薛勤

摘要：基于LabVIEW軟件技術(shù)，提出了一種新的HID燈用觸發(fā)器數(shù)據(jù)采集方案。通過軟硬件的設(shè)計，實驗結(jié)果表明，系統(tǒng)具有良好的可靠性與穩(wěn)定性，滿足對觸發(fā)器的動態(tài)特性測試需要。

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集；LabVIEW；HID；觸發(fā)器；動態(tài)特性

中圖分類號：TP274.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B 文章編號：1009-3044（2013）07-1682-04

觸發(fā)器作為高強度氣體放電（High-intensity discharge，簡稱HID）燈啟動時的重要部件，各項考核它的指標(biāo)不僅直接關(guān)系到安全特性，而且一些性能要求還直接體現(xiàn)了各種HID 燈對觸發(fā)脈沖的要求，所以觸發(fā)器的指標(biāo)好壞直接影響HID 燈的啟動乃至HID 燈的使用壽命。觸發(fā)器的傳統(tǒng)測試方法是通過示波器記錄觸發(fā)脈沖幅值，人工判斷脈沖個數(shù)是否符合要求。作為傳統(tǒng)測量儀器有些重要參數(shù)是無法定量測出的，如觸發(fā)脈沖的電角度、觸發(fā)脈沖寬度、脈沖分散性等動態(tài)特性。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬儀器的出現(xiàn)，使這些問題的解決成為可能。虛擬儀器（Virtual Instrument）是指以通用計算機作為核心的硬件平臺，配以相應(yīng)測試功能的硬件作為信號輸入/輸出的接口，利用儀器軟件開發(fā)平臺在計算機的屏幕上虛擬出儀器的面板和相應(yīng)的功能[1]。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench）是一種業(yè)界領(lǐng)先的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)圖形化編程工具，主要用于開發(fā)測試、測量與控制系統(tǒng)。它是專門為工程師和科學(xué)家而設(shè)計的直觀圖形化編程語言。它將軟件和各種不同的測量儀器硬件及計算機集成在一起，建立虛擬儀器系統(tǒng)，以形成用戶自定義的解決方案[2]?；贚abVIEW的軟件技術(shù)，設(shè)計出新型的全自動觸發(fā)器數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)組成

整個測試系統(tǒng)如圖1所示，由工業(yè)電腦與數(shù)據(jù)采集控制卡、可編程交流穩(wěn)壓電源、繼電器組、鎮(zhèn)流器組等組成。數(shù)據(jù)采集、電源電壓控制及狀態(tài)控制分別采用 PCI-5122、PCI-GPIB、PCI-6519。交流穩(wěn)壓電源為產(chǎn)品提供穩(wěn)定供電電壓。繼電器組用來執(zhí)行電源供給、鎮(zhèn)流器切換等開關(guān)動作。鎮(zhèn)流器組用于被測觸發(fā)器與測試系統(tǒng)連接，每種型號的被測觸發(fā)器有其對應(yīng)型號的鎮(zhèn)流器。

2 硬件設(shè)計

2.1 數(shù)據(jù)采集與控制

數(shù)據(jù)采集卡選用NI（National Instrument） PCI-5122數(shù)字化儀。NI PCI-5122具有軟件可選的動態(tài)范圍，50 歐姆；或1 M歐姆；200 mVpp到20 Vpp的輸入范圍，并可在板載內(nèi)存中采集超過100萬個波形，因而是時域和頻域分析的理想選擇，有50多個內(nèi)置測量與分析函數(shù)直接在驅(qū)動軟件中編程生成[3]，100 MS/s的實時采樣，2.0 GS/s的等效時段采樣或外部時鐘控制，14位分辨率的雙輸入通道，是一款滿足寬范圍測試條件的板卡。

電源電壓控制采用PCI-GPIB卡，用于控制可編程交流穩(wěn)壓電源（0-600Vac，1kVA）電壓供給，以滿足不同型號觸發(fā)器對電源電壓的需求。

狀態(tài)轉(zhuǎn)換控制選用NI PCI-6519數(shù)字I/O卡。 PCI-6519板卡提供了16路光學(xué)隔離的漏極/源極輸入通道，以及16路漏極輸出通道[4]。P<0..1>.<0..7>為輸入通道，P<2..3>.<0..7>為輸出通道。外部接線如圖2所示，圖中S1為系統(tǒng)啟動開關(guān)；由K1、K2、K3、K4、K5組成繼電器組，為鎮(zhèn)流器切換控制之用；K6為電源供應(yīng)控制繼電器。

