基于虛擬儀器的光纖電流感測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè) 基于虛擬儀器的光纖電流感測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)摘 要:全光纖電流傳感器在高壓電網(wǎng)中常用作監(jiān)測(cè)保護(hù)和計(jì)量,具有重要的實(shí)際工程價(jià)值,且容易解決高壓絕緣和高頻電流的測(cè)量難題。詳細(xì)介紹全光纖電流互感器的原理、結(jié)構(gòu)和技術(shù)性能。關(guān)鍵詞:全光纖電流傳感器;電流測(cè)量;監(jiān)測(cè)保護(hù)。 1.引言光纖具有抗電磁干擾強(qiáng)、電絕緣性能好、柔軟可彎曲等優(yōu)點(diǎn),還有比其它光學(xué)電流傳感器體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、易與傳輸光纖耦合、可長(zhǎng)距離傳輸、便于與計(jì)算機(jī)連接組成遙測(cè)網(wǎng)絡(luò)等優(yōu)點(diǎn),因而基于法拉第旋光效應(yīng)的全光

2、纖電流 傳感器愈來(lái)愈受到人們的重視。光纖電流傳感器，是為了提供電力工業(yè)等使用高電壓電流之企業(yè)與工廠，對(duì)于持續(xù)運(yùn)作設(shè)備需要高度可靠性之需求而發(fā)展出來(lái)的。光纖電流傳感器從早期使用檢偏器來(lái)測(cè)量線偏振光對(duì)磁場(chǎng)的相位變化量;之后提出使用光纖作為感測(cè)電流磁場(chǎng)的組件，但是由于光纖本身對(duì)于磁場(chǎng)產(chǎn)生相位變化之系數(shù)（費(fèi)爾德常數(shù)）很小，所以直接量測(cè)并不夠準(zhǔn)確，進(jìn)而改用干涉式來(lái)將相位變化量轉(zhuǎn)成為光能量變化，從而通過(guò)觀察光能量的變化來(lái)推算相位變化與電流大小。使用干涉方式將相位信號(hào)轉(zhuǎn)換為光能量變化，而相位變化也從主動(dòng)解調(diào)轉(zhuǎn)為被動(dòng)解調(diào)，這是因?yàn)橹鲃?dòng)調(diào)變比較容易受到影響，而且有能量消耗，藉此減少?gòu)闹鲃?dòng)解調(diào)部分產(chǎn)生的噪聲34

3、5。本文所設(shè)計(jì)的基于虛擬儀器技術(shù)的光纖電流是一種新型電流測(cè)量系統(tǒng)，它把虛擬儀器技術(shù)應(yīng)用到光纖式電流互感器中，可用于測(cè)量母線電流，實(shí)時(shí)顯示測(cè)量信號(hào)的參數(shù)和波形，可對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、存儲(chǔ)。虛擬儀器是充分利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，并可由用戶自己設(shè)計(jì)、定義的儀器。它通常由計(jì)算機(jī)、儀器模塊和軟件三部分組成，儀器模塊中的數(shù)據(jù)采集卡、GPIB卡、 VXI模塊等用于信號(hào)的輸入輸出。虛擬儀器具有很強(qiáng)的分析處理能力，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展，用戶只能使用制造商提供的儀器功能的傳統(tǒng)觀念正在改變，而用戶自己設(shè)計(jì)、定義的范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，同一臺(tái)虛擬儀器可在更多的場(chǎng)合使用。LabVIEW是美國(guó)NI公司開(kāi)發(fā)的虛擬儀器開(kāi)發(fā)平

