基于LabVIEW的濕敏元件性能測試分析系統(tǒng)

摘要：為了克服傳統(tǒng)的傳感器特性測試儀功能單一、專用性強的缺點，利用GPIB卡組建由ZL5型智能LCR測試儀與計算機構成的濕敏元件性能測試系統(tǒng)，并基于LabVIEW開發(fā)出系統(tǒng)控制軟件。根據(jù)存儲文件方式的不同，采用不同的圖形分析方法。通過將其應用于氧化鈦基薄膜的濕敏特性研究實驗，結(jié)果表明該系統(tǒng)能夠方便、直觀地分析濕敏元件的性能。
關鍵詞：濕敏元件；LabVIEW；電阻特性；復阻抗

0 引言
濕敏元件用于局部環(huán)境的濕度監(jiān)測與自動控制，近年來隨著新材料(如稀土摻雜)的出現(xiàn)及納米級元件的制作，人們對其電學特性、感濕機理及其等效電路的研究日益增多。在濕敏元件性能的測試工作中，傳統(tǒng)的人工測試依然占據(jù)著主導地位，這種手動測試方法因為其測試精度差、測試速度慢、數(shù)據(jù)處理過程復雜、繁瑣等缺點，不利于濕敏元件的分析與改進。通過GPIB接口卡將程控設備與計算機連接起來，基于虛擬儀器技術組建多功能的濕度傳感器自動測試系統(tǒng)。由于采用了虛擬儀器技術，用戶可以在計算機的虛擬面板上進行所有操作，具有使用方便、功能強及性能可擴展等優(yōu)點，與傳統(tǒng)儀器相比在數(shù)據(jù)處理、人機交換等方面顯示出巨大的優(yōu)勢，能夠?qū)衩粼阅軈?shù)做出快速準確的測試與分析。

1 系統(tǒng)基本原理與框架設計
由GPIB接口卡連接ZL5型智能LCR測試儀與計算機數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括計算機、測量電路、接口總線和濕敏元件等幾部分。其構成特點是自動測試系統(tǒng)各組成部分均配有標準化的接口功能電路，并都與統(tǒng)一的總線相連。計算機(系統(tǒng)的中央控制器)控制對濕敏元件進行測量的全過程，測量電路主要完成中央控制器與濕敏元件的聯(lián)系、傳遞信息或A／D、D／A轉(zhuǎn)換等。由此，使得由一臺計算機實現(xiàn)對若干不同的測試任務進行控制成為可能。通信與數(shù)據(jù)采集是實現(xiàn)濕度傳感器自動測試系統(tǒng)的重要組成部分，它包括系統(tǒng)總線初始化模塊、測試儀參數(shù)設置模塊和數(shù)據(jù)采集模塊?？偩€初始化模塊包括設備地址、控制器、電橋等串口參數(shù)設置。參數(shù)設置模塊用于設置LCR測量儀的測試速率、測量方式、等效電路、測試頻率、測量參數(shù)、延時、觸發(fā)模式等參數(shù)。數(shù)據(jù)采集模塊用于將LCR測量儀測量到的數(shù)據(jù)通過GPIB總線傳輸?shù)接嬎銠C，并存儲到臨時數(shù)據(jù)庫中。

2 圖形分析程序設計
基于圖形化編程環(huán)境LabVIEW開發(fā)系統(tǒng)軟件程序，進行儀器控制和數(shù)據(jù)采集；采集濕度濕敏元件的電學參數(shù)，并對采集的數(shù)據(jù)進行分析與處理。采用模塊化設計方法，設計了濕敏特性模塊、復阻抗特模塊、電容特性模塊等?？梢苑奖愕乩L制出電阻、電容、阻抗與濕度、頻率的關系曲線，以及復阻抗特性曲線；進而進一步分析濕敏元件的性能及其感濕機理。LabVIEW 用一個圖形編輯器來產(chǎn)生最優(yōu)化編輯代碼，利用應用程序生成器，用戶能夠產(chǎn)生虛擬儀器，就象執(zhí)行獨立的可執(zhí)行程序一樣。根據(jù)存儲文件的不同，對數(shù)據(jù)的圖形分析，分為以下兩種方法：對實時數(shù)據(jù)存儲為測量文件的數(shù)據(jù)分析和用Excel存儲的數(shù)據(jù)分析。下面程序設計可根據(jù)測試頻率和濕度條件分別繪出電阻、復阻抗與頻率和濕度的關系特性曲線。
(1)對實時數(shù)據(jù)存儲為測量文件的數(shù)據(jù)分析
對濕敏元件性能參數(shù)進行實時采集，測量文件存儲的是實時數(shù)據(jù)。測試條件以數(shù)組形式輸入，并以動態(tài)數(shù)據(jù)送入xy圖，根據(jù)xy圖屬性設置，可以設置橫縱坐標以及外觀顏色字體。如圖1、圖2所示。