2.2 系統(tǒng)主電路

系統(tǒng)主電路如圖3所示。市電經(jīng)開關(guān)S0由可編程穩(wěn)壓電源輸出，通過斷路器Q1、應(yīng)急制動開關(guān)S2、電源控制繼電器K6的動合觸點到達(dá)繼電器與鎮(zhèn)流器組。鎮(zhèn)流器組由35W、70W、250W、400W、1000W鎮(zhèn)流器組成，由相應(yīng)控制繼電器動合觸點K1、K2、K3、K4、K5與其配合，系統(tǒng)根據(jù)待測觸發(fā)器的型號自動選配相應(yīng)型號的鎮(zhèn)流器。鎮(zhèn)流器的輸出與待測觸發(fā)器端子B連接。可編程穩(wěn)壓電源的另一輸出端與觸發(fā)器端子N連接。選用符合文獻(xiàn)[5]要求的型號為P6015A 1000：1高壓探頭，用于觸發(fā)器端子Lp與NI 5122數(shù)字化儀通道1的連接，完成脈沖信號的衰減。選用100：1高壓探頭，連接可編程穩(wěn)壓電源輸出端與NI 5122數(shù)字化儀通道2，用于信號采集的同步。短接端子Lp與端子B，可用于兩端式觸發(fā)器的測試。

3 軟件設(shè)計

系統(tǒng)軟件基于LabVIEW的標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)機設(shè)計模式，LabVIEW程序同樣也稱為虛擬儀器（VI）。通常觸發(fā)器分為兩類，普通觸發(fā)器與含有定時器觸發(fā)器。內(nèi)部含有定時器的在產(chǎn)品型號后加T作為后綴，在測試時是有所區(qū)別的。以用250W鎮(zhèn)流器配套測試為例，程序流程如圖4所示。

3.1 流程簡要說明

首次打開的虛擬儀器前面板如圖5所示，界面主要由六個部分組成：產(chǎn)品型號選擇菜單、產(chǎn)品規(guī)格限值顯示、測試數(shù)據(jù)顯示、測試結(jié)果顯示（首次打開未測試處于隱含狀態(tài)）、測試波形顯示、測試數(shù)量統(tǒng)計顯示。舉例如下，點擊產(chǎn)品型號選擇菜單，選擇需要測試的產(chǎn)品型號，系統(tǒng)從Excel表格中載入待測產(chǎn)品的各項參數(shù)及規(guī)格限值，發(fā)送指令到可編程交流電源，使其輸出符合測試要求的電壓信號。將NI 6519輸出通道P2.3置1（選用250W鎮(zhèn)流器），循環(huán)檢測NI 6519輸入通道P0.6腳電位。連接測試夾具與被測產(chǎn)品，按動啟動開關(guān)S1，系統(tǒng)將NI 6519輸出通道P2.6置1，給產(chǎn)品加電，進(jìn)入采集過程并將采集到的可編程電源輸出電壓值、正負(fù)脈沖的幅值、脈沖電角度、脈沖寬度、脈沖個數(shù)及總脈沖數(shù)顯示在屏幕上。針對觸發(fā)器內(nèi)含有定時器的測試，在程序中自動加入3秒鐘的延時。當(dāng)定時器出現(xiàn)故障時，觸發(fā)器在3秒鐘過后無法產(chǎn)生輸出脈沖，將得到的不良測試數(shù)據(jù)，反映在測試結(jié)果及波形上。系統(tǒng)自動將游標(biāo)按產(chǎn)品幅值規(guī)格下限標(biāo)示在面板上，輔助操作員的觀察判斷。針對脈沖幅值波動大的特點，采用多周期采樣均值化處理，得到相對穩(wěn)定的幅值。

3.2 脈沖電角度測量

作為重要測試指標(biāo)的脈沖電角度，指的是觸發(fā)器輸出脈沖反映在電源基波波形上的相位角。為了得到準(zhǔn)確脈沖電角度，將NI 5122數(shù)字化儀作如下設(shè)置，對應(yīng)電源頻率50Hz設(shè)置時基滿屏為20ms，觸發(fā)源選定在通道2，觸發(fā)電平0V，觸發(fā)類型選為邊沿，采用上升沿觸發(fā)。采集數(shù)據(jù)取自于通道1，由此可以在屏幕上得到以0度相位角開始的完整脈沖波形周期。在波形正負(fù)半周期內(nèi)分別搜索超過門限值的脈沖首次出現(xiàn)在數(shù)據(jù)組中的位置，通過數(shù)學(xué)變換，得到脈沖的電角度。