4、臺(tái)軟件。 LabVIEW有豐富的庫(kù)函數(shù)和功能模塊，并且可以方便地與Matlab、C等通用編程語(yǔ)言進(jìn)行通信，以滿足各種需求2 全光纖電流傳感器的特性 2.1 光纖取材 (1)用通信光纖制成 把光纖纏繞在電線上,根據(jù)安培定理,可以直接測(cè)量出電流的大小。通過(guò)改變纏繞在電線上的光纖圈數(shù)來(lái)控制靈敏度。 但一般通信用石英光纖的費(fèi)爾德(Verolet)常數(shù)很小,且光纖繞成線圈將產(chǎn)生很強(qiáng)的線性雙折射,使光纖本來(lái)很低的費(fèi)爾德常數(shù)又大大降低(約為原來(lái)的1/50),加上在電線上纏繞光纖時(shí)必須停電,因而無(wú)法實(shí)際應(yīng)用。 由于纏繞在電線上的線圈直徑不能小于45cm,這就導(dǎo)致極高的溫度靈敏度,從而使所得信號(hào)的偏振面可能會(huì)旋

5、轉(zhuǎn)一個(gè)非正常的角度。因此,溫度補(bǔ)償成為這種類型產(chǎn)品的關(guān)鍵問(wèn)題之一,目前國(guó)內(nèi)的一些大學(xué)研究所正在致力找到一個(gè)良好的補(bǔ)償方案。 (2)用塊狀光學(xué)晶體制成 這種傳感器可以使用費(fèi)爾德常數(shù)比通信光纖高的特殊晶體材料制成,大大提高了對(duì)磁場(chǎng)的靈敏度。而且,晶體退火后釋放了內(nèi)應(yīng)力,從而減少線性雙折射。塊狀光學(xué)晶體本身在溫度變化和機(jī)械影響的情況下,性質(zhì)相對(duì)穩(wěn)定,保證了傳感器的可靠穩(wěn)定工作。而且,塊狀光學(xué)玻璃的成本相對(duì)低廉,滿足能大規(guī)模生產(chǎn)的前提。 這種傳感器的體積比同規(guī)格光纖傳感器大,而且,塊狀光學(xué)玻璃不是鐵磁性的,所以費(fèi)爾德常數(shù)相對(duì)較低,限制了在大電流測(cè)量中的應(yīng)用。 為了解決塊狀光學(xué)晶體存在的問(wèn)題,一些學(xué)者發(fā)

6、現(xiàn)了一種提高傳感器靈敏度方法在塊狀光學(xué)玻璃周圍排列多環(huán)路的陣列已經(jīng)被,但是在應(yīng)用中這樣的結(jié)構(gòu)有一定的局限性,即容易產(chǎn)生溫度波動(dòng)。這個(gè)問(wèn)題的解決方法正在研究之中。 (3)用磁光材料制成 鐵磁性的材料每單位厚度具有很大的費(fèi)爾德常數(shù),例如BiTb2Y3Fe5O12,這樣就可以用很小的法拉第旋轉(zhuǎn)角度測(cè)量特定的磁場(chǎng)強(qiáng)度,使體積大大減小,從而能夠降低成本、降低安裝難度。 據(jù)國(guó)外專業(yè)廠家介紹,這種材料的生產(chǎn)方法已經(jīng)成熟。并且,還可以直接應(yīng)用到其他領(lǐng)域,特別是光通信,已經(jīng)形成的規(guī)模效應(yīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了光學(xué)晶體和光纖材質(zhì)的傳感器。2.2 安裝方法 用一個(gè)與電纜直徑大小匹配的一個(gè)特制支撐鉗4將其固定在電纜上。支撐鉗4有

7、3個(gè)作用:固定光纖電流傳感器使之在指定的位置;避免光纖傳感器內(nèi)部材料產(chǎn)生法拉第效應(yīng),發(fā)生磁飽和;便于光纖電流傳感器 的安裝和拆卸,光纖電流傳感器在操作的時(shí)候不直接與電纜接觸,不會(huì)影響電纜的正常工作,對(duì)操作人員來(lái)說(shuō)也更安全。 固定器5有兩個(gè)作用:固定光纖1和光纖2;盡量使光纖1和光纖2伸直,減少雙折射現(xiàn)象。2.3 全光纖電流傳感器的結(jié)構(gòu) 光纖電流傳感器 一個(gè)半導(dǎo)體激光器發(fā)射出來(lái)的光通過(guò)分叉， 管進(jìn)入光纖電流傳感器,分叉管1內(nèi)部有一傳輸光纖。從出來(lái)的光經(jīng)過(guò)毛細(xì)管7打到一個(gè)四分之一格林透鏡上,格林透鏡被固定在中空管5和有色平行管內(nèi),格林透鏡的作用是校準(zhǔn)并傳輸入射光,然后光打到偏光鏡上,偏光鏡被固定在

