摘  要：結(jié)合測試系統(tǒng)理論和虛擬儀器技術(shù)的研究，提出了以PXI 檢測設(shè)備為的LabVIEW8.5 的專用綜合測試系統(tǒng)。系統(tǒng)以LabVIEW 為軟件開發(fā)平臺，用圖形化程序語言設(shè)計了系統(tǒng)對電子設(shè)備測試的各個模塊程序流程圖以及源代碼。該測試系統(tǒng)可以有效地縮短維修周期，降低維護成本，提高維護的可靠性，使電子設(shè)備故障系統(tǒng)的檢測水平實現(xiàn)數(shù)字化、模塊化和智能化。

　　關(guān)鍵詞：LabVIEW；電子設(shè)備；PXI ；故障；檢測

　　Abstract ：Based on current test system theory and the virtual instrument technology research in this paper, establishing a　detecting system as the PXI core based on the comprehensive testing system for LabVIEW8.5. Based on LabVIEW for the software platform in  this system, with  graphical program language  designed for electronic equipment system　detecting  modules and the source program  flowchart.This detecting system can reduce  maintenance cycle effectively,　reduce  maintenance costs and improve reliability, system  maintenance level of electronic equipment to achieve digital ,modularization and intelligent .

　　Key words：LabVIEW;electronic equipment; PXI; fault; detecting

　　二十一世紀人類社會步入科技時代，伴隨著計算機技術(shù)、大規(guī)模集成電路技術(shù)、自動化檢測技術(shù)的不斷更新與發(fā)展，電子設(shè)備的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也越來越復雜，自動化程度也越來越高，為使這些電子設(shè)備正常工作，在發(fā)生故障時，能對其進行有效的故障檢測和維護，從而保持良好的工作性能，對提高工作效率都具有重要意義。目前國內(nèi)外，對電子設(shè)備故障檢測的方法多種多樣，但都普遍存在測試周期長、程序復雜、效率低、成本高、定位不準確等問題。采用虛擬儀器技術(shù)可以通過LabVIEW 軟件編程，將各種測試功能更形象、更直接地表達出來，并對數(shù)據(jù)進行快速準確的定位和處理，完全實現(xiàn)數(shù)字化、智能化、模塊化、集成化。與其他的儀器設(shè)備相比較，虛擬儀器具有較強的可擴展性、技術(shù)開發(fā)性強、易操作、應用前景更加廣泛、無縫集成等優(yōu)勢。因此，以LabVIEW為開發(fā)工具的虛擬儀器技術(shù)已成為電子設(shè)備性能檢測的一種新的發(fā)展潮流。

　　本文主要以實際工程上常見的且結(jié)構(gòu)比較復雜的電子設(shè)備——探測雷達為例，它應用領(lǐng)域廣泛，主要集中在一些涉及周界探測與報警系統(tǒng)、紅外探測裝置、入侵探測系統(tǒng)、安防系統(tǒng)等工程中。它的正常工作直接影響著人員和設(shè)施的安全。因此，創(chuàng)建一個對電子探測雷達設(shè)備故障檢測的綜合系統(tǒng)是十分必要的。電子探測雷達故障檢測系統(tǒng)通過PXI 測試平臺可控制NI設(shè)備卡、適配器實現(xiàn)對被測電子板卡的靜電測試，給被測探測雷達電子板卡加工作電壓，測試電子板卡電源的準確性，給被測電子雷達電子板卡輸入標準數(shù)字及模擬激勵信號，采集被測電子板卡的數(shù)字輸出或激勵信號，檢測電子板卡的輸出/輸入信號，給出故障信息。

　　1  系統(tǒng)總體設(shè)計

　　本文所采用的電子探測雷達故障檢測設(shè)備是以美國國家儀器 NI公司生產(chǎn)的 PXI 虛擬儀器為檢測平臺，以圖形化語言設(shè)計 LabVIEW8.5軟件為開發(fā)工具。系統(tǒng)設(shè)計采用模塊化設(shè)計方法，充分考慮了系統(tǒng)和分系統(tǒng)的可靠性和可維修性。系統(tǒng)總體設(shè)計方案如圖 1 所示。

