【文章內(nèi)容簡介】 一種基于 G 語言（Graphics Language,圖形化編程語言）的測試系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺。虛擬儀器技術(shù)作為測試工程的一個新的研究方向，推動了測試技術(shù)的整體發(fā)展。LabVIEW 并不局限于虛擬儀器的開發(fā)，它的作用是為了大型復(fù)雜測試系統(tǒng)提供通用的軟件開發(fā)平臺。目前，LabVIEW 已經(jīng)成為測試領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛和最有前途的軟件開發(fā)平臺之一。 LabVIEW 的發(fā)展自 NI 公司 1986 年正式推出 以來，經(jīng)不斷改進(jìn)和完善，現(xiàn)已發(fā)展至 版本，它包括控制與仿真、高級數(shù)字信號處理、統(tǒng)計過程控制、模糊控制、PDA和 PID 等眾多附加軟件包，可運(yùn)行于 Windows、Linux、Macintosh 和 UNIX 等多種平臺，已成為測試界一種標(biāo)準(zhǔn)的軟件開發(fā)環(huán)境，廣泛應(yīng)用于航空、航天、通信、汽車、電子半導(dǎo)體和生物醫(yī)學(xué)等眾多領(lǐng)域。不同領(lǐng)域的科學(xué)家和工程師都借助這個易學(xué)、易用的軟件來解決工作、工程中的各種測試應(yīng)用課題。LabVIEW 已經(jīng)成為目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強(qiáng)的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境之一。 LabVIEW 的結(jié)構(gòu)利用 LabVIEW 開發(fā)測試系統(tǒng)軟件，涉及兩個主要部分：前面板和流程圖（又稱程序框圖） 。前面板是指一些圖形化的測試界面，如圖所示，即測試程序開發(fā)完成后，用戶運(yùn)行時所展現(xiàn)的各種測試交互接口，包括菜單、參數(shù)設(shè)置、結(jié)果顯示等。LabVIEW 前面板如圖 。圖 LabVIEW 前面板流程圖是指測試程序的內(nèi)部運(yùn)行結(jié)構(gòu)，是測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、數(shù)據(jù)處理的流程，如圖所示。測試程序絕大部分工作是在流程圖中完成的。開發(fā)完成的測試程序在運(yùn)行時流程圖是不可見的，它和文本式開發(fā)平臺（如 VC++）中的*.h、*.cpp 等文件的作用是一樣的，知識 LabVIEW 流程圖的開發(fā)是圖形化的，更簡單、高效、直觀。LabVIEW 流程圖如圖 。圖 LabVIEW 流程圖 LabVIEW 的優(yōu)勢當(dāng)今軟件日新月異，各種軟件開發(fā)平臺前涌后出。和大多數(shù)科學(xué)技術(shù)發(fā)展道路一樣，專業(yè)化已成為軟件發(fā)展的趨勢。用于測試工程的軟件開發(fā)平臺有很多，VC++、VB、Delphi 等傳統(tǒng)軟件開發(fā)平臺為眾多編程人員所熟悉，也可以用來開發(fā)測試軟件，但這種開發(fā)方式對測試人員要求很高，需要自己將各種數(shù)據(jù)處理方法用計算機(jī)語言實現(xiàn)，還要對用于數(shù)據(jù)通信的各種連接總線（如 RS23GPIB、USB 等）非常熟悉，絕大多數(shù)測試工程人員難以做到，或者需要花費(fèi)大量的時間來研究，而懂得這些編程方法的人員又不一定懂得測試，因此用這種平臺開發(fā)測試工程軟件難度大、周期長、費(fèi)用高、可擴(kuò)展性差。順應(yīng)形勢的發(fā)展，一些專業(yè)測試開發(fā)平臺紛紛推向市場，如 HPVEE、組態(tài)軟件平臺、TPS 平臺等，但這些平臺的專用性太強(qiáng)，可擴(kuò)展性、通用性比較差。NI 公司作為測試領(lǐng)域最指明的公司之一，LabWindows/CVI 和 LabVIEW 是其推出的兩款專業(yè)測試軟件開發(fā)平臺。前者基于 C 的文本式編程，適合熟悉 C、C++編程的測試軟件開發(fā)人員使用；后者是 NI 公司開發(fā)的測試軟件旗艦產(chǎn)品，是圖形化編程環(huán)境的引領(lǐng)者，是測試軟件開發(fā)的趨勢。