基于LabVIEW与TPG25xA的压强测量系统

2009-11-25 汪文林 国防科学技术大学光电科学与工程学院光电工程系

　　随着科学技术的发展，一般的测量系统都包括传感探测，模数转换与数字显示三部分。压强测量系统也不例外。对于压强测量，复合真空计与程控真空计的发展，大大拓宽了压强测量范围，前者能达到10-3~10-4Pa 量级，而后者能达到10-9~10-10Pa 量级，广泛应用在超真空系统中，进行压强探测显示。由于它们主要是用来探测系统的真空度，因此它们只显示即时的压强。但是，对于记录与观测系统整个工作过程的压强变化，它们不与计算机进行通信连接，不可能做到这点。如此，给一些研究工作带来不便，比如说吸气剂吸气性能研究。

　　考虑到这点，本文研究了一种基于LabVIEW与TPG25xA 的压强测量系统。以LabVIEW为开发平台， 本文实现了TPG25xA与PC的串口通信，压强- 时间曲线的显示，数据的分析和存储，从而实现记录与观测系统的压强变化与其统计值。

　　LabVIEW是基于数据流编程概念的图形化软件开发环境，是最容易的软件开发环境之一。近些年来，LabVIEW在测试领域应用越来越广泛，已经成为测试领域应用最广泛与最有前途的软件开发平台之一， 广泛应用于航空、航天、通信、汽车、电子半导体与生物医学等众多领域。LabVIEW开发功能高效、通用；可重用性高、界面友好；支持多种仪器与数采硬件驱动。LabVIEW的串口通信功能模块能够方便、可靠地实现串口通信。

　　TPG25xA是Pfeiffer Vacuum的产品，是小型电容规的真空测量与控制单元。通过串口RS232C，TPG25xA与PC进行通信，传递指令、测量值与参数。

1、系统原理

1.1、系统原理框图

　　压强测量系统包括小型电容规CMR263（Compact Capacitance Gauge）,TPG25x 与PC，此系统与真空系统连接使用，如图1 所示。

压强测量系统原理框图

图1 压强测量系统原理框图

1.2、系统工作原理

　　如图1所示，电容规CMR263连接真空系统与TPG25xA，将压强变化转换成直流电压信号,它的测试范围为10-3~10hPa。电容规CMR263 将信号传送给TPG25xA。然后通过TPG25xA 与PC 的串口，PC 发送指令给TPG25xA，TPG25xA 响应指令答复PC，形成串口通信，从而实现命令与测量数据的传输。此过程由LabVIEW 程序写、读串口实现。LabVIEW 程序对读串口得到的数据进行相应的处理，从而显示压强-时间曲线，存储数据与分析数据，求其统计值。

2、系统设计

2.1、系统用户界面

　　系统界面用LabVIEW编写而成，即LabVIEW 程序的前面板，如图2所示。

压强测量系统用户界面

图2 压强测量系统用户界面

　　此界面包括四个选项卡，按从左到右，从上到下编号。选项卡1 显示压强- 时间曲线，曲线包括实时采集图与多点平均图，还显示各曲线的统计值；选项卡2 包括串口设置、时间显示等；选项卡3 用来设置采集速率、平均点数与曲线纵轴单位等参数，还进行指令的发送。选项卡4 显示数据存储路径。此界面操作简单、方便，包含信息量多，在运行时，可以随时更改压强单位，适合不同习惯的人；可以显示程序开始时间、当前时间以及运行时间；另外，X 轴坐标为系统的绝对时间，能全程记录下压强随时间的变化，使用者能知道什么时候压强发生了什么变化。

2.2、LabVIEW程序

　　LabVIEW程序，即LabVIEW前面板，主要包括四个部分：TPG25xA 与PC 的串口通信，曲线显示，数据分析与数据存储。TPG25xA 与PC 的串口通信程序主要进行指令与数据的传输，包括串口设置、写串口与读串口；曲线显示主要是进行X轴的处理，调整其偏移量与缩放系数，使X 轴坐标为绝对时间，缩放系数由采集速率绝定。数据分析程序计算数据的最大值、最小值与平均值，采集点数与平均次数；数据存储程序存储PC 串口接受的数据，数据以文本格式存储，为以后二次处理提供了保障。LabVIEW 前面板如图3所示（部分图）。

压强测量系统LabVIW程序部分

图3 压强测量系统LabVIW程序部分