　　圖1   系統(tǒng)總體設(shè)計框圖

　　1.1  探測雷達工作原理

　　雷達的英文名稱為Radar（Radio  Detection  and Ranging）， 含義是用無線電方法對目標進行探測和測距。電子探測雷達基本的任務有兩個，一是發(fā)現(xiàn)目標的存在；二是測量目標的參數(shù)。前者稱為雷達檢測，后者稱為雷達參數(shù)提取或參數(shù)估值。電子雷達問世之初，主要的觀察目標是飛機。發(fā)現(xiàn)飛機目標的過程是：雷達發(fā)射機向空間發(fā)射電磁波，電磁波遇到目標時，一小部分能量被反射回接收機，接收機接收到從目標反射回來的回波信號，如果它超過一定的門限電壓值，就稱為探測到了或者是發(fā)現(xiàn)了目標，由電波傳播的往返時間即可獲得雷達至目標的距離。

　　電子探測雷達系統(tǒng)組成主要包括以下幾個部分：

　　主振信號源

　　定時器

　　頻率合成器

　　主振功率放大鏈發(fā)射機

　　收/發(fā)開關(guān)（T/R 開關(guān)）

　　雷達天線

　　接收機

　　數(shù)字信號處理機

　　數(shù)字數(shù)據(jù)處理機

　　雷達終端顯示器

　　天線伺服系統(tǒng)

　　圖2   探測雷達系統(tǒng)原理圖

　　本文研究電子雷達系統(tǒng)采用以下性能指標：輸入、輸出電壓、波形、頻率、信號幅度、信號相位、脈沖周期、節(jié)拍、地址間隔、占空比、等技術(shù)參數(shù)。對以上性能指標分別通過對電子雷達組合模塊進行靜態(tài)電阻測試、給被測電子板卡加工作電壓，檢測電源的正確性、給被測組合灌入標準數(shù)字及模擬激勵信號，采集被測組合的數(shù)字輸出信號，檢測組合的輸出信號。

　　1.2  系統(tǒng)故障檢測原理

　　本系統(tǒng)通過查詢和對比標準技術(shù)參數(shù)或通過實際采集正常設(shè)備的輸入/ 輸出電壓、頻率、信號幅度/相位、脈沖周期等技術(shù)參數(shù)和主要性能，通過編寫LabVIEW圖形化程序語言，將檢測程序和數(shù)據(jù)存儲在主計算機存儲器內(nèi)，作為檢測的標準數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)對故障信息的準確定位。

　　圖3 是系統(tǒng)故障檢測原理圖。

　　2  系統(tǒng)硬件設(shè)計

　　系統(tǒng)硬件部分依據(jù)數(shù)字化、模塊化設(shè)計理念和思想，充分考慮到各個接口電路的擴展性和通用性，檢測系統(tǒng)的硬件部分設(shè)計在滿足總體設(shè)計方案的基礎(chǔ)上，還保留了電子探測雷達系統(tǒng)中被測電子板卡模塊與上級的單元接口。同時，將與PXI 檢測平臺各電子板卡板卡的接口電路關(guān)系獨立起來，使得PXI 虛擬儀器檢測接口平臺適用于其他測試場合，從而拓寬了接口電路的使用領(lǐng)域和范圍。

　　從模塊化設(shè)計角度研究，檢測系統(tǒng)的硬件接口電路主要包括：

　?、?nbsp; NI 專用板卡與適配器接口電路，由于NI專用板卡與被測電子板卡模塊接口不匹配，故自主研制了一系列適配板卡，連接NI專用板卡與被測電子板卡模塊，使之匹配。

