基于LabVIEW的HID灯用触发器测试系统

薛勤

摘要：基于LabVIEW软件技术，提出了一种新的HID灯用触发器数据采集方案。通过软硬件的设计，实验结果表明，系统具有良好的可靠性与稳定性，满足对触发器的动态特性测试需要。

关键词：数据采集；LabVIEW；HID；触发器；动态特性

中图分类号：TP274.2 文献标识码：B 文章编号：1009-3044（2013）07-1682-04

触发器作为高强度气体放电（High-intensity discharge，简称HID）灯启动时的重要部件，各项考核它的指标不仅直接关系到安全特性，而且一些性能要求还直接体现了各种HID 灯对触发脉冲的要求，所以触发器的指标好坏直接影响HID 灯的启动乃至HID 灯的使用寿命。触发器的传统测试方法是通过示波器记录触发脉冲幅值，人工判断脉冲个数是否符合要求。作为传统测量仪器有些重要参数是无法定量测出的，如触发脉冲的电角度、触发脉冲宽度、脉冲分散性等动态特性。随着科学技术的不断发展，虚拟仪器的出现，使这些问题的解决成为可能。虚拟仪器（Virtual Instrument）是指以通用计算机作为核心的硬件平台，配以相应测试功能的硬件作为信号输入/输出的接口，利用仪器软件开发平台在计算机的屏幕上虚拟出仪器的面板和相应的功能[1]。LabVIEW（Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench）是一种业界领先的工业标准图形化编程工具，主要用于开发测试、测量与控制系统。它是专门为工程师和科学家而设计的直观图形化编程语言。它将软件和各种不同的测量仪器硬件及计算机集成在一起，建立虚拟仪器系统，以形成用户自定义的解决方案[2]。基于LabVIEW的软件技术，设计出新型的全自动触发器数据采集系统。

1 系统组成

整个测试系统如图1所示，由工业电脑与数据采集控制卡、可编程交流稳压电源、继电器组、镇流器组等组成。数据采集、电源电压控制及状态控制分别采用 PCI-5122、PCI-GPIB、PCI-6519。交流稳压电源为产品提供稳定供电电压。继电器组用来执行电源供给、镇流器切换等开关动作。镇流器组用于被测触发器与测试系统连接，每种型号的被测触发器有其对应型号的镇流器。

2 硬件设计

2.1 数据采集与控制

数据采集卡选用NI（National Instrument） PCI-5122数字化仪。NI PCI-5122具有软件可选的动态范围，50 欧姆；或1 M欧姆；200 mVpp到20 Vpp的输入范围，并可在板载内存中采集超过100万个波形，因而是时域和频域分析的理想选择，有50多个内置测量与分析函数直接在驱动软件中编程生成[3]，100 MS/s的实时采样，2.0 GS/s的等效時段采样或外部时钟控制，14位分辨率的双输入通道，是一款满足宽范围测试条件的板卡。

电源电压控制采用PCI-GPIB卡，用于控制可编程交流稳压电源（0-600Vac，1kVA）电压供给，以满足不同型号触发器对电源电压的需求。

状态转换控制选用NI PCI-6519数字I/O卡。 PCI-6519板卡提供了16路光学隔离的漏极/源极输入通道，以及16路漏极输出通道[4]。P<0..1>.<0..7>为输入通道，P<2..3>.<0..7>为输出通道。外部接线如图2所示，图中S1为系统启动开关；由K1、K2、K3、K4、K5组成继电器组，为镇流器切换控制之用；K6为电源供应控制继电器。

2.2 系统主电路

系统主电路如图3所示。市电经开关S0由可编程稳压电源输出，通过断路器Q1、应急制动开关S2、电源控制继电器K6的动合触点到达继电器与镇流器组。镇流器组由35W、70W、250W、400W、1000W镇流器组成，由相应控制继电器动合触点K1、K2、K3、K4、K5与其配合，系统根据待测触发器的型号自动选配相应型号的镇流器。镇流器的输出与待测触发器端子B连接。可编程稳压电源的另一输出端与触发器端子N连接。选用符合文献[5]要求的型号为P6015A 1000：1高压探头，用于触发器端子Lp与NI 5122数字化仪通道1的连接，完成脉冲信号的衰减。选用100：1高压探头，连接可编程稳压电源输出端与NI 5122数字化仪通道2，用于信号采集的同步。短接端子Lp与端子B，可用于两端式触发器的测试。

3 软件设计

系统软件基于LabVIEW的标准状态机设计模式，LabVIEW程序同样也称为虚拟仪器（VI）。通常触发器分为两类，普通触发器与含有定时器触发器。内部含有定时器的在产品型号后加T作为后缀，在测试时是有所区别的。以用250W镇流器配套测试为例，程序流程如图4所示。

