探讨计量检定中数字示波器的自动校准系统

康艳

摘 要：数字示波器因在波形显示、测量、处理等方面具有明显优势，被广泛应用计量检定工作中。近年来，在自动化技术发展推动下，计量检定中如何实现数字示波器的自动校准成为人们研究的重点。本文从硬件及软件两方面入手，对数字示波器自动校准系统设计研究探讨，以供参考。

关键词：计量检定；数字示波器；自动校准系统

示波器将电信号转化为直观的图像，给人们研究各种电信号的变化提供较大便利，近年来数字示波器的出现及应用，在生产实践中表现出较大优势，其中其自动校准系统研究也因此逐渐引起了人们的关注。

一、数字示波器自动校准系统需求

为实现数字示波器自动校准功能，进一步丰富数字示波器的系统功能，给实践应用提供便利，设计的数字示波器自动校准系统应满足以下需求：

首先，具有较好的适应性。计量检定相关仪器能够对不同厂家产品进行检定。

其次，具有友好的人机交互界面。即，检定人员通过美观、简单的界面可实现计量检定的各种操作。同时，还兼具软件维护、数据查询、资料查询等功能。

最后，能保存校准记录。可保存校准结论、检定人员、委托人等重要信息。同时，校准结束后可进行校准报告的打印，尤其拥有UPC电源、机箱等外围配套设备。

二、数字示波器自动校准系统硬件设计

在认真分析数字示波器自动校准系统需求的基础上，进行硬件设计，包括PC机、接口控制器、FLUKE5500A标准件等设计内容。系統使用个人电脑进行控制，软件配置参数为：使用AMD的TURION双核处理器，该处理器工作频率2.1GHz，系统拥有2G内存容量，为提高图像清晰度，使用独显与集显的双显卡方式，配备USB接口五个，250G硬盘，存储校准报告、视频教程、校准手册等信息。

因当前多数计算机没有GPIB接口，为实现与其他设备相连，使用专门的接口控制器实现接口方式由USB向GPIB接口的转换。综合考虑各方面内容，系统使用UT-488型接口控制器，其不仅具有优秀的数据传输性能，而且功能齐全，价格适中。

数字示波器自动校准功能的实现需要标准的信号源作参考，确保校准后的各参数满足规范标准要求。系统使用FLUKE5500A多功能校准仪提供标准信号源，其不仅可校准频率计、频谱分析仪、万用表等多种仪器，而且还具备数据管理、打印报告等功能，通过在上位机上操作软件实现自动化校准。

三、数字示波器自动校准系统软件设计

数字示波器自动化校准软件设计，包括软件开发系统配置、软件设计两个重要环节。

（一）软件开发系统配置

本文研究的数字示波器自动校准系统基于Windows XP操作系统进行开发。同时，考虑到C#语言易学，开发效率高，因此应用程序使用C#开发，并以Visual Studio2010作为应用程序开发环境。另外，数据存储需要数据库的支撑，当前数据库类型较多，而SQL Server 2008优点明显，数据压缩性能高，数据备份速告高，并且可追踪捕获变更数据，提高新加入数据的查找效率，因此，系统使用SQL Server 2008数据库系统。

（二）软件设计

软件设计时需重点考虑软件的组织结构、处理流程以及功能分配，依据职能将软件组织结构划分为数据存储层、数据处理层、人机交互层（如图1 所示 软件组织结构）。

其中数据存储层负责数据的修改、查询、添加操作，而数据处理层主要向仪器发送指令，并接受仪器传回的数据，借助校准程序实现对接受数据的校准处理，并在数据库中进行数据的存储，该层是自动校准功能实现的核心。人机交互层主要为人们提供校准、仪器参数设置等操作的界面，因采用多任务操作模式，多个模块可同时运行。

为满足示波器自动校准功能，并达到易于操作的目的，设计时要求软件遵守以下处理流程：首先，仅允许具备权限的人员登录到系统中进行相关操作。其次，进入到系统中便可进行校准操作，完成仪器出厂编号、生产厂商等参数的填写，选择校准项，对各校准项的不同校准点逐一进行校准，并显示校准结果，当所用校准操作完成后，点击完成测试。最后，根据校准操作要求，选择是否生成证书。同时，编辑并查询生成的证书，并决定是否打印，所有操作完成后便可退出系统。

软件正式开发中应确保各功能分配的合理性，本文设计的数字示波器自动校准系统主要包括登录模块、校准模块、数据管理模块等，在明确不同模块实现的功能。用C#进行各模块方法的设计，以校准模块为例，需要设计时间测量准确度、电压测量准确度、边沿触发灵敏度等实现方法。

待所有模块功能设计完成后，需要进行软件的功能测试以及时修正存在的问题，确保自动校准系统的正常工作。经验证本文设计的数字示波器自动化校准系统各模块运行正常，示波器校准得以顺利完成。另外，对系统的维护模块进行测试，尤其在查询和编辑证书、删除和添加用户操作上具有较为友好的操作性，因此，该数字示波器自动化校准系统可被应用在计量检定工作中。

四、结论

数字示波器在各领域的研究生产中发挥重要作用，为提高其测量准确性及工作效率，加强对其自动化校准的研究具有重要价值。本文通过研究得出以下结论：1）在进行数字示波器自动化校准系统设计时应明确需求，尤其在满足自动化校准功能的同时，确保具有友好的人机交互功能，为其更好的应用奠定基础。2）硬件是数字示波器自动化校准功能实现的保障，因此，应从整体角度出发，选择合适的硬件元件，在此基础上结合各模块功能特点，使用专门的开发语言进行开发，并做好开发完成后的测试与维护，保证其自动校准功能的顺利实现。

参考文献：

[1] 胡猛.示波器校准仪本控程序设计[D].电子科技大学，2014.

[2] 魏新.基于IVI技术的数字示波器自动校准系统研究[D].电子科技大学，2015.

[3] 常志方.高性能示波器校準仪自动化校准的研究[D].华南理工大学，2012.