8、固定器/調(diào)整器里,通過(guò)的光產(chǎn)生了一個(gè)具有特定偏振態(tài)的任意光。 旋轉(zhuǎn)材料以特定的方向被旋轉(zhuǎn)材料載體和緊固銷固定在傳感器內(nèi)。旋轉(zhuǎn)材料中 空,其列陣與從偏光鏡13傳播出的光波面一致。在和之間是一個(gè)調(diào)整定位片,用于微調(diào)偏光鏡13。從偏光鏡13出射的光波通過(guò)定位片打到旋轉(zhuǎn)材料上,在磁場(chǎng)的作用下光波的偏振方向發(fā)生了一定的旋轉(zhuǎn),這個(gè)旋轉(zhuǎn)角度和磁場(chǎng)的強(qiáng)度成正比。 透過(guò)旋轉(zhuǎn)材料的光波打到定位片18上,固定在旋轉(zhuǎn)材料載體和固定器/調(diào)整器之間。固定器/調(diào)整器用來(lái)固定偏光鏡,偏光鏡和13的傳光軸在同一平面內(nèi),但偏了一個(gè)角度,偏光鏡的作用是把從旋轉(zhuǎn)材料19出來(lái)的旋 轉(zhuǎn)了一個(gè)角度的偏振光分出一個(gè)光強(qiáng)與磁場(chǎng)強(qiáng)度 有關(guān)的偏振

9、光。剩下部分就是和前面描述的對(duì)應(yīng)了。從光纖10和2出來(lái)的光被光電倍增管變成電信號(hào),最后電信號(hào)由電信號(hào)處理器進(jìn)行處理。2.4 磁光全光纖電流傳感器技術(shù)指標(biāo) (1)技術(shù)指標(biāo) 在60Hz正弦激勵(lì)作用下,光纖電流傳感器的小/大信號(hào)線性度的測(cè)試表明,傳感器對(duì)于小信號(hào)電流相應(yīng)的線性度非常好,對(duì)于大信號(hào)電流相應(yīng)是線性的,但是隨著電流幅值的增大至接近2kA時(shí),出現(xiàn)了磁滯現(xiàn)象,這僅與產(chǎn)生法拉第效應(yīng) 的材料有關(guān),不會(huì)限制傳感器的應(yīng)用。 磁光全光纖電流傳感器技術(shù)指標(biāo) 動(dòng)態(tài)范圍/dB60 頻率響應(yīng)/Hz標(biāo)準(zhǔn)520,更寬亦可 滿量程/A1)303000 隔離電壓/kV 高于11.3(峰峰值)絕對(duì)誤差(不含磁通量集中器)

10、小于0.6%滿量程敏感度分辨率高于0.01%滿量程重復(fù)性高于0.1%滿量程漂移 小于2%/1000h 溫度量程(無(wú)補(bǔ)償2)/ 1933(有補(bǔ)償 3) )/ -4070傳感器重量4) /g(不含磁通量集中器) 注：1)標(biāo)準(zhǔn)滿量程是3000A。最大量程可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用,通過(guò)切割法拉第水晶厚度以及位置來(lái)調(diào)整; 2)“無(wú)溫度補(bǔ)償”測(cè)量使用純的模擬信號(hào)處理系統(tǒng); 3)“有溫度補(bǔ)償”測(cè)量需要使用數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng); 4)重量不受被測(cè)電流或電壓的影響。 (2)全光纖電流傳感器的模式 全光纖電流傳感器有非往返式和往返式兩種模式。非往返式操作系統(tǒng)是光只從一個(gè)方向通過(guò)電流傳感元件,而往返式操作系統(tǒng)就是光從兩個(gè)相反的