3.1 流程简要说明

首次打开的虚拟仪器前面板如图5所示，界面主要由六个部分组成：产品型号选择菜单、产品规格限值显示、测试数据显示、测试结果显示（首次打开未测试处于隐含状态）、测试波形显示、测试数量统计显示。举例如下，点击产品型号选择菜单，选择需要测试的产品型号，系统从Excel表格中载入待测产品的各项参数及规格限值，发送指令到可编程交流电源，使其输出符合测试要求的电压信号。将NI 6519输出通道P2.3置1（选用250W镇流器），循环检测NI 6519输入通道P0.6脚电位。连接测试夹具与被测产品，按动启动开关S1，系统将NI 6519输出通道P2.6置1，给产品加电，进入采集过程并将采集到的可编程电源输出电压值、正负脉冲的幅值、脉冲电角度、脉冲宽度、脉冲个数及总脉冲数显示在屏幕上。针对触发器内含有定时器的测试，在程序中自动加入3秒钟的延时。当定时器出现故障时，触发器在3秒钟过后无法产生输出脉冲，将得到的不良测试数据，反映在测试结果及波形上。系统自动将游标按产品幅值规格下限标示在面板上，辅助操作员的观察判断。针对脉冲幅值波动大的特点，采用多周期采样均值化处理，得到相对稳定的幅值。

3.2 脉冲电角度测量

作为重要测试指标的脉冲电角度，指的是触发器输出脉冲反映在电源基波波形上的相位角。为了得到准确脉冲电角度，将NI 5122数字化仪作如下设置，对应电源频率50Hz设置时基满屏为20ms，触发源选定在通道2，触发电平0V，触发类型选为边沿，采用上升沿触发。采集数据取自于通道1，由此可以在屏幕上得到以0度相位角开始的完整脉冲波形周期。在波形正负半周期内分别搜索超过门限值的脉冲首次出现在数据组中的位置，通过数学变换，得到脉冲的电角度。

3.3 脉冲宽度测量

在正负半周规定的相位内分别搜索超过门限值的脉冲值的数量，结合系统的采样率，通过数学变换，即可得到正负脉冲的脉冲宽度。例如，在正半周期内搜索到超过门限值的脉冲值的数量20个，系统采样率为50 MS/s，则正半周期内的脉冲宽度为400ns。

3.4 脉冲数的测量

脉冲数测量的难点是如何滤除脉冲波形上的毛刺，如果不能很好的滤除毛刺。则测试得到的脉冲数将大于实际脉冲数。采用LabVIEW软件中的For循环与移位寄存器[6]结合，在规定的相位内对采集到的数据组进行连续检索，正半周脉冲数测量相关程序如图6所示。图中通过设定的门限值，将所有高于门限值的毛刺滤除。根据触发器的脉宽范围设置合理的移位寄存器数目，可以滤除极窄脉冲，从而保证得到准确脉冲数。

3.5 脉冲分散性测试

针对触发器内元件异常导致脉冲分散，而脉冲角度、脉冲宽度、脉冲数均在范围内的情况，将相位范围调整到正常脉冲所在区域的90度及270度。当脉冲分散出现时，规定相位范围内的脉冲数将减少，系统自动将被测产品标示为不合格。

3.6 程序发布

将生成的Ignition Test独立应用程序及安装程序复制到目标机，运行安装程序，产生Measurement & Automation Explorer、NI-Scope设备驱动、NI-DAQmx设备驱动、LabVEIW运行引擎。建立被测产品的数据存放文件夹，用于测试数据的存放。

4 结束语

应用LabVIEW软件技术，成功完成HID灯用触发器的动态性能测试。本采集系统自动化程度较高，易于操控，通过选择被测产品型号，系统自动匹配镇流器，自动调整电源输出电压，自动生成数据报告。系统适用性较好，当有新产品需要测试时，仅需在Excel表中添加新的产品型号及相应的规格限值，就可在系统中看到新的被加入的产品型号，即可实现对新的触发器的数据采集。

参考文献：

[1] 陆绮荣.基于虚拟仪器技术个人实验室的构建[M].北京：电子工业出版社，2006.

[2] 陈锡辉，张银鸿.LabVIEW 8.2程序设计从入门到精通[M].北京：清华大学出版社，2007.

[3] National Instruments Corporation[EB/OL].http：//sine.ni.com/nips/cds/view/p/lang/zhs/nid/13309.

[4] National Instruments Corporation. NI 651x 用户手册（372172B-0118）[M].ni.com/china， March 2010.

[5] IEC 60927：2007， Auxiliaries for lamps - Starting devices （other than glow starters） - Performance requirements[S].

[6] 2005–2009 National Instruments Corporation. LabVIEWTM 帮助（371361F-0118） [Z]. ni.com， June 2009.