基于高稳定电源虚拟测试系统设计方案

为了测试电子显微镜高稳定线圈恒流电源的稳定度，本文提出了一种基于高稳定电源虚拟测试系统设计方案。该方案中所设计的系统硬件平台基于GPIB总线，以8位半数字多用表为高精度电压采集设备，软件系统以LabVIEW为开发平台，可以实时采集处理线圈电流反馈的电压信号。应用该系统测试了稳定度为2 ppm/min的物镜线圈电源。结果表明，该测试系统精度高，反应快，使用方便，满足自动测试高稳定电源的需求。

0引言

一般电源稳定度的测试有众多方法。在220 kV场发射枪透射电子显微镜的研制过程中，其线圈恒流电源的稳定度要求甚高，特别是物镜线圈恒流电源，其线圈电流稳定度达到2 ppm/min.这就迫切需要搭建一套可靠，方便和高效的电源稳定度测试系统来开展工作。目前，高稳定度测试系统常采用记录仪方法，但其操作不方便，精度不高。

根据项目工作需要，作者开发了实用化的基于Lab-VIEW虚拟平台的线圈电源高稳定度的在线自动测试系统。本文以物镜线圈电源电流稳定度测试为例，介绍该系统的组成，测量原理及软件编程实现，并给出数据处理方法及测量结果。

1测试系统硬件组成及原理

1.1系统组成

该测试系统组成结构如图1所示，线圈电源给线圈与采样电阻R提供电流，8位半数字多用表采集采样电阻R上的电压信号，电压数字化数据经GBIB接口连线输入到计算机，计算机进行分析处理并实时显示。

图1 测试系统组成图

本系统数字多用表采用Agilent公司3458A多用数字多用表。3458A直流电压档具体特性为：最高8.5位(28位A/D)分辨率，最高灵敏度10 nV;0.6 ppm /24 h精度，8 ppm/年电压基准电压稳定度。线圈电源稳定度最高为物镜线圈电源，要求线圈电流稳定度为2 ppm/min，因此3458A数字多用表可以满足要求。

该系统的数据采集过程为：数字多用表3458A具有标准的GPIB接口，通过82357B模块转换成标准的USB接口，这样就可以方便地与计算机连接。

1.2稳定度测试方法

根据国标《JB/T 9352-1999 ，透射电子显微镜试验方法》，线圈电源稳定度的定义为在一定时间内采样电压变化量与该时间电压平均值的比值。在上面的系统组成图中，采样电阻为非常稳定的金属膜电阻，且置于恒温油箱中，因此采样电阻的电压可以真实反映线圈电源的状况。

测试过程是：让线圈电源稳定工作一段时间，连续记录采样电压，然后从中取出连续记录10 min比较稳定的数据，以每1 min为一计算区间，10 min共10个区间，计算每个区间的取样电压变化量，然后求10个区间的电压变化量的算术平均值，具体可按式(1)计算线圈电源的分钟电压稳定度：

式中：Sa为1 min电压稳定度;ΔVSV为每分钟取样电压变化量的10次算术平均值;VSV为取样电压的标称值。

2系统的软件设计

本系统在虚拟仪器开发平台LabVIEW 8.5环境下开发，编写的程序完成的主要功能有：配置3458A数字电压表，从电压表内读取数据，数据的实时图形显示，数据的文件存储等功能。该系统设计了将数据存储为。txt文件格式，事后可以用软件Excel进行相关处理。程序流程简图如图2所示。

图2 程序流程简图