LCR自动测试系统

3 国家自然科学基金资助项目 (60074031) 收稿日期 :2001207224 　修改稿日期 :2001209201 LCR自动测试系统 3 林秋华 　王 　兢 　刘志远 大连理工大学 　辽宁省大连市 　116024 　　【摘要】ZL5 型智能 LCR 测量仪是具有 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 IEEE - 488 接口的电感、电容和电阻测量仪器。 应用 PCL - 848A/ B 多功能 IEEE - 488 接口卡组建了由 PC 机和 ZL5 组成的 LCR 自动测试系统 , 不但实现了 ZL5 的基本测量功能 ,而且扩展了成组测量、数据分析、曲线绘制、打印输出等诸多功 能。该系统已有效地应用于湿敏元件的特性测试之中。 关键词 :自动测试系统 　特性测量 　数据分析 　湿敏元件 中图分类号 : TP206 + . 1 LCR Automatic Test System Lin Qiuhua 　Wang Jing 　Liu Zhiyuan Dalian University of Technology ,Dalian 116024 ,Liaoning 　　Abstract :ZL5 - type Intelligent LCR Measure Instrument is an intelligent instrument measuring inductance ,capaci2 tance and resistance with IEEE - 488 interface. An automatic test system composed of PC and ZL5 has been established using PCL - 848A/ B multifunction IEEE - 488 interface card. The system has not only realized functions of ZL5 ,but also extended a lot of functions such as combined measure ,data analysis ,curves plot ,print output ,etc. The system has been ef2 fectively used in measure of characteristics of nano - Ba TiO3 humidity sensor. Key Words :Automatic Test System ; IEEE - 488 Interface ;Characteristics Measure ;Data Analysis ; Humidity Sensor 1 　引言 湿敏元件的电学性能参数的测量是一项基本而重 要的工作。这些电学参数包括元件在不同相对湿度下 的电阻、电容、阻抗 ,不同测量条件如电压、频率等对元 件电学参数的影响以及各参数随时间的变化规律等。 全面而准确地掌握这些特性 ,对分析、改进湿敏元件的 性能十分重要。以前 ,这个测试工作是给出不同测试 条件 ,用测量仪器人工逐点 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 ,然后对测量数据进行 人工或计算机辅助分析与处理。需要投入大量的人力 和精力 ,科研效率低 ,特别是当需要掌握连续变化条件 下的某些参数时 ,难以达到测试要求。为了克服上述 缺点 ,使测量数据更全面和准确 ,实现湿敏元件特性测 量与数据分析的自动化与智能化 ,开发了 LCR 自动测 试系统。 系统组建的基本硬件要求是完成特性测试的仪器 需要具有标准的 IEEE - 488 ( GPIB) 接口。为此 ,选用 了上海仪器仪表研究所生产的 ZL5 型智能 LCR 测量 仪。该仪器不但能够基本满足湿敏元件特性测试要 求 ,而且具有标准的 IEEE - 488 接口 ,可响应其他设 备的远控命令 ,工作于自动测试系统中。另外 ,购置了 PCL - 848A/ B 多功能 IEEE - 488 接口卡 ,建立了由 PC 机 (80586) 和 ZL5 组成的自动测试系统 ,并应用 Turbo C 2. 0 开发了适于湿敏元件特性测量与分析的 系统控制软件。该软件具有较强的通用性和独立性 , 易于升级、维护与移植。 2 　系统的硬件组成 LCR 自动测试系统的硬件组成如下 :首先需要正 确设置 PCL - 848A/ B 接口卡的地址 ,然后将其插入 PC 机的 ISA 插槽 ,再用标准电缆将 PC 机与 ZL5 连接 起来 ,运行通过一段测试程序之后 , LCR 自动测试系 统就组建完成。 