基于LabVIEW虛擬儀器技術的鋁電解電容器測試與記錄系統(tǒng)設計

摘要：在依據(jù)相關標準和規(guī)范進行鋁電解電容器測試過程中，高頻次的設備操作和龐大的測試數(shù)據(jù)記錄使得測試人員疲于應對。本文作者利用LabVIEW虛擬儀器技術結合傳統(tǒng)測試儀器，設計出了一套鋁電解電容器自動測試和記錄系統(tǒng)，在保障測試質量的同時極大地提高了測試效率。

關鍵詞：電容器;LabVIEW;虛擬儀器

鋁電解電容器在進行“初始測量”和各類環(huán)境適應性試驗后的“最后測量”中都必須要測試電容量、損耗角正切和阻抗。使用傳統(tǒng)儀器測試時需進行參數(shù)調整、檔位轉換、數(shù)據(jù)記錄等一系列操作，對于項目繁雜、數(shù)量龐大的電容器樣品，工作量無疑是巨大的。所以，如何利用好現(xiàn)有儀器設備，高效高質地完成數(shù)量龐大的鋁電解電容器測試成為當務之急。本文利用LabVIEW虛擬儀器技術進行軟件編程，結合USB-GPIB卡，與HP-4274A進行數(shù)據(jù)的采集、傳輸、交換和存儲，從而實現(xiàn)鋁電解電容器的快速自動測試和記錄。

1 鋁電解電容器測試標準要求

依據(jù)標準《GB/T5993-2003電子設備用固定電容器 第4部分：分規(guī)范 固體和非固體電解質鋁電容器》[1]的要求，鋁電解電容器基本性能參數(shù)測試條件及各項目所需測試的樣品數(shù)量如表1。

從表中可以看出，單批次的鋁電解電容器三項性能需要進行近700次測試，每次測試均需要對儀器設備進行基本參數(shù)調整和測試數(shù)據(jù)記錄，工作量巨大且此過程中容易出現(xiàn)人為操作誤差。

2 電容器性能測試儀器介紹

HP4274A LCR電橋是美國惠普公司的產品，該儀表能快速測量電感L、電容C、電阻R、損耗因素D、矢量阻抗|Z|等，其頻率范圍從100Hz到100kHz，測試電壓范圍從1mV～5Vrms，該儀表電容測試范圍為0.01fF～1999.0mF，測量精度為0.1%，完全滿足GB/T 5993-2003對鋁電解電容器各項性能指標所需測試儀器的要求。除“Local”人工操作模式外，儀器自帶GPIB通訊端口，可實現(xiàn)“Remote”操控模式，為遠程測試控制提供了硬件支持。其GPIB命令為LV（電壓）、F11（電容量測試頻率）、F12（損耗角正切測試頻率）、F18（阻抗測試頻率）、A（X）對應各頻率值等，此命令將作為后續(xù)測試程序設計時控制命令輸入。

3 虛擬儀器技術和LabVIEW

“軟件就是儀器”[2]，虛擬儀器技術就是利用高性能的模塊化硬件（本文的HP4274A、USB-GPIB），結合高效軟件來完成各種測試和自動化的應用。作為虛擬儀器技術中應用最廣的開發(fā)環(huán)境，LabVIEW采用框圖的形式進行編程，是開發(fā)測量或控制系統(tǒng)的最理想選擇。該開發(fā)環(huán)境集成了滿足 GPIB、RS-232和 RS-485等協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。

4 系統(tǒng)設計

4.1 通訊部分設計

本系統(tǒng)通訊部分硬件采用USB3488A USB-GPIB卡實現(xiàn)PC端和HP4274A的即時命令交互和數(shù)據(jù)傳輸，軟件程序框圖見圖1。通過“VISA Open”以及GPIB卡地址建立通訊鏈路、“VISA Write”將地址寫入、“VISA Read”讀取其值作為下次通訊建立的輸入值、“VISA Close”關閉GPIB口釋放資源。執(zhí)行此段程序，HP4274A面板remote燈將被點亮，表示儀器控制通訊鏈路已配置完成。

