基于虚拟仪器的霍尔电流传感器测试系统的实现

钱月花 夏金龙

基于虚拟仪器的霍尔电流传感器测试系统的实现

钱月花1夏金龙2

（1.沙洲职业工学院，江苏 张家港 215600；2.苏州矩阵光电有限公司，江苏 张家港 215600）

讨论一款基于虚拟仪器的霍尔电流传感器测试系统的总体方案、系统硬件、系统软件、数据测试和数据分析。该系统可以快速地进行霍尔电流传感器参数检测和合格判定，具有检测速度快、测试精度高、性能稳定、操作简便的优点，且具有高扩展性。

虚拟仪器；霍尔电流传感器；测试系统

引言

虚拟仪器代表着从传统硬件为主的测试系统到以软件为中心的测试系统的根本性转变[1]。本文讨论一款基于虚拟仪器的霍尔电流传感器测试系统，该系统在PC机上利用LabVIEW 2018软件进行虚拟仪器“霍尔电流传感器测试平台”的设计，依靠标准总线通过PC机控制Keithley 2440数字源表和Keithley 2000数字万用表，完成霍尔电流传感器的测试系统设计并在生产线上得到验证。

1 总体方案

基于虚拟仪器的霍尔电流传感器测试系统包括硬件和软件两部分。

硬件部分利用PC机、Keithley 2440数字源表、Keithley 2000数字万用表、Agilent E3631A直流稳压电源、NI GPIB-USB-HS转接线和GPIB-GPIB数据线，组建测试系统。

软件部分在PC机上利用LabVIEW 2018软件进行编程，设计虚拟仪器“霍尔电流传感器测试平台”。

2 系统硬件

系统硬件组成框架（见图1）：在PC机与Keithley 2440数字源表、Keithley 2000数字万用表之间，通过NI GPIB-USB-HS转接线和GPIB-GPIB数据线相连接，完成协议及数据采集卡通信；霍尔电流传感器电源电压±15 V由Agilent E3631A直流稳压电源提供，输入电流由Keithley 2440数字源表提供，并通过PC机虚拟仪器“霍尔电流传感器测试平台”进行电流设置；霍尔电流传感器输出电压发送给Keithley 2000数字万用表，同时也发送给PC机虚拟仪器“霍尔电流传感器测试平台”，由测试平台进行电压测量、数据存储与合格判定。

图1 系统硬件组成框架

3 系统软件

3.1 设备函数

硬件厂商在提供硬件设备的同时，会提供丰富的通信软件接口。这些接口中最常见的是动态链接库，动态链接库可以将所有的功能封装为函数，在LabVIEW中只需要调用此函数即可[2]。

霍尔电流传感器测试系统硬件组建完成并建立起数据通信之后，在LabVIEW 2018中即可查看到数字源表Keithley 2440和数字电压表Keithley 2000函数。在虚拟仪器“霍尔电流传感器测试平台”设计过程中，直接调用相关函数[3]。

数字源表Keithley 2440函数包含Initialize.vi、Configure Measurement.vi、Configure Output.vi、Configure Output Sweep.vi、Enable Output.vi、Read.vi和Close.vi。主要功能包括将LabVIEW与数字源表之间建立通信，配置测量类型、分辨率和范围，进行输出模式（电流或电压）和输出幅度设置，配置输出扫描的范围、方向和单位比例，使源输出指定的电压或电流发送到被测设备，从仪器中采集的原始数据进行取样并返回，然后执行仪器错误查询以及终止测量。

数字万用表Keithley 2000函数包含Initialize.vi、Configure DC Volts.vi、Configure Trigger.vi、Data Read Multiple.vi和Close.vi。主要功能包括将仪器中的寻址信息传递给仪表操作VI并返回仪器ID，将仪器配置为测量直流电压，配置仪器上的触发设置，读取仪器的多个测量值或计算值，关闭I/O接口和仪器。

3.2 前面板

虚拟仪器“霍尔电流传感器测试平台”利用软件LabVIEW 2018进行设计，平台前面板包括“I/O口设置”（见图2）和“测量界面”（见图3）两部分。

“I/O口设置”包含两个I/O设置端口，分别为数字源表Keithley 2440和数字万用表Keithley 2000的选取、配置和初始化。

“测量界面”包含电流设置、电压测量和数据存储、合格判定，分别为图3中实线方框、虚线方框和点线方框区域。

图2 I/O口设置

图3 测量界面

3.3 程序框图

虚拟仪器“霍尔电流传感器测试平台”前面板“I/O口设置”和“测量界面”相互结合，共同完成霍尔电流传感器测试工作。程序框图按功能模块电流设置、电压测量与数据存储、合格判定分别进行阐述。

（1）电流设置

电流设置程序设计流程（见图4），首先进行I/O口选择与电源初始化，其次进行档位与量程选择，然后进行信号读取与输出电流，输出电流送给霍尔电流传感器。

图4 电流设置程序流程

I/O口选择与电源初始化：I/O口使用数字源表Keithley 2440函数Initialize.vi，完成数字源表选取、配置和初始化。

电流档位与量程选择：选择不同的电流档位，执行条件结构中对应的程序，使用Configure Output.vi配置电源输出模式为电流输出，使用Enable Output.vi使电流输出。