211 　ZL5 型智能 LCR测量仪介绍 ZL5 型智能 LCR 测量仪是采用微机控制的电感、 电容、电阻测量、偏差比较和阻抗测量仪 ,具有测试精 度高、速度快等特点 ,并可根据用户要求 ,配置 IEEE - 488 接口。为适应各种元件的不同测试条件 , ZL5 的 测试频率和测试电压都可以编程选择。其基本测量准 确度为 0. 05 %。 在 LCR 自动测试系统中 ,ZL5 的所有操作都是通 过 IEEE - 488 接口实现的。该测量仪从接口总线上 得到面板功能的编程命令 ,并且在每次测量程序执行 完成后 ,将测量数据送到接口总线上。ZL5 给用户提 13第 1 期 ·计算机应用·　　　 供了对其进行 IEEE - 488 接口操作的命令 ,测量命令 和数据均以 ASCII 码形式的字符串出现。以启动测量 和获取测量数据为例 ,控制软件发出字符串“X6 G0”, 则自动测试系统启动一次测量任务 ,并立刻将测量数 据放到总线上。然后 ,控制软件获取、存储并进一步分 析数据。 212 　PCL - 848A/ B接口卡 为使 PLC - 848A/ B 接口卡在 LCR 自动测试系统 中工作正常 ,在使用之前 ,必须按照应用程序的要求正 确设置其地址。PLC - 848A/ B 接口卡上有两个 8 位 DIP 开关 SW1 和 SW2 ,其中 ,开关 SW1 设置接口卡的 I/ O 基地址和等待状态。基地址范围为 200 - 3F8 (16 进制) ,等待状态则可以设置为 0 ,2 ,4 或 6。出厂默认 的基地址和等待状态分别为 2B8 和 0。 PLC - 848A/ B 接口卡的驱动程序存储在板上的 EPROM 中 ,地址范围为 8000 - FC00 (16 进制) ,由开 关 SW2 选择设定。厂家默认设置为 D000。需要注意 的是 ,这一地址段虽然处于 IBM PC 的基本 640 K内存 以外 ,但是 ,当一台 PC 机上同时使用两个或两个以上 IEEE - 488 接口卡时 ,对各接口卡必须设置不同的程 序段地址 ,以避免发生地址冲突。这样 ,尽管各接口卡 的驱动程序代码相同 ,但程序的工作空间却不同。由 于不存在这样的问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 ,本系统全部采用了出厂默认设 置。另外 ,由于 PLC - 848A/ B 接口卡的驱动程序是以 静态联接库的形式存在 ,所以在编程时 ,需要将其中所 有函数编译成控制程序的一部分。 3 　系统功能与软件流程 LCR 自动测试系统能够集中而自动地完成数据 测量和分析等任务 ,既实现了 ZL5 的基本功能 ,又扩展 了成组测量、数据分析、曲线绘制、打印输出等诸多功 能。系统功能以测量窗口和分析窗口两个用户界面展 现出来。 311 　测量窗口功能 测量窗口分成了两个子窗口。左边窗口是 ZL5 的 全真控制面板。所有的键盘、指示灯以及测量数据显 示器 ,完全与 ZL5 的控制面板相同。右边是测量数据 显示窗口 ,能够显示最近几次测量的结果 ,如电阻和电 容值。最近一次的测量数据 ,即数据显示器正在显示 的数据 ,在此窗口中以醒目的红色表示。 在上述两个窗口的上面是一排快捷按钮 ,目的在 于快捷方便地完成经常性、复杂性的测量任务 ,设置测 量条件 ,启动测量并保存数据。对这些按钮的操作均 以弹出对话框的形式出现。主要快捷按钮包括 : (1) New 　清除上次测量数据 ,开始一次新的测量 任务。 (2) Save 　保存测量数据 (以 3 . LCR 作为文件扩 展名以示区别) 。 (3) Set Frequency 　自动设置测量频率。 (4) Set Delay Time 　与 Set Frequency 按钮属于同 种类型 ,自动设置测量延时。 (5) Frequency Measure 　对数扫频测量。只需在 对话框中键入测量的起始和终止频率 ,本系统将自动 在这个频率范围内 ,按对数方式改变测量频率 ,完成对 器件频率特性的测量。系统默认起止频率为 ZL5 的最 大测量频率范围 0101～100 kHz. (6) Time Measure 　定时测量。用户键入测量时 间间隔和总测量时间后 ,系统就会按设定值定时测量 与记录数据。系统默认测量时间间隔为 3 s ,总测量时 间为 300 s. (7) Measure/ Analysis 　测量窗口与分析窗口切换 按钮。 另外 ,测量窗口最下部是状态栏。当鼠标指向不 同的键盘时 ,状态栏在线说明该键盘的功能 ,这对LCR 自动测试系统的使用起帮助作用。测量窗口的软件流 程见图 1。 图 1 　测量窗口的软件流程图 312 　分析窗口功能 分析窗口包含 3 个子窗口 ,中间居右的较大窗口 是图形窗口。以折线或拟合光滑曲线的形式绘制测量 数据曲线。其左边为测量数据显示窗口 ,使用键盘的 上、下移动键 ,可观察所有的测量数据。