基于LabVIEW的自动化精密阻抗分析系统

0 引言

随着科学技术的进步，各类实验研究的对象和方法也越来越复杂，相对应的实验系统及实验平台的复杂度也成几何增长。传统的人工操作在精确度及重复性上已远远不能满足要求。于是仪器设备的高度可集成化和可自动化已成为当代仪器必不可少的特性。但不同实验系统所要求的测量参数和步骤均不同，因此所需要的实验仪器系统同时也应该是可模块化并且可自主集成的。虚拟仪器(VIs)概念的提出使得可以利用传统的仪器设备来搭建不同的实验平台。并且由于VI是可编程和可程控的，这样可以依据不同的实验要求来改变实验平台的设计。基于VI的平台相比较于商业化的集成平台有着显著的优势：a．利用各类传统仪器即可搭建复杂的系统；b．平台的功能可以通过程序的改变而简单地变换；c．在避免复杂的重复性测量工作的同时，实验的准确性也得到了显著的提高。

1 精密阻抗分析系统的搭建

AGILENT 4294A精密阻抗分析仪主要应用于测量材料的各类电阻、电抗、电容等参数。其高精度、可多次扫描和多参数设置使得其被广泛应用于各类半导体薄膜材料、纳米材料和工程材料的特性测试。然而他在实验系统的搭建中很难被集成，其主要原因是：a．缺乏方便的储存载体；b．扫描测量需要人工进行大量反复的数据记录；c．单次扫描无法自动重复进行。但4294A内部已集成HP公司开发的IBASIC语言系统以及多个移位寄存器来进行状态储存和识别，同时配备有GPIB接口，因此可以利用PCI转接GPIB卡来使4294A同个人电脑进行数据通信及存储。

在对于VI的设计上，选用NI公司开发的Labview软件。作为NI公司推出的第一款VI设计软件，由于其高度的通用性以及高效的人机交互界面，Labview已被广泛应用于各类实验仪器平台的搭建和设计。利用Labview 8．0来进行GPIB口地址选择、指令输送接收、仪器参数设定、测量指令触发、波形绘制以及数据存储功能的实现。

在连接上，利用ADLINK PXI-3488 GPIB卡以及GPIB专用通信数据线来实现。因此实验系统的搭建如图1所示。

2 Labview实验程序的编写

需要利用Labview来完美实现Agi lent 4294A的各个功能。利用GPIB口可以将PC同4294A连接起来，并利用SCPI(Standard Commands for Programmable Instruments)指令来对仪器进行状态查询和程序控制。4294A拥有储存仪器状态的一套完整的状态寄存器。因此通过调用查询寄存器不同位的数值就可以判断测量参数设定是否完毕，扫描是否启动或停止，以及数据是否读入。4294A的寄存器结构是一个典型的层级结构，如图2所示。通过对事件寄存器以及状态位寄存器相应位的查询即可知道仪器详细的操作状态。

对于仪器控制部分的程序编写，主要分为以下几个部分：a．仪器参数设定部分；b．图形绘制和数据显示部分；c．数据记录及储存部分。

2．1 仪器参数设定程序

对于4294A的自动控制首先要实现对其面板参数的程序化控制，因此需要构建一个虚拟前面板来模拟仪器的控制面板，同时在程序设计部分妻实现对各个参数的设定和调整。参数设置虚拟前面板及其对应的程序框图如图3和4所示。

来源：维库开发网