信号读取与输出电流：使用Read(Single Point).vi从数字源表中读取并返回一个信号，产生相对应的电流值，使用Close.vi结束该程序，数字源表电源自动关闭。

（2）电压测量与数据存储

电压测量与数据存储程序设计流程（见图5），首先进行I/O口选择和电源初始化，其次进行配置测量与配置触发，最后进行数据读取与数据存储。

图5 电压测量与数据存储程序流程

I/O口选择与电源初始化：I/O口使用数字万用表Keithley 2000函数Initialize.vi，完成数字万用表选取、配置和初始化。

配置测量与配置触发：配置测量模块在条件结构中选择需要的测量模式，使用Configure DC Volts.vi将仪器配置为直流电压模式；使用Configure Trigger.vi配置触发模块用于设置测量数据读取间隔时间。

数据读取与数据存储：数据读取与存储模块，使用Data Read Multiple.vi进行设置测量数据的个数与存储形式，使用Close.vi结束该程序，数字万用表电源自动关闭。

（3）合格判定

程序对被测霍尔电流传感器输出电压值进行误差计算。对于电压值在允许误差范围内的判定为真，面板指示灯显示为绿色；对于电压值超出允许误差范围内的判定为假，面板指示灯显示为红色。

4 数据测试与数据分析

4.1 测试依据

以开环线性型霍尔电流传感器CHK-20R1为例进行测试验证。测试以该传感器测量范围和输出电压参数为依据，编写程序时选取其中12个点进行数据测量，这12个点的对应关系为霍尔电流传感器输出电压理论值与输入电流之间的关系（见表1）。

表1 输出电压理论值与输入电流的关系

对于不同型号的传感器，测试原理和测试过程是一致的，但因为不同型号的传感器测试参数不同，所以在程序中需要进行调整。

4.2 测试步骤

第一步，连接好硬件系统，开启所有硬件电源，打开虚拟仪器“霍尔电流传感器测试系统平台”。

第二步，进入“I/O口设置”界面，进行I/O口设置，数字源表I/O设为GPIB0::24，数字万用表I/O设为GPIB0::10。

第三步，进入“测量界面”，对数字源表输出电流即被测霍尔电流传感器输入电流选择电流档位，在30 A和5 A之间进行选择；传感器输入电流设置完毕，即可显示传感器输出电压值，与之对应的合格判定指示灯也会同步显示。

4.3 数据分析

以两个测试示例来进行数据分析，得以验证系统测试的准确性。

测试示例1：合格传感器测试界面

由合格传感器测试界面（图6）可见，该被测传感器电流量程置于30 A，传感器接收到12个不同的输入电流后，产生对应的12个输出电压值并同步存储在计算机中，存储形式为EXCEL表格；与此同时根据后台传感器合格判定程序计算方法，12个指示灯全部显示绿色，说明被测传感器12个被测量点的输出电压值都在允许误差范围内。从而可以判定该被测传感器为合格品。

测试示例2：不合格传感器测试界面

由不合格传感器测试界面（图7）可见，该被测传感器电流量程置于30 A，传感器接收到12个不同的输入电流后，产生对应的12个输出电压值并同步存储在计算机中，存储形式为EXCEL表格；与此同时根据后台传感器合格判定程序计算方法，12个指示灯显示8个绿色与4个红色，说明被测传感器12个被测量点的输出电压值中有四个被测点已经超出了允许误差范围。因此可以判定该被测传感器为不合格品。

图6 合格传感器实时测试界面

图7 不合格传感器实时测试界面

5 结语

利用虚拟仪器技术，可以在很短的时间内开发出高性能、高扩展性的集成系统。基于虚拟仪器的霍尔电流传感器测试系统已在公司测试部门投入使用，该系统可以高效地进行霍尔电流传感器参数检测与合格判定，具有检测速度快、测试精度高、性能稳定、操作简便和高扩展性等优点。

[1] 什么是虚拟仪器？虚拟仪器有哪些优势？[EB/OL]. (2013-03-28) [2020-10-23]. https://wenda.so.com/q/1364486239067677.

[2] 章佳荣, 王璨, 赵国荣. 精通LabVIEW虚拟仪器程序设计与案例实现[M]. 北京: 人民邮电出版社, 2013: 249.

[3] 李晴, 钱声强. 基于LabVIEW的应用程序设计[M]. 北京: 高等教育出版社, 2017: 2.

On Implementation of Hall Current Sensor Based on the Virtual Instrument Testing System

Qian Yuehua1, Xia Jinlong2

( 1.Shazhou Professional Institute of Technology, Zhangjiagang 215600; 2. Suzhou Matrix Opto. CO.,LTD, Zhangjiagang 215600 )

The paper tries to analyze the overall design, hardware, software, testing and data analysis of the virtual instrument testing system to demonstrate the high-speed, accuracy of quality inspection and judgment and parameter testing as well. The paper shows the easiness of handling and extending its application.

virtual instrument; Hall Current Sensor; testing system

TP216

A

1009－8429(2020)04－0014－05

2020-10-30

钱月花（1965-），女，沙洲职业工学院电子信息工程系高级工程师；

夏金龙（1998-），男，苏州矩阵光电有限公司技术员。