对于最近一次 的测量数据 ,以及在图形窗口中 ,光标对应的数据曲线 某点的数据 ,均以不同的颜色作指示。位于分析窗口 最下面的是数学分析窗口。该窗口给出本组数据的最 大值、最小值、均值等数据 ,以方便测量人员对本组测 量数据有一个大致而总体的把握。 点击 F10 键可以激活系统菜单。菜单功能主要包 括 : (1) File 　完成所有对测量数据文件所进行的操 作。包括建立、打开、保存、打印测量数据文件 ,多个测 量数据文件进行数据比较 ,以及退出系统等功能。其 23 　　　仪表技术与传感器 2002 年 中还提供了类似于 Origin 绘图软件的功能 ,即用户可 以通过建立一次新的测量 ,建立一个手工输入文件 ,并 进行所需的数据分析。 (2) Edit 　完成对测量数据的插入、删除与修改等 操作。用户也可以借助此功能输入自己的数据文件。 (3) Setting 　设置完成系统对绘制曲线的要求。 如曲线 内容 财务内部控制制度的内容财务内部控制制度的内容人员招聘与配置的内容项目成本控制的内容消防安全演练内容 选择 :可选择绘制电感、电容、电阻、阻抗的 模值、幅角、实部和虚部等测量曲线 ;曲线形式选择 :可 选择绘制简单数据连线或经最小二乘拟合的光滑曲 线。 (4) Window 　具有全屏显示曲线、返回测量窗口 等功能 ,并包括本系统的版本信息。 分析窗口的软件流程见图 2。 图 2 　分析窗口的软件流程图 4 　应用实例 测量纳米 Ba TiO3 湿敏元件的电容 —频率特性 ,测 量条件为室温 ,相对湿度 54 % ,交流电压有效值 1 V , 频率在 0101～100k Hz 范围连续变化。 411 　测量步骤 (1) 将湿敏元件放入相对湿度 54 %的环境中 ,稳 定 10 min. 相对湿度由饱和盐法提供 ; (2)启动 LCR 自动测量系统 ,点击扫频测量快捷 按钮。在弹出对话框中 ,输入起始频率 0. 01 kHz ,终止 频率 100 kHz. 按回车键 ,扫频测量开始。 (3)测量结束后 ,进入分析窗口观察测量结果。其 中 ,电容 —频率特性曲线如图 3 所示。 412 　测量结果分析 从图中看出 ,在频率较低 (接近直流) 时 ,湿敏元件 的电容较大。这是由于湿敏元件吸附水在低频时发生 极化 ,造成相对较大介电常数 ,因此电容较大。随着频 图 3 　频率—电容曲线 率增大 ,吸附水分子的极化迅速变弱 ,介电常数及电容 随之迅速减小。在频率为 1 kHz 附近 ,电容随频率变 化较缓慢。综合其他测量条件的影响 ,湿敏元件一般 测试频率选为 1 kHz. 5 　结论 综上所述 ,针对湿敏元件的特性测试任务 ,应用 PCL - 848A/ B 多功能 IEEE - 488 接口卡 ,组建了由 PC 机和 ZL5 型智能 LCR 测量仪组成的自动测试系 统。系统实用性强 ,使用方便 ,已有效地应用于纳米 Ba TiO3 湿敏元件特性测试之中。实践证明 ,该系统能 够充分满足湿敏元件特性测试和分析的要求。另外 , 系统还可根据不同的需求 ,作相应的升级与移植 ,以应 用于其他测试系统中。 参 考 文 献 [1 ] 　Advantech. Model PCLS - 848 - C IEEE - 488 Interface Card C Language Surport Package User’s Manual. TaiWan : Advantech , 1991. [2 ] 　Advantech. PCL - 848A/ B Multifunction IEEE - 488 Interface Card User’s Manual. TaiWan :Advantech ,1989. [3 ] 　上海仪器仪表研究所. ZL5 型智能 LCR 测量仪使用说明书. 上海 : 上海仪器研究所 ,1999. [4 ] 　孙续. 自动测试系统与可编程控制仪器. 北京 :电子工业出版社 , 1994. [ 5 ] 　E. Fisher ,C. W. Jensen. PET/ CBM and the IEEE 488 bus ( GPIB) . Berkeley :Mc Graw - Hill ,1982. [ 6 ] 　TURBO C 用户手册. 林学觉 ,刘力 ,晓夏译. 北京 :中国科学院希 望高级电脑技术公司 ,1990. 下　期　要　目　预　告3 分布式在线监测与故障诊断网络系统的研究与开发3 多变量时滞对象控制的 DCS 实现3 CAN 总线在远程抄表系统中的应用3 金属涂覆多模光纤小电流传感器 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 3 微硅高 g 加速度传感器工艺研究3 双层电容层析成像传感器及实际应用3 安全阀校验测试仪的研制3 高性能电容式下井计的研制 33第 1 期 ·计算机应用·