概括的說，LabVIEW 作為測試軟件開發(fā)平臺有如下特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)：（1）圖形化編程環(huán)境。LabVIEW 的基本編程單元是圖標(biāo)，不同的圖標(biāo)表示不同的功能模塊。用 LabVIEW 編寫程序的過程也就是多個圖標(biāo)用連線起來的過程，連線表示功能模塊之間存在數(shù)據(jù)的傳遞。被連接的對象之間的數(shù)據(jù)流控制著執(zhí)行程序，并允許有多個數(shù)據(jù)通路同步運(yùn)行。其編程過程近似人的思維過程，直觀易學(xué)，編程效率高，無須編寫任何文本格式的代碼，易為多數(shù)工程技術(shù)人員接受。（2）可重用性高。LabVIEW 繼承并發(fā)展了結(jié)構(gòu)化和模塊化程序設(shè)計概念，使測試程序能夠很好地體現(xiàn)分層性、模塊化，即可以把任意一個測試程序當(dāng)作頂層程序，也可將其當(dāng)做其他測試程序的子程序，這樣用戶就可以把一個復(fù)雜的應(yīng)用任務(wù)分解為一系列、多層次的子任務(wù)。通過為每個子任務(wù)設(shè)置不同的功能，并將這些測試子程序進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合、修改、交叉和合并等，就可以在頂層最終建成一個所有應(yīng)用功能的測試系統(tǒng)（3）開發(fā)功能高效、通用。LabVIEW 是一個帶有擴(kuò)展功能庫和子程序庫的通用程序設(shè)計系統(tǒng)，提供數(shù)百種功能模塊（類似其他計算機(jī)語言的子程序或函數(shù)） ，包括算術(shù)運(yùn)算、函數(shù)運(yùn)算、信號采集、信號輸出、數(shù)據(jù)存取、信號分析處理、數(shù)據(jù)通信等功能模塊，涵蓋了測試的各個環(huán)節(jié)，用戶通過拖放及簡單的連線，接可以在極短的時間內(nèi)設(shè)計好一個高效而使用的測試軟件，再配以響應(yīng)的硬件就可以完成各種測試任務(wù)。這樣既節(jié)約了時間，又可提高測試的可控制性及測試速度。（4）支持多種儀器和數(shù)采硬件的驅(qū)動。LabVIEW 提供了數(shù)百種儀器的源碼級驅(qū)動程序，包括 DAQ、GPIB（IEEE488） 、PXI、VXI、RS232 ，根據(jù)需要還可以在LabVIEW 中自行開發(fā)各種硬件驅(qū)動程序，也可以通過動態(tài)鏈接庫（DLL）利用其他語言開發(fā)函數(shù)庫，從而進(jìn)一步擴(kuò)展其功能。（5）查錯、調(diào)試能力強(qiáng)大。LabVIEW 的查錯、調(diào)試功能也非常強(qiáng)大。程序查錯無須先編譯，只要有語法錯誤，LabVIEW 就會自動顯示并給出錯誤的類型、原因及準(zhǔn)確位置。進(jìn)行程序調(diào)試時，既有傳統(tǒng)的程序調(diào)試手段，如設(shè)置斷點(diǎn)、單步運(yùn)行等，又有獨(dú)到的高亮執(zhí)行工具，就像電影中的慢鏡頭一樣，使程序動畫式執(zhí)行，利于設(shè)計者觀察程序運(yùn)行細(xì)節(jié)。同時可以在任何位置插入任意多的數(shù)據(jù)探針，程序在調(diào)試狀態(tài)下運(yùn)行時，LabVIEW 會給出各探針的具體位置，通過觀察數(shù)據(jù)流的變化情況、程序運(yùn)行的邏輯狀態(tài)，就可以來尋找錯誤、判斷原因，從而大大縮短程序調(diào)試時間。（6）支持多種操作系統(tǒng)。LabVIEW 支持多種系統(tǒng)平臺，在任何一個平臺上開發(fā)的LabVIEW 應(yīng)用程序都可以直接移植到其他平臺上。（7）網(wǎng)絡(luò)功能強(qiáng)大。LabVIEW 支持常用網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，如傳輸控制協(xié)議（TCO/IP）和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議（UDP） ，方便網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程測控系統(tǒng)的開發(fā)。（8）開放性強(qiáng)。LabVIEW 具有很強(qiáng)的開放性，是一個開放的開發(fā)環(huán)境，能和第三方軟件輕松連接，通過 LabVIEW 組件、ActiveX、DLL等相連，可以和 MATLAB 混合編程，也可以在 LabVIEW 中創(chuàng)建能在其他軟件環(huán)境中調(diào)用的獨(dú)立執(zhí)行程序或動態(tài)鏈接庫。