一种基于虚拟仪器的功放测试系统的设计

王亮  张春雷  张石磊

(91245部队  辽宁 葫芦岛  125001)

[摘　要]为了能够对功放单元的故障进行高效准确地定位和诊断，基于运用智能仪器和虚拟仪器技术设计了一种功放测试诊断系统。

[关键词]功放  故障诊断  量程切换  霍尔电流传感器

中图分类号：TN7   文献标识码：A   文章编号：1671—7597(2008)0610

一、系统结构

本功放测试诊断系统以某设备功放为研究样本。该系统测试原理简图如图 1 所示。由系统主机、功放电源、模拟负载和报表输出部分组成。系统主机，是测试系统的核心，负责根据测试过程需要向被测功放提供各种激励信号，包括给功放输入端的提供激励信号和给功放内部各测试点提供激励信号，同时测试功放的激励输出响应，而后根据测试的响应信号进行分析，得到测试分析报告，若诊断功放出现故障，系统则提供相应的维修方案，并打印测试报告等。负载能力也是功放的重要指标，所以本系统根据功放的应用制作了模拟负载，模拟负载的测试点输出，也是系统需要采集的响应之一。功放电源，也是根据样本系列功放的特性和需求制作，能够提供功放所需电压和动态功率需求。

二、系统功能与指标描述

根据样本功放的特点和系统诊断的需要，赋予系统有如下测量功能： ①脉冲波形的捕捉、采样和存储；②波形的观察和波形参数测量；③单频脉冲频率的精确测量；④调频脉冲频率分析；⑤脉冲宽度的精确测量；⑥脉冲幅值测量；⑦脉冲电流测量；⑧响应信号的相位测量。                 系统完成的分析功能为：①波形参数分析；②功放故障诊断；③功放故障维护方案提供。根据开发单位的要求，系统主要指标为：电压通道输入阻抗 >1 MΩ；电流通道输入阻抗 <0.2Ω；脉冲频率测量范围为1～20 kHz；脉冲电压测量范围5～1 kV；脉冲电流测量范围 1～50 A；采样频率范围32～1024 kHz 可编程；幅度分辨率12 bit ；单频脉冲频率测量精度 0.5 %；脉冲宽度测量精度为 1 %±1ms；脉冲电压、电流测量精度 ±0.5 dB；脉冲相位测量精度 ±1°；脉冲功率测量精度±ldB。

三、系统设计与实现

（一）系统组成框图

功放测试诊断系统主要由信号量程切换系统、信号采集与控制系统、测试矢量发生系统及工控机分析控制系统组成。系统结构如图 1 所示。由于各个电压输入通道处理电路完全相同，因此为了简单起见，此系统图只是画出一路电压输入通道。

图 1 　系统测结构图

（二）系统硬件设计

1．量程切换系统和过载保护电路量程切换能根据被测量的大小选择合适量程，以保证量值有足够的分辨力和准确度，过载保护电路能快速切断过载输入，并切换至最高量程若在最高量程时仍发生过载，则提供过载报警信号。

2．信号采集系统

信号采集系统采用 PCI21716 数据采集卡作为核心芯片。此数据采集根据分析控制系统的要求，对采集的数据进行存储、显示和分析。同时量程的切换信息和控制报警信息，也通过该卡进行。

3．测试矢量发生系统

测试矢量的产生系统用以给被测对象提供测试矢量。功放脉冲测试仪可增加一块触发脉冲输出卡，产生两路脉冲信号，再通过电平转换板来实现。

4．系统主机

系统主机选用工控机，采用 P4双核CPU，适应于大量数据分析的需要。工控机、数据采集卡和同步数据输出卡，连同量程控制和过载保护电路，构成了整个系统的硬件基础。

（三）软件设计

软件主要完成信号采集与处理、测试信号产生与输出和被测对象故障诊断等功能。系统根据被测对象的特点，提供测试矢量；被测对象的响应结果，通过采集系统采集进计算机；再同测试点的正常值即响应矢量数据库的对应测试矢量值比较，找出拟似故障点，最终做出分析报告，并提供维修方案。系统软件平台采用LabVIEW。LabVIEW 是一种用图标代码创建应用程序的开发工具，它使用数据流编程方法来描述程序的执行，用图标和连线的形式编写程序，是一种非常优秀的图形化编程语言。它与传统编程语言有着诸多相似之处，如相似的数据类型、数据流控制结构、程序调试工具等。但二者之间最大的区别在于：传统编程语言是用文本语言编程，而 LabVIEW 用图形语言，即各种图标、图形符号、连线等进行编程。因此，编程简单方便，界面形象直观，具有强大的数据可视化分析和仪器[8]控制能力等特点。

四、测试结果与分析

此系统目前已经成功应用在某单位的功放测试中。图2为此系统应用在某单位功放测试中的故障诊断截图。从图中我们可以看到测试的 A 点是正确的。然后继续检测 B 点。根据软件的提示进行下一步的测试操作。从现场功放实际应用情况，应用文中所设计的功放测试诊断系统，可以快速准确地对故障进行定位，并提供相应的维修策略，非常适合应急维修的场合。

图2　某功放测试系统的故障诊断截图

五、结束语

本文采用虚拟和智能仪器技术，设计了一种型的功放单元测试诊断系统，此系统量切换实现了高电压宽信号测量范围、大电流的测和电气隔离，并采用 LabVIEW 图形化编程语言行软件设计，实现了功放测试仪的 量程转换 故障诊断。系统已经有关部门应用，达到了预期效果，成倍地提高了故障诊断效率；系统高效准确，极大地低了对工程技术人员的需求，尤其对军事、冶金、工等行业中关键部门的单元功放应急维修具有重意义。

参考文献：

[1]时秋兰，赵伟，候国屏，基于LabVIEW环境开发虚拟仪器几点体会[J]，电测与仪表，2001，12：292331.

[2]潘戈，基于虚拟仪器技术的智能仪器的开发，计算技术与自化，2003，22(3) ：922941

[3]Advantech Co.Ltd，PCI 1716 user’s manual[S]，2001.