案例资讯 | 锁相放大器自动化测试系统_电子行业

前言

本文主要描述一套用于自激励锁相放大器自动化测试的 PXI 系统，采用的机箱是60-102B-001，多路复用模块 40-630-022-D/16/2，以及其他的连接器配件 40-970-068-2m-MM和 40-966-068-F。截至2019年3月，该系统投入运行 30 个月，状态良好。

测试背景

用户提供了如下的初始需求：

图1 客户需求

如图1所示，为锁相放大器自带激励系统，提供正弦波信号给功率放大器，功率放大器连接到多路复用器，多路复用器的每个通道连接一个线圈（例如共24个通道）作为激励系统，对应激励线圈分别有一个检测线圈，如图所示，每个检测线圈连接另一个多路复用器的通道，之后信号进入信号调理模块。

具体技术要点：

激励线圈连接的多路复用器需要通道1A以下的电流，检测线圈的多路复用器通过的电流相对而言小一些；

激励线圈连接的多路复用器和检测线圈连接的多路复用器必须保证通道的一致性，如激励是通道1，检测部分也是通道1，以下类推；

通道要求，其中一个模块16或24个通道（仅激励部分），另一个模块128或接近的通道；

要点分析：

关于以上的方案，需要注意的是，线圈属于电感性负载，如果是通过机械继电器传送驱动电流，必须保证继电器触点额定电流远高于线圈的稳态电流，才能避免瞬时大电流损坏触点。初级线圈侧建议选择40-650-002(16通道双线5A，专用于驱动电感性或电容性负载，http://www.pickeringtest.com/en-cn/product/16-channel-power-multiplexer--2-pole )，检测线圈侧建议选择40-611-002(79通道双线2A，http://www.pickeringtest.com/en-cn/product/2a-multiplexer-79-channel-2-pole )。需要根据所需通道数确定产品数量，同时选择配套的电缆组件。

为了确保通道的一致性，选用双刀单掷的开关是非常合适的，一个指令就可以实现对应通道的激励端和检测端的同步导通，最大限度地减少采用两个独立的开关闭合时可能存在的时差引起的波形不同步的风险。

客户疑虑

针对以上的备选方案，客户提出了一些疑问，以下是相关疑问的解释。

1、复用器每秒可切换通道个数？

40-650-002的操作时间为10ms(从断开到闭合或从闭合到断开)，40-650-002的操作时间为6ms。这个数值指的是继电器器件的动作时间。如果采用Windows操作系统，扫描速度会受到工作模式设定、编程方法和对其它动作的等待时间(如波形测量等)影响，合理的估计为每秒扫描10~20个通道。但如果采用特殊的工作模式，每秒可扫描数百个通道，实际应用价值不大。

2、正弦波通过复用器信号会有变化么，还是很好的正弦波吗，会因为开关的开合有干扰噪声么？

如果是图中1KHz左右的正弦波，在继电器稳定闭合的状态下对波形几乎没有影响。但在开关状态转换的过程中(前述10ms或6ms)，由于金属触点的特性，会有一个接触电阻波动的过程，因此在此期间的测量数据没有意义。开关通道间的干扰可忽略。

3、复用器要和信号调理的锁相放大器连接使用，根据客户的方案图，需要复用器和锁相同步，客户可以自己编程用Labview程序控制复用器和锁相么？

所有Pickering的开关产品都提供Labview驱动。

4、这里标红的隔离开关的作用主要只是隔离作用而已吗？

图2 隔离开关示意图

隔离开关最重要的作用是当多个模块公共端并联使用时，最大程度减少信号带宽损失。

特别需要说明的是，关于切换通道的问题，我们的解释是：

这不是只由开关卡硬件决定的，影响最大的是操作系统。如果只是让开关在那一通一断，别的什么都不做，每个通断循环是1ms，写数据的时间100多us，所以1秒大概能切七八百个通道，但是什么用都没有，注意NI有的卡用1秒直接除以2倍动作时间得到1秒的切换次数，这算法是错的。实际有效的应用如果是在windows系统里也就10次以内。

方案改进与最终方案

经过与用户的进一步沟通，用户觉得40-650-002，这个型号是不错的，但是经过具体测量评估，实际电流并没有达到1A以上；前期可能用不到79个通道的40-611-002，16个或者是24个就够了，后期才会用128个通道的；信号的带宽可能也就几百K，最多是1-2MHz ，需要模块和配件。我们选择了16通道，双刀单掷的40-630-022-D/16/2（2组1:16多路复用，电压：150VDC/100VAC，电流：1.0A），以及线缆40-970-068-2m-MM和接线端子40-966-068-F。机箱这一部分，按照以上的模块以及用户现有的模块是PCI模块的，已经安装在工控机上，所以选择了7槽60-102B-001。