4 介質(zhì)損耗角檢測的方法 電橋法電橋法歷史悠久，具有較高的靈敏度。典型代表是西林電橋 [7]。用交流電橋平衡時，比較橋臂阻抗即可得到被測參數(shù)。測量原理圖如圖 所示。 Cx Rx Cn G U2 U1 R3 C4 R4 圖 西林電橋測量介質(zhì)損耗角原理圖圖 中，C x、R x 為被測試品阻抗；C n 為標(biāo)準(zhǔn)電容器容抗；C R 4 為標(biāo)準(zhǔn)可變電容和固定標(biāo)準(zhǔn)電阻并聯(lián)阻抗；R 3 為可調(diào)標(biāo)準(zhǔn)電阻； G 為靈敏電流記根據(jù)電橋原理可得： Z3Zn=ZxZ4 () 其中，Z x 為被測試品阻抗；Z n 為標(biāo)準(zhǔn)電容器的容抗； Z3 為標(biāo)準(zhǔn)電阻；Z 4 為標(biāo)準(zhǔn)可變電容 C4 和固定標(biāo)準(zhǔn)電阻 R4 并聯(lián)阻抗。因此可得： Z3=R3 Zn= 1jnC?() Z4= = ()4j1C??4j被試品阻抗 ZX 可以等值為電阻與電容串聯(lián)，也可以等值為電阻與電容的并聯(lián)。(1)當(dāng) Rx 與 Cx 串聯(lián)時,有ZX= = ()XCR?j1?XRj將以上各阻抗值代入式()中= ()?????????????4j1j1RX34jC?經(jīng)整理，根據(jù)復(fù)數(shù)運(yùn)算規(guī)律，實部=實部，虛部=虛部，可得 ()4Xn3nCR?????RX=R3C4/Cn從串聯(lián)等值電路可知，其介質(zhì)損耗因數(shù) 的公式為 ta? tanxCR???()將式()代入式()，得 4tanCR???()（2）當(dāng)為并聯(lián)等值電路時，其公式計算方法與上述同，亦可得出公式CX=C0R3/R4 () 4tan???() 電橋法的優(yōu)點(diǎn)是較準(zhǔn)確，可靠。但是要求比較嚴(yán)格，工藝煩瑣，并且監(jiān)測前要對低壓橋臂（R C R 4）進(jìn)行調(diào)整，使 G 指向零點(diǎn)，所以增加了操作的復(fù)雜性。 伏安法 基本原理是根據(jù)被測試品的端電壓向量和流過被測試品電流向量之比，可得到被測試品的阻抗向量，根據(jù) Zx 的實部和虛部，進(jìn)一步計算求得介質(zhì)損耗 。tan? 自由軸法 自由軸法測量介損角的原理圖如圖 所示。U4 US U2 Ux U3 U1圖 自由軸法測量介損角原理圖設(shè)加在試品上的電壓信號 ()sinXMt??試品上的電流信號轉(zhuǎn)為電壓信號 ()si()SUt??當(dāng)把它們在 t0 時刻的向量作為參考向量時有 (). 00cossinXMXMtjt?? (). ()()S S????則 ()102340sin(π/2)i/s()XMSUtt???? ().?? ()1324tan???可得到介質(zhì)損耗角 。?由于 US 的相對位置以及它們的模不變，所以 是固定的。用軟件方便實現(xiàn)對tan?向量在 X 軸、Y 軸數(shù)據(jù)上的采集，硬件構(gòu)成簡單，使復(fù)雜的測量系統(tǒng)簡單化，便于實現(xiàn)。使用這種方法明顯優(yōu)于電橋法。但由于影響電力設(shè)備介質(zhì)損耗角的變化的因素有很多，例如：溫度、頻率、電壓等，并且波形不準(zhǔn)、外界電磁場的干擾、元件的誤差都會造0t?成測量不準(zhǔn)。所以要增加許多措施來減少這些誤差。 相位差法設(shè)加在試品上的電壓、電流信號分別為 ()()sin()MuutUt???? ()iiI則 ()π/2()π/2iu????利用采樣電路測出電流和電壓的過零點(diǎn)，通過邏輯轉(zhuǎn)換形成一定寬度的時間信號，并且脈沖寬度反映相位差，最后通過測量方波的寬度來求出試品的介損值。相位t?差法的原理圖如圖 所示。tt t t? t圖 相位差法原理圖 相位差法在國內(nèi)應(yīng)用比較廣泛，其優(yōu)點(diǎn)是不更改設(shè)備的運(yùn)行情況，直接測出 ,tan?但是利用相位差法測量 的過程中，誤差來源多，如頻率的變化有可能造成很大誤差，?U(t)I(t)電壓互感器引起的固有相差、信號中諧波的影響、兩路信號在處理過程中存在時延差、整形波形引起的誤差，并且還有溫度等其他外界因素都可能引起誤差，因此這種方法對電子器件的要求較高。 過零點(diǎn)電壓比較法