3.3 脈沖寬度測量

在正負(fù)半周規(guī)定的相位內(nèi)分別搜索超過門限值的脈沖值的數(shù)量，結(jié)合系統(tǒng)的采樣率，通過數(shù)學(xué)變換，即可得到正負(fù)脈沖的脈沖寬度。例如，在正半周期內(nèi)搜索到超過門限值的脈沖值的數(shù)量20個，系統(tǒng)采樣率為50 MS/s，則正半周期內(nèi)的脈沖寬度為400ns。

3.4 脈沖數(shù)的測量

脈沖數(shù)測量的難點是如何濾除脈沖波形上的毛刺，如果不能很好的濾除毛刺。則測試得到的脈沖數(shù)將大于實際脈沖數(shù)。采用LabVIEW軟件中的For循環(huán)與移位寄存器[6]結(jié)合，在規(guī)定的相位內(nèi)對采集到的數(shù)據(jù)組進(jìn)行連續(xù)檢索，正半周脈沖數(shù)測量相關(guān)程序如圖6所示。圖中通過設(shè)定的門限值，將所有高于門限值的毛刺濾除。根據(jù)觸發(fā)器的脈寬范圍設(shè)置合理的移位寄存器數(shù)目，可以濾除極窄脈沖，從而保證得到準(zhǔn)確脈沖數(shù)。

3.5 脈沖分散性測試

針對觸發(fā)器內(nèi)元件異常導(dǎo)致脈沖分散，而脈沖角度、脈沖寬度、脈沖數(shù)均在范圍內(nèi)的情況，將相位范圍調(diào)整到正常脈沖所在區(qū)域的90度及270度。當(dāng)脈沖分散出現(xiàn)時，規(guī)定相位范圍內(nèi)的脈沖數(shù)將減少，系統(tǒng)自動將被測產(chǎn)品標(biāo)示為不合格。

3.6 程序發(fā)布

將生成的Ignition Test獨立應(yīng)用程序及安裝程序復(fù)制到目標(biāo)機，運行安裝程序，產(chǎn)生Measurement & Automation Explorer、NI-Scope設(shè)備驅(qū)動、NI-DAQmx設(shè)備驅(qū)動、LabVEIW運行引擎。建立被測產(chǎn)品的數(shù)據(jù)存放文件夾，用于測試數(shù)據(jù)的存放。

4 結(jié)束語

應(yīng)用LabVIEW軟件技術(shù)，成功完成HID燈用觸發(fā)器的動態(tài)性能測試。本采集系統(tǒng)自動化程度較高，易于操控，通過選擇被測產(chǎn)品型號，系統(tǒng)自動匹配鎮(zhèn)流器，自動調(diào)整電源輸出電壓，自動生成數(shù)據(jù)報告。系統(tǒng)適用性較好，當(dāng)有新產(chǎn)品需要測試時，僅需在Excel表中添加新的產(chǎn)品型號及相應(yīng)的規(guī)格限值，就可在系統(tǒng)中看到新的被加入的產(chǎn)品型號，即可實現(xiàn)對新的觸發(fā)器的數(shù)據(jù)采集。

參考文獻(xiàn)：

[1] 陸綺榮.基于虛擬儀器技術(shù)個人實驗室的構(gòu)建[M].北京：電子工業(yè)出版社，2006.

[2] 陳錫輝，張銀鴻.LabVIEW 8.2程序設(shè)計從入門到精通[M].北京：清華大學(xué)出版社，2007.

[3] National Instruments Corporation[EB/OL].http：//sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/zhs/nid/13309.

[4] National Instruments Corporation. NI 651x 用戶手冊（372172B-0118）[M].ni.com/china， March 2010.

[5] IEC 60927：2007， Auxiliaries for lamps - Starting devices （other than glow starters） - Performance requirements[S].

[6] 2005–2009 National Instruments Corporation. LabVIEWTM 幫助（371361F-0118） [Z]. ni.com， June 2009.