红外组件阻值采集系统设计

2015-10-30 07:21邓若汉袁斌霞
制造业自动化 2015年12期
关键词:自动测试光敏采集器

邓若汉,曹 岚,袁斌霞,李 敏

(1.上海无线电设备研究所,上海 200083;2.上海电力学院,上海 200083)

0 引言

空间应用的光导型碲镉汞红外探测组件具有高可靠性要求,产品交付前需要进行寿命试验,以获取其工作寿命指标[1~5]。目前,国内普遍通过在其寿命试验过程中定期手动进行电阻测试[6],以判断组件的失效时间,从而获取其产品的工作寿命指标。基于手动的阻值测试过程大大增加了电阻测试的不准确性和不方便性,寿命试验过程中积累的数据量也极为有限,难以满足精准评价产品工作寿命指标的要求。

针对目前光导型碲镉汞红外探测组件寿命试验中阻值测试存在的诸多不足,本文采用虚拟仪器技术,利用Fluke公司的程控数据采集器,结合LabVIEW开发平台研制了一种自动化阻值采集与分析系统。系统的具体技术指标如下:1)测量精度≤0.4Ω;2)测量范围:0Ω~500Ω;3)自动测试,自动数据存储;4)当器件的阻值变化超过±20%范围时,即时报警。

1 阻值测量系统设计

1.1 硬件设计

图1 电阻自动测试控制框图

系统由PC机、数据采集器、模拟多路复用开关组成。系统框图如图1所示。系统运行的步骤如下:

1)系统上电,运行计算机阻值测试LabVIEW程序,置位数据采集器的数字量输入输出DIO的D2位,置位单片机的模拟多路复用开关控制信号,选通通道1;

2)计算机通过RS232接口从数据采集器上读取数字量输入输出信号DIO,若读取到开关就位信号即D2=1,计算机则向数据采集器发送数据采集命令,并等待数据采集器的回馈信息;

3)计算机接受到数据采集器返回有效数据,将返回的有效数据进行存储,同时向数据采集器发送数据采集完毕信号,并通知模拟多路复用开关准备下一回路的光敏元测试。

4)重复步骤2)~3),对所有待测的元器件进行测试。

1.2 软件设计

上位机软件采用LabVIEW软件设计,实现光敏元阻值数据采集、数据检测、数据存取及数据分析等等,图2为上位机的LabVIEW监控界面。上位机软件主要包括两部分:

1)数据采集

计算机通过串口通信的方式,向Fluke 2620A数据采集模块发送数据采集指令,以获得各路光敏元的阻值,并把采集到的阻值数据用LabVIEW软件界面实时保存到数据表中,以备后续的数据处理、计算及打印。

2)数据存取和数据处理

数据存储部分主要是将采集到的光敏元阻值数据以txt文件和Excel文件存储, txt文件是用来建立记录集,执行数据文件的操作,满足历史报表数据的查询和打印。而Excel文件是用来进行数据比较的,Excel文件有两个,其分别保存着最近两次测量的光敏元阻值信息,系统通过对比两个Excel文件中各路光敏元的阻值来判断光敏元阻值是否出现异常现象。考虑到测量系统的误差,当同一个光敏元两次测到的阻值变化超出±30%时,通知单片机重新测量一遍,若阻值变化还是超出范围,则通知单片机停止试验,标出出现问题的光敏元。

图2 电阻自动测试主界面图

2 阻值测试精度分析

光敏元所在电路可等效为如图3所示的电路图,从图3可看出,数据采集器测到的阻值为R总,为开关芯片的导通电阻R1与光敏元的电阻R0之和。因此导通电阻R1的波动对测试的精度将会带来直接的影响。本测试系统选用的数据采集器为Fluke 2620A,该采集器的测量精度如表1所示。选用的档位为3KΩ,测试精度为0.1Ω,开路电压为1.5V,流经测试电路的最大电流为110μA。保险起见,本文要求在恒定室温的情况下,模拟电子开关导通时产生的导通电阻R1的变化须小于0.3Ω,瞬时电流小于1mA。而模拟开关阵列开关芯片ADG1634在恒定室温下的导通电阻的波动小于0.3Ω[7],足以满足测试的要求。

图3 光敏元所在电路的等效电路图

表1 数据采集器2620的测试精度

3 实验结果

为验证系统的实际性能,将该系统连接至包含54路器件的组件,进行自动老化和自动阻值测试实验,在对待测的电阻阻值进行连续监测后,测得的电阻阻值随时间的变化图如图4所示。从图中可以看出,该测试系统的电阻测量值波动非常小,小于0.15Ω。此外,该系统的测试速度非常快,54路器件的阻值测试时间仅为2分钟,足以满足实际的应用需求,达到了预期的设计目标。

图4 电阻自动测试系统运行结果

4 结束语

本文设计了一种可用于红外探测器组件寿命试验过程的阻值采集和分析系统,该系统基于LabVIEW软件平台,采用数据采集器、模拟多路复用开关电路等组成,能够完成光导型碲镉汞探测器阻值自动测试、数据存储和数据分析等功能。通过对54路器件的实际测试表明,该系统测试效率高、测试阻值波动小于0.15Ω,足以满足实际的应用需求,达到了预期的设计目标。

[1] X. Breniere,P.Tribolet. Uniting IR detectors for tactical and space applications: a continuous cycle for reliability[J].Proc.SPIE 2009,7298:1-12.

[2] 龚海梅,张亚妮,朱三根,王小坤,等.红外焦平面可靠性封装技术[J].红外与毫米波学报.2009,28(2):85-89.

[3] 龚海梅,刘大福.航天红外探测器的发展现状与进展[J].红外与激光工程.2008,37(1):18-24.

[4] 周赞熙.红外探测器组件可靠性指标分配初探[J].红外技术,1997,19(4):13-16.

[5] 龚海梅,邵秀梅,李向阳,李言谨,张永刚,张燕,刘大福,王小坤,李雪,方家熊.航天先进红外探测器组件技术及应用[J].红外与激光工程,2012,41(12):3129-3140.

[6] 碲镉汞红外探测器组件老化试验操作指导书[Z].上海技术物理研究所内部资料,2010.

[7] ADG1634 datasheet. http://cn.element14.com/[EB/OL].

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