11、方向同時(shí)通過(guò)電流傳感元件。非往返式光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)一般用在小信號(hào)處理和降低成本的場(chǎng)合;而往返式光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)一般用在大信號(hào)的處理或者用于避免震動(dòng)的場(chǎng)合。兩種模式下設(shè)備的 工作方式是相同的。 圖3給出3種光纖電流傳感器的往返式光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。 在圖3(a)中,半導(dǎo)體光源產(chǎn)生一個(gè)偏振光通過(guò)光纖電流轉(zhuǎn)換器,轉(zhuǎn)換器輸出的光強(qiáng)與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比,經(jīng)光電二極管把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào),送到模擬/數(shù)字電子設(shè)備進(jìn)行處理。圖3(b)中,多了一個(gè)偏振分光鏡和一個(gè)光電二極管,從轉(zhuǎn)換器出來(lái)的光經(jīng)過(guò)分光鏡后,分成了兩束相互正交的偏正光,經(jīng)兩個(gè)光電二極管,光信號(hào)變成電信號(hào),送到模擬/數(shù)字電子設(shè)備進(jìn)行處理。 非往返式系統(tǒng)1與非往返式系統(tǒng)

12、2相比有一個(gè)優(yōu)點(diǎn),如果入射光直接與輸入光纖相連,那就沒(méi)有必要用偏光鏡,偏振分光鏡已經(jīng)起到了偏光鏡的作用。 圖3(c)是另一種光纖電流傳感器的非往返式光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng),與圖3(b)不同的是多了一個(gè)半導(dǎo)體光源和一個(gè)光耦合器。兩個(gè)半導(dǎo)體光源交替產(chǎn)生的偏振光經(jīng)光耦合器以相同的路徑到達(dá)轉(zhuǎn)換器,從轉(zhuǎn)換器出來(lái)的光經(jīng)過(guò)分光鏡后,分成了兩束相互正交的偏正光,經(jīng)兩個(gè)光電二極管,光信號(hào)變成電信號(hào),送到模擬/數(shù)字電子設(shè)備進(jìn)行處理。與圖3(b)系統(tǒng)不同的是這個(gè)系統(tǒng)可同時(shí)測(cè)量光的與磁場(chǎng)大小成比例的旋轉(zhuǎn)角和溫度的變化。 圖4則是往返式光纖電流傳感器的光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng),與圖3(c)不同的是多了一個(gè)偏振分光鏡、兩個(gè)光電二極管以及兩個(gè)光

13、耦合器。它的原理與上面不同的是從耦合器出來(lái)的光分成相反的兩路,分別經(jīng)耦合器到達(dá)轉(zhuǎn)換器,然后再經(jīng)耦合器分別送至兩個(gè)偏振分光鏡。這個(gè)系統(tǒng)可以同時(shí)測(cè)量光的與磁場(chǎng)大小成比 例的旋轉(zhuǎn)角和溫度的變化,與非往返式的光電轉(zhuǎn)換系統(tǒng)相比,處理信號(hào)更加穩(wěn)定和準(zhǔn)確。3. 光纖電流感測(cè)系統(tǒng)的硬件組成圖1 基于虛擬儀器的光纖電流感測(cè)系統(tǒng)如圖1所示是整個(gè)硬件系統(tǒng)的方框圖。光纖電流感測(cè)系統(tǒng)輸出的光纖干涉信號(hào)經(jīng)過(guò)光電轉(zhuǎn)換電路變成電信號(hào)，再由數(shù)據(jù)采集卡收集信號(hào)數(shù)據(jù)傳輸?shù)教摂M儀器的軟件系統(tǒng)。3.1光纖電流感測(cè)基本原理1946年米切爾法拉第(MochaelFaraday) 發(fā)現(xiàn)當(dāng)一束線偏振光入射至磁性介質(zhì)后,偏振方向發(fā)生改變,并且會(huì)

