R&S频谱分析仪自动校准系统的设计

王玉亮 郑 旭 季 清

（南京熊猫汉达科技有限公司，江苏南京210000）

0 引言

频谱分析仪的校准是一项十分复杂的工作，不仅测量项目多、每个项目的测量点多而且用到的标准器也比较繁多，这些因素给我们校准工程师带来了极大的不便。目前我中心在频谱分析仪的自动校准方面，已经实现了对安捷伦部分系列频谱分析仪的自动校准，其他厂家的频谱分析仪依然需要依靠人工手动来计量，这种方法不仅工作量大、操作繁琐而且校准结果中容易引入人为因素的不确定度。利用本项目开发的自动校准系统，可以实现通过计算机对频谱分析仪校准装置和被校频谱分析仪的控制，自动完成复杂、繁琐的校准程序，并把数据保存在功能强大的数据库中，通过计算机实现对测量数据的分析和计算，最终完成原始记录的自动生成，有效避免人为因素引起的测量误差以及不确定度。另外，利用这套自动校准系统实现了原始数据的电子存档，方便了校准工程师随时查看，不会出现原始数据丢失的情况。

1 校准系统设计要求

根据厂家的技术说明书，通过计算机控制标准器和被校仪器自动完成R&S公司FSV、FSU、FSQ、FSP系列频谱分析仪的校准工作，通过NI提供的软件驱动开发类库在VS2010开发平台上，利用C#语言编制R&S系列频谱分析仪自动校准软件，软件的具体功能如下：（1）被校仪器和标准器信息的自动读取；（2）对频谱仪按照厂家校准方法进行自动校准，校准项目可选；（3）上下限自动判断；（4）建立数据库保存校准记录；（5）将校准结果以原始记录形式输出。

2 校准系统的硬件构成

如图1所示，R&S频谱分析仪自动校准系统的硬件构成主要包括频谱分析仪校准装置（信号发生器、功率计、衰减器等）和计算机。硬件系统的通信接口采用NI公司的GPIB接口（IEEE 488.2驱动软件与其配套使用）。所有标准器和被校准的频谱分析仪用GPIB电缆连接后通过NI公司的GPIB-USB-HS控制器与计算机连接，从而实现所有硬件设备的自动化控制，最终完成频谱分析仪的自动校准。

3 校准系统的软件设计

3.1 NI VISA介绍

NI VISA是一个驱动程序软件架构，它统一了与GPIB、串口、以太网/LAN、IEEE 1394和USB仪器的通信。VISA.NET API是一个面向对象的接口，它由一组使用VISA与仪器通信的.NET类组成。

图1 硬件系统图

3.2 软件系统的设计

本系统采用NI公司提供的VISA.NETAPI接口类库，数据库采用ACCESS 2010，以VS2010为开发平台，利用C#语言进行编制，从而实现计算机与标准装置、被校频谱分析仪的通信，达到控制仪器、控制校准流程、采集校准数据、处理校准数据、生成原始记录的目的。软件系统流程图如图2所示。

图2 软件系统流程图

3.3 软件系统结构介绍

为了使该软件易于维护和扩展，该软件采用自顶向下的树状结构设计，运用模块化的设计思路设计了多个相互独立的功能模块，主要包括：仪器搜索模块、仪器登记模块、仪器自校模块、模板选择模块、仪器校准模块、原始记录生成模块和用户账户管理模块。下面对这几个功能模块分别进行介绍。

（1）仪器搜索模块：本模块实现的功能是搜索整个校准系统中所连接的仪器信息，包括仪器型号、序列号、GPIB地址等。

（2）仪器登记模块：本模块实现的功能是登记被检仪器的相关信息，如委托方、地址、仪器型号、序列号、温湿度等等，其中仪器型号、序列号可自动关联。

（3）仪器自校模块：本模块实现的功能是对系统中搜索到的标准器和被检仪器进行自校或自检，确保校准数据的准确可靠。

（4）模板选择模块：本模块实现的功能是在进行仪器校准之前选择相对应的测试模板，该模板可以预览，可以增加或删除其中的测试点。

（5）仪器校准模块：本模块实现的功能是按照厂家的校准方法对系统中的被检仪器进行校准，在校准前可以对校准的项目进行选择。

（6）原始记录生成模块：本模块实现的功能是在仪器校准完毕后自动生成符合要求的原始记录，原始记录以Excel表格形式保存，Excel表格以“被检仪器型号+序列号”命名。

（7）用户账户管理模块：本模块实现的功能是对登入系统的用户进行管理，设置登入权限，可以增加和删除用户。

3.4 软件系统的使用

软件系统界面简洁，操作方便。用户登入系统后，点击“查找仪器”按钮，搜索系统当前所连接的仪器信息，包括仪器型号、GPIB地址和序列号等；点击“委托方信息”按钮，输入被校频谱分析仪的信息，其中仪器编号和仪器型号可自动读取；点击“选择模板”按钮，根据被校频谱分析仪的型号选择对应的模板；上述过程完成后，根据频谱分析仪的型号点击相应系列的校准按钮，选择需要校准的项目进行自动校准。待校准完毕后，点击“生成原始记录”按钮，待校准窗口下方提示“原始记录已生成完毕”，即完成该仪器的全部校准工作。

4 结语

整套校准系统通过调试后，成功实现了R&S频谱分析仪的自动校准。这套系统的成功研制有效地减少了日常工作中实验室工作人员手动测量频谱分析类仪器的工作量，使计量工作更加高效快捷；也减少了由于人为因素或其他原因导致的测量数据读取误差，很大程度提高了校准数据的准确性。