，可以增加和刪除用戶。

3.4 軟件系統(tǒng)的使用

軟件系統(tǒng)界面簡潔，操作方便。用戶登入系統(tǒng)后，點擊“查找儀器”按鈕，搜索系統(tǒng)當前所連接的儀器信息，包括儀器型號、GPIB地址和序列號等；點擊“委托方信息”按鈕，輸入被校頻譜分析儀的信息，其中儀器編號和儀器型號可自動讀取；點擊“選擇模板”按鈕，根據(jù)被校頻譜分析儀的型號選擇對應(yīng)的模板；上述過程完成后，根據(jù)頻譜分析儀的型號點擊相應(yīng)系列的校準按鈕，選擇需要校準的項目進行自動校準。待校準完畢后，點擊“生成原始記錄”按鈕，待校準窗口下方提示“原始記錄已生成完畢”，即完成該儀器的全部校準工作。

4 結(jié)語

整套校準系統(tǒng)通過調(diào)試后，成功實現(xiàn)了R&S頻譜分析儀的自動校準。這套系統(tǒng)的成功研制有效地減少了日常工作中實驗室工作人員手動測量頻譜分析類儀器的工作量，使計量工作更加高效快捷；也減少了由于人為因素或其他原因?qū)е碌臏y量數(shù)據(jù)讀取誤差，很大程度提高了校準數(shù)據(jù)的準確性。