　?、?nbsp; 適配板器與被測電子雷達電子板卡模塊接口電路，通過一系列數(shù)據(jù)傳輸電纜，將電子板卡與適配板卡相連。

　?、?nbsp; 電阻測量接口電路。

　?、?nbsp; 電源電路設(shè)計，主要是給被測電子雷達電子板卡。

　　圖4   系統(tǒng)硬件總體設(shè)計框圖

　　3  系統(tǒng)軟件設(shè)計

　　系統(tǒng)軟件是整個電子雷達故障檢測系統(tǒng)的，所有的硬件設(shè)備都是在軟件的控制下工作。系統(tǒng)充分開發(fā)和利用計算機的資源，采用LabVIEW8.5 軟件，運用特定的算法和儀器控制技術(shù), 進行信號的分析、測量和產(chǎn)生激勵信號，從而能在硬件顯著減少的條件下，極大地提高測試功能，使自動檢測系統(tǒng)的控制器不僅僅只是控制系統(tǒng)的協(xié)調(diào)工作，而且能直接參與信號的產(chǎn)生，完成被測系統(tǒng)性能參數(shù)的測量等任務，充分發(fā)揮計算機的巨大潛力。

　　電子雷達檢測系統(tǒng)統(tǒng)軟件部分采用三層設(shè)計架構(gòu)，以保證終的虛擬儀器產(chǎn)品既有良好的可靠性、可維護性以及可擴展性。控制電子板卡檢測儀軟件分為如圖5 所示的三層結(jié)構(gòu)。

　　圖5   虛擬儀器軟件結(jié)構(gòu)圖

　　系統(tǒng)軟件部分是整個測試系統(tǒng)的，主要由系統(tǒng)主界面、系統(tǒng)選擇模塊、自檢模塊、采集模塊、信號檢測模塊和顯示存儲等功能模塊組成。

　　圖6   信號采集算法程序

　　由于數(shù)字采集卡NI-X 型號支持SMC（同步及儲存）技術(shù)，故在用到多辦卡激勵時，對相應板卡進行設(shè)置后可由NI-TCLK 函數(shù)進行同步觸發(fā)，實現(xiàn)多塊NI-X 型號的數(shù)據(jù)ns 級同步輸出。其中信號采集實現(xiàn)對被測電子板卡的數(shù)字信號進行采集（多板卡時能實現(xiàn)同步采集）。包括電子板卡激勵信號采集子模塊及輸出信號采集子模塊。

　　信號采集算法程序源代碼如圖6 所示。

　　4  檢測結(jié)果與分析

　　步通過適配器將探測雷達電子板卡與虛擬儀器開發(fā)的PXI 檢測平臺進行連接。然后給電子板卡模塊提供正常工作電壓，使其正常工作。將計算機里存儲的標準信號輸入到被測試的電子板卡模塊里，登陸檢測系統(tǒng)主界面按照操作步驟對電子板卡模塊進行故障檢測。

　　該故障檢測系統(tǒng)對部分電子板卡模塊進行隨機測試。首先選擇測試點，本次測試主要測試電子板卡模塊的靜電阻值、工作電壓值、輸入/ 輸出信號參數(shù)。他們的標準測試值的范圍已經(jīng)通過LabVIEW 語言進行編程并存儲到檢測系統(tǒng)里面，從而能準確地檢測到故障點，并對故障點進行分析。

　　圖7 所示為對雷達設(shè)備電子板卡信號測試結(jié)果。

　　圖7   測試結(jié)果

　　采用以上測試方法所得實驗結(jié)果，通過采用人工手動或其他測試方法驗證，同樣得到上述的測試結(jié)果，證明該系統(tǒng)測試結(jié)果比較準確，尤其是對故障點的準確定位。該系統(tǒng)能準確將故障點定位到電子設(shè)備的板卡級。實驗測試結(jié)果充分說明了基于LabVIEW的電子設(shè)備故障檢測系統(tǒng)是一種高、易操作、實時性強、應用廣泛的智能化測試系統(tǒng)。

　　5  結(jié)論

　　通過對結(jié)構(gòu)比較復雜的探測雷達電子板卡模塊的測試結(jié)果進行系統(tǒng)分析，由實驗測試結(jié)果可以得出，虛擬儀器的電子設(shè)備故障檢測系統(tǒng)能對故障進行準確定位到板卡級并能給出故障信息，實現(xiàn)故障檢測數(shù)字化、智能化、模塊化。其性能的可靠性、有效性、可操作性等都是非常高的，具有十分廣闊的應用和發(fā)展空間。