4.2 登錄部分設計

作為第三方實驗室，質量體系文件明確要求進行測試過程控制以及相應的痕跡管理，這對測試操作人員和測試原始數(shù)據(jù)記錄做出了明確要求。因此，此部分設計主要目的在于嚴格控制系統(tǒng)使用人員并將測試人員、試驗時間等信息進行采集以便在測試原始記錄中自動填寫。

本部分采用LabSQL ADO-tool命令集進行編程。“測試人員”的登錄名和密碼通過Access進行加密存儲和授權。程序編寫時，通過對“登錄名”和“密碼”的采集，并使用“ADO Connection Create—>ADO Connection Open—>SQL Execute—>ADO Connection Close”各子VI的框圖編制以及在控制面板的控件調配，實現(xiàn)測試登錄、密碼修改、進入系統(tǒng)、退出系統(tǒng)等功能，如圖2。登錄完成后，點擊“進入系統(tǒng)”按鈕即可進入測試界面，也可以點擊“退出系統(tǒng)”按鈕退出整體系統(tǒng)，如圖3。

4.3 測試和數(shù)據(jù)保存部分設計

依據(jù)標準要求進行相應測試并做好結果記錄是實驗室質量體系管理中最為關鍵的過程。因此本部分設計的實現(xiàn)，需兼顧測試結果的快速精確獲取和定位保存。

測試部分采用LabVIEW GPIB命令集[3]進行編程。HP4274A 的“電壓、頻率、電容”等測試命令通過“GPIB Write—>GPIB Read”命令控制儀器進行相應的參數(shù)設置、測試和結果返回，將結果進行緩存，并在后續(xù)數(shù)據(jù)保存中使用。測試界面如圖4，“Start”為單支電容器測試控制按鈕，“Complete”為測試完成按鈕。

數(shù)據(jù)保存部分采用“LabVIEW Office ToolKit”進行編程。通過“字符轉換—>Open Excel—>Open New Workbook—>Open New Worksheet—>Set Cell Value”各VI命令完成模板表格打開和數(shù)據(jù)存儲單元格定位程序編寫。在“數(shù)據(jù)保存”界面，手動錄入本批次電容器測試的相關信息，如任務編號、生產廠商信息、委托方信息、所檢電容器電容量限值范圍、損耗角正切偏差范圍、阻抗允差范圍等，點擊“保存數(shù)據(jù)”，測試部分緩存的結果數(shù)據(jù)和手動錄入的信息將自動保存至以“任務編號”為文件名的Excel模板表格對應的單元格中;點擊“繼續(xù)測試”按鈕將跳至測試界面進行下一批次測試;點擊“測試結束”將退出系統(tǒng)程序，數(shù)據(jù)保存界面如圖5。因為數(shù)據(jù)保存完整，測試人員可通過測試電腦所連接的打印機完成“原始記錄”打印工作，作為測試的紙質檔原始記錄進行保存。

4.4 系統(tǒng)整體實現(xiàn)

通過將各子程序框圖進行封裝，形成如圖6所示整體程序框圖。由測試筆記本、系統(tǒng)軟件、USB-GPIB卡和HP4274A構成的系統(tǒng)整體如圖7所示。此系統(tǒng)提高了鋁電解電容器性能指標測試效率，大幅度減少了測試工作量。良好的人機交互界面，使系統(tǒng)具有更高的實用價值。

5 結語

本系統(tǒng)的設計和實現(xiàn)提升了實驗室老舊設備的使用價值。從開發(fā)至今，此系統(tǒng)已經測試了200多批次近萬個樣品，表現(xiàn)出極佳的穩(wěn)定性和可靠性。

參考文獻：

[1]GB/T 5993-2003，電子設備用固定電容器 第4部分：分規(guī)范 固體和非固體電解質鋁電容器[S].北京：中國電子技術標準化研究院，2003.

[2]羅明.基于虛擬儀器技術的遠程儀器測控實驗系統(tǒng)的設計[D].中南大學，2009.

[3]胡鳳，明陸澤.基于LabVIEW和GPIB的數(shù)字示波器數(shù)據(jù)自動采集系統(tǒng)設計[J].計算機測量與控制，2016（03）： 289-290+295.