浅谈虚拟仪器在片式钽电容器漏流测试系统中的应用

邓俊涛，郭鹏，蒙勇，胡鹏

（中国振华（集团）新云电子元器件有限责任公司，贵州 贵阳 550018）

片式钽电容器是电子设备中的基础元件，具有体积小、电容量大、性能稳定、频率特性好、温度特性好、可靠性高等特点，广泛应用于航空航天、移动通讯、船舶等高端技术领域以及手机、笔记本电脑、医疗设备等民用高性能电子整机设备。

片式钽电容器在生产过程中和交给用户使用前至少要经过3 次基本电性能参数测试，然而，由于电容器漏电流测试复杂、耗时长等特点，采用手动的方法进行测试存在效率和准确性低等缺点，因此，本文设计出一种基于虚拟仪器LabWindows/CVI 的片式钽电容器漏电流自动测试系统。

LabWindows/CVI 是NI 公司提供给用户的虚拟仪器软件之一，它是仪表控制、自动测试的一个开发平台，可在其交互式开发环境中编写C 语言程序。利用其提供的库函数来实现程序设计、编辑、编译、链接和C 语言程序调式。开发效率高，大大缩短了软件开发周期；此外，通过LabWindows / CVI 强大的外部程序接口功能，实现对动态链接库DLL 的调用和数据库增、删、改、查的操作。

1 虚拟仪器特点

虚拟仪器是计算机技术、仪器技术和通讯技术相结合的产物，是基于计算机的软硬件测试平台，有效应用于科研、航空、航天、开发、测量、检测、计量、自动控制等领域，是不错的应用程序开发工具；尤其是在测控方面的工业控制自动化技术上具有较强的优势。与传统的测量仪器相比，虚拟仪器主要有以下特点：

（1）可以根据用户不同的需求，通过软件来实现多种测量，不像传统的仪器那样受到仪器生产厂家的限制。

（2）可以通过软件自动配置相应的仪表设置，不需要人工在仪表上手动设置。

（3）扩展性强。软件开发工程师根据虚拟仪器的灵活性，随时可以优化升级整个控制系统。

（4）有良好的人机界面。测量结果可以通过软件在计算机显示器上显示，可根据自己的爱好，通过编写软件来定义上位机界面。

（5）可以运用通用的计算机编程语言和软件，如C++、C#、F#、LabWindows/CVI 等优化软件，使虚拟仪器技术更符合测控的特殊需求。

（6）可以和其他设备互连。比如，与现场总线连接、连接网络等，实现生产现场的监控。

2 测试系统功能及其结构

2.1 测试系统主要功能

该测试系统主要用于片式钽电容器的充放电试验、电容器漏电流参数测试。采用虚拟仪器开发设计漏电流测试系统，主要功能有：基于GPIB 总线通信及解析、软件界面充放电状态显示、数据库查询、数据实时显示并存储、报警提示及记录，数据波形显示、报表生成、Excel 电子表格数据导出等，数据的存储和导出以便后期分析评估。图1 测试系统的配置。

图1 基于 KE6485 的钽电容器生产测试系统硬件配置图

2.2 测试方法介绍

测量钽电容器漏电流的方法是向被测的电容器施加一个固定的电压，再测试所产生的电流。在测试过程中，不论额定电压高低，均应串入1000Ω 的保护电阻。漏电流随时间呈指数衰减，因此，器件上施加的固定电压要达到一定的时间t（充电时间）才能读数。图2 是钽电容器漏电流测试的一般电路。

图2 是钽电容器漏电流测试的一般电路

2.3 测试系统组成结构

测试系统采用中央处理模块集中控制，中央处理模块与漏电流检测单元之间通过GPIB 总线进行通信，钽电容漏电流测试系统可以进行多通道自动测试，最大可测试30 个通道。方案如图3 所示，中央处理模块硬件由计算机和计算机扩展板卡组成，计算机扩展板卡包括IEEE-488 总线通讯卡，完成计算机与吉时利仪器6485 的控制、数据传输和解析，板卡选用INES 公司的GPIB-PCI-XL 和研华PCL-728。

图3 测试系统结构方案

2.4 GPIB 总线

GPIB(General-Purpose Interface Bus)-通用接口总线，目前已成为一种国际标准，遵循IEEE488 协议。编程语言如C++、C#等可以用其实现计算机对仪器仪表的控制。实现这种控制需要被控仪器拥有GPIB 接口，计算机安装相应的驱动程序，通过GPIB 线进行连接。以串口控制相比，GPIB 提高了传输速率和增加了同时支持的设备数量。

