基于LabVIEW虚拟仪器技术的铝电解电容器测试与记录系统设计

摘要：在依据相关标准和规范进行铝电解电容器测试过程中，高频次的设备操作和庞大的测试数据记录使得测试人员疲于应对。本文作者利用LabVIEW虚拟仪器技术结合传统测试仪器，设计出了一套铝电解电容器自动测试和记录系统，在保障测试质量的同时极大地提高了测试效率。

关键词：电容器;LabVIEW;虚拟仪器

铝电解电容器在进行“初始测量”和各类环境适应性试验后的“最后测量”中都必须要测试电容量、损耗角正切和阻抗。使用传统仪器测试时需进行参数调整、档位转换、数据记录等一系列操作，对于项目繁杂、数量庞大的电容器样品，工作量无疑是巨大的。所以，如何利用好现有仪器设备，高效高质地完成数量庞大的铝电解电容器测试成为当务之急。本文利用LabVIEW虚拟仪器技术进行软件编程，结合USB-GPIB卡，与HP-4274A进行数据的采集、传输、交换和存储，从而实现铝电解电容器的快速自动测试和记录。

1 铝电解电容器测试标准要求

依据标准《GB/T5993-2003电子设备用固定电容器 第4部分：分规范 固体和非固体电解质铝电容器》[1]的要求，铝电解电容器基本性能参数测试条件及各项目所需测试的样品数量如表1。

从表中可以看出，单批次的铝电解电容器三项性能需要进行近700次测试，每次测试均需要对仪器设备进行基本参数调整和测试数据记录，工作量巨大且此过程中容易出现人为操作误差。

2 电容器性能测试仪器介绍

HP4274A LCR电桥是美国惠普公司的产品，该仪表能快速测量电感L、电容C、电阻R、损耗因素D、矢量阻抗|Z|等，其频率范围从100Hz到100kHz，测试电压范围从1mV～5Vrms，该仪表电容测试范围为0.01fF～1999.0mF，测量精度为0.1%，完全满足GB/T 5993-2003对铝电解电容器各项性能指标所需测试仪器的要求。除“Local”人工操作模式外，仪器自带GPIB通讯端口，可实现“Remote”操控模式，为远程测试控制提供了硬件支持。其GPIB命令为LV（电压）、F11（电容量测试频率）、F12（损耗角正切测试频率）、F18（阻抗测试频率）、A（X）对应各频率值等，此命令将作为后续测试程序设计时控制命令输入。

3 虚拟仪器技术和LabVIEW

“软件就是仪器”[2]，虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件（本文的HP4274A、USB-GPIB），结合高效软件来完成各种测试和自动化的应用。作为虚拟仪器技术中应用最广的开发环境，LabVIEW采用框图的形式进行编程，是开发测量或控制系统的最理想选择。该开发环境集成了满足 GPIB、RS-232和 RS-485等协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能。

4 系统设计

4.1 通讯部分设计

本系统通讯部分硬件采用USB3488A USB-GPIB卡实现PC端和HP4274A的即时命令交互和数据传输，软件程序框图见图1。通过“VISA Open”以及GPIB卡地址建立通讯链路、“VISA Write”将地址写入、“VISA Read”读取其值作为下次通讯建立的输入值、“VISA Close”关闭GPIB口释放资源。执行此段程序，HP4274A面板remote灯将被点亮，表示仪器控制通讯链路已配置完成。

4.2 登录部分设计

作为第三方实验室，质量体系文件明确要求进行测试过程控制以及相应的痕迹管理，这对测试操作人员和测试原始数据记录做出了明确要求。因此，此部分設计主要目的在于严格控制系统使用人员并将测试人员、试验时间等信息进行采集以便在测试原始记录中自动填写。

本部分采用LabSQL ADO-tool命令集进行编程。“测试人员”的登录名和密码通过Access进行加密存储和授权。程序编写时，通过对“登录名”和“密码”的采集，并使用“ADO Connection Create—>ADO Connection Open—>SQL Execute—>ADO Connection Close”各子VI的框图编制以及在控制面板的控件调配，实现测试登录、密码修改、进入系统、退出系统等功能，如图2。登录完成后，点击“进入系统”按钮即可进入测试界面，也可以点击“退出系统”按钮退出整体系统，如图3。

4.3 测试和数据保存部分设计

依据标准要求进行相应测试并做好结果记录是实验室质量体系管理中最为关键的过程。因此本部分设计的实现，需兼顾测试结果的快速精确获取和定位保存。

测试部分采用LabVIEW GPIB命令集[3]进行编程。HP4274A 的“电压、频率、电容”等测试命令通过“GPIB Write—>GPIB Read”命令控制仪器进行相应的参数设置、测试和结果返回，将结果进行缓存，并在后续数据保存中使用。测试界面如图4，“Start”为单支电容器测试控制按钮，“Complete”为测试完成按钮。

数据保存部分采用“LabVIEW Office ToolKit”进行编程。通过“字符转换—>Open Excel—>Open New Workbook—>Open New Worksheet—>Set Cell Value”各VI命令完成模板表格打开和数据存储单元格定位程序编写。在“数据保存”界面，手动录入本批次电容器测试的相关信息，如任务编号、生产厂商信息、委托方信息、所检电容器电容量限值范围、损耗角正切偏差范围、阻抗允差范围等，点击“保存数据”，测试部分缓存的结果数据和手动录入的信息将自动保存至以“任务编号”为文件名的Excel模板表格对应的单元格中;点击“继续测试”按钮将跳至测试界面进行下一批次测试;点击“测试结束”将退出系统程序，数据保存界面如图5。因为数据保存完整，测试人员可通过测试电脑所连接的打印机完成“原始记录”打印工作，作为测试的纸质档原始记录进行保存。

4.4 系统整体实现

通过将各子程序框图进行封装，形成如图6所示整体程序框图。由测试笔记本、系统软件、USB-GPIB卡和HP4274A构成的系统整体如图7所示。此系统提高了铝电解电容器性能指标测试效率，大幅度减少了测试工作量。良好的人机交互界面，使系统具有更高的实用价值。

5 结语

本系统的设计和实现提升了实验室老旧设备的使用价值。从开发至今，此系统已经测试了200多批次近万个样品，表现出极佳的稳定性和可靠性。

参考文献：

[1]GB/T 5993-2003，电子设备用固定电容器 第4部分：分规范 固体和非固体电解质铝电容器[S].北京：中国电子技术标准化研究院，2003.

[2]罗明.基于虚拟仪器技术的远程仪器测控实验系统的设计[D].中南大学，2009.

[3]胡凤，明陆泽.基于LabVIEW和GPIB的数字示波器数据自动采集系统设计[J].计算机测量与控制，2016（03）： 289-290+295.