2.5 数据采集卡PCL-728

数据采集卡PCL-728 是一款具有2 路双缓冲12 位模拟量输出通道的半长卡。卡的光隔离器能够提供500V 的隔离，可以有效避免板卡及PC 被输出线上的危险电压损坏。数据采集卡是通过计算机的I/O 口来控制的，每个I/O 口各自都有一个独立的I/O 存储空间以免相互之间发生地址冲突，图4 给出了它的I/O 地址选择，地址的选择可通过面板上的八位DIP 开关SW1 进行设定。PCL-728的有效地址范围是200～3f8（16 进制），初始默认地址为2cf，可以根据系统的资源占用情况分配正确的地址。

图4 PCL -728 I/O 地址

A3～A9 与计算机的地址线相对应，“*”表示默认设置。

采用数据采集卡 PCL-728 控制片式钽电容器充电试验，能实现程控直流稳压电源的精准控制, 使用 DRV_AOVoltageOut 函数进行电压输出， DRV_AOVoltageOut 函数将收到的浮点电压值转化成二进制数写到模拟量输出通道实现电压的输出。通过调用 DRV_AOConfig 函数实现电压范围的设置。

为了能够精准控制并防止损坏应用系统，信号连接非常重要，本系统连接如图5 所示。

图5 PCL-728 信号连接图

3 钽电容器漏电流测试系统软件设计

测试系统的软件从下到上可分为仪器驱动、测控程序和系统管理3 层。选用 Windows 7 操作系统作为测试系统开发和运行平台，通过计算机基于虚拟仪器编程实现对测试仪器、直流稳压电源的控制，实现的主要功能有：

（1）兼容多种型号规格的钽电容器测试。

（2）本系统建立测试用的钽电容器标准库，标准库包含规格、壳号、测试标准、详细规范等必要信息，在进行钽电容器测试和数据采集时，作判断依据，并在后期分析时作产品分析评判标准用。

（3）测试系统可通过扫描流程卡二维码或手动录入钽电容器信息自动匹配钽电容器控制参数。

（4）测试系统在测试前对所测产品型号、规格、判定标准等进行选择，选择后自动带出所选钽电容器控制标准，依据控制标准对仪表进行自动设置，减少出错概率。

（5）测试结果依据控制标准进行自动分析判定，并标识；测试数据保存到数据库中，便于后续查询、分析，报表以批号、规格、壳号命名，.dbf 格式存储，包含测试时间，漏电流测试值，测试电压，充、放电时间等信息。

3.1 仪器驱动程序

仪器驱动程序是通讯板卡的驱动程序，它直接对板卡进行I/ O 控制。根据功能设计相应的函数，并包装在动态连接库DLL 文件中调用。数据传送由GPIB 总线和PCL728 板卡的硬件实现，应用程序通过I/O 寄存器来实现接口功能。

3.2 测试控制程序设计

测试系统的流程图如图6 所示。运行状态监控包括生产批号，运行速度，运行时间，测量数据报表，故障点等在运行主界面实时监视。测量数据报表处理后存储于数据库中，便于后期数据分析。

图6 测试流程图

使用 ODBC 技术，实现从底层设置和控制数据库。通过使用 SQL 语句进行数据库应用程序的开发。

通 过ke6485_init(“GPIB0::18::INSTR”,VI_TRUE,VI_RUE,) 配置KE6485， 测试结束时使用QuitUserInterface (0)函数退出界面程序。

3.3 数据管理、分析程序

数据管理将测量数据进行处理后按要求实时显示，测试完成后，将测试数据读取索引出来在界面上显示。根据产品标准库对测试数据进行分析、判定、标识，在界面上直观的区分合格品、不合格品和接触不良品。

其次，实现测试数据存储功能，将测试数据自动保存到数据库中，便于后续查询，报表以批号、规格、壳号命名，.dbf 格式存储，包合测试时间，工位，漏电流测试值，测试电压，充、放电时间以及判定类别（合格品、不合格品和接触不良品）等信息，用于完成测试报告检索、管理和测试数据统计等工作。

此外，统计功能并给出测试合格率、测试数量等统计报表和测试结果散点分布图。

程序通过LabWindows/CVI 事件处理方法中的回调函数法控制，其代码结构如下：

另外，硬件设备程序包括程控直流稳压电源、测试仪器和测试电路模块的连接、初始化、参数载入等。管理员创建控制标准库，测试人员只需扫描流程卡二维码或手动输入批号系统自动匹配并索引出相应的测试控制标准进行测试。

4 结语

本文针对片式钽电容器的漏电流参数测试设计了片式钽电容漏电流测试系统，测试系统实现了片式钽电容器的充放电试验、电容器漏电流参数测试，扫描二维码电容器信息自动输入、数据库存储、报表生成、数据散点分布图导出等功能。并且操作简单，界面友好。利用该系统实现了片式钽电容器漏电流参数的自动化测试，测量过程的操作难度低、生产效率高、稳定性好，减少了操作人员的工作量，同时也杜绝了人工测试时手动操作所带来的一系列如极性加反、误判、放电不充分的问题。

该系统的设计思路也适用于其他基于虚拟仪器测试系统的开发，具有较高的实用价值。