14、由線偏振光變成橢圓光。它的偏振面發(fā)生了旋轉(zhuǎn)。這種特性稱謂法拉第效應(yīng),被廣泛應(yīng)用于光纖通訊領(lǐng)域,特別是用在阻止從耦合連接處產(chǎn)生的反射光線回到光源,改變光源的頻率、功率輸出等參數(shù)。 在本文光纖電流感測(cè)系統(tǒng)中，是利用法拉第（Faraday）效應(yīng)來(lái)感測(cè)電流所產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度。所謂法拉第效應(yīng)就是電磁波經(jīng)過(guò)一個(gè)磁場(chǎng)時(shí)，若磁場(chǎng)方向與光的傳播方向平行，電磁波會(huì)因?yàn)榇艌?chǎng)的影響，產(chǎn)生出射的線偏振光的偏振平面相對(duì)入射偏振光的偏振平面的旋轉(zhuǎn)，而且此偏振光的偏振平面的旋轉(zhuǎn)量與磁場(chǎng)強(qiáng)度和電磁波在磁場(chǎng)中行進(jìn)距離成正比。而磁場(chǎng)對(duì)電磁波的這種影響稱為法拉第效應(yīng)，這種影響是電磁場(chǎng)固有的特性，由物理學(xué)家法拉第發(fā)現(xiàn)，并由此命名。因此在

15、系統(tǒng)中，我們將光纖纏繞在待測(cè)電流上，使光纖與磁場(chǎng)方向互相平行，使有效的法拉第效應(yīng)最大，由于光也是電磁波，所以光在磁場(chǎng)中會(huì)受法拉第效應(yīng)影響產(chǎn)生相位旋轉(zhuǎn)，而根據(jù)旋轉(zhuǎn)的量，可以計(jì)算待測(cè)磁場(chǎng)的大小。在此系統(tǒng)中，是利用電流來(lái)產(chǎn)生磁場(chǎng)，傳播的線偏振光的偏振方向所發(fā)生的總的偏轉(zhuǎn)角為：（1）這里V為光纖的費(fèi)爾徳常數(shù)，l為受法拉第效應(yīng)影響的光纖長(zhǎng)度，而Hl為平行光纖行進(jìn)方向的磁場(chǎng)分量。根據(jù)安培定律以光纖環(huán)狀纏繞待測(cè)電流，公式（1）經(jīng)過(guò)環(huán)積分運(yùn)算為（2）N為光纖纏繞圈數(shù)，i為待測(cè)電流強(qiáng)度，因此F為光纖纏繞圈數(shù)與待測(cè)電流的函數(shù)。從上面分當(dāng)磁場(chǎng)H穿過(guò)傳感頭導(dǎo)體中的電流I產(chǎn)生,且光路圍繞載流導(dǎo)體閉合時(shí),利用安培環(huán)路定律

16、上式可改寫(xiě)為: =VNLI (2) 式中 NL圍繞載流導(dǎo)體閉合光路圈數(shù)。 可見(jiàn),只要測(cè)出偏振光旋轉(zhuǎn)的角度,即可計(jì)算出待測(cè)電流的大小。另外,利用適當(dāng)?shù)墓饴吩O(shè)計(jì)增加圍繞載流導(dǎo)體的光路圈數(shù)可提高傳感頭靈敏度。 光線偏振面的轉(zhuǎn)旋角與磁場(chǎng)強(qiáng)度成正比,磁場(chǎng)強(qiáng)度與電流和溫度成正比。測(cè)出通過(guò)磁場(chǎng)的光的偏振面的旋轉(zhuǎn)角,就可以計(jì)算出電流強(qiáng)度。 根據(jù)法拉第效應(yīng),把光學(xué)傳感器陣列放置在磁場(chǎng)中。通過(guò)監(jiān)測(cè)入射光偏振面的旋轉(zhuǎn)情況,得到磁場(chǎng)強(qiáng)度和電流。 用通信光纖、塊狀光學(xué)玻璃和磁光光纖都能產(chǎn)生法拉第效應(yīng)。分析可知，在閉合光路的條件下，通過(guò)光纖并環(huán)繞截流導(dǎo)線的線偏振光的偏振角的變化，與光纖所圍的電流成正比。3.2光纖電流感測(cè)

17、光路系統(tǒng)圖2 光纖電流感測(cè)光路系統(tǒng)光纖電流感測(cè)光路如圖2所示，由激光接上光隔離器、光消偏振器、光循環(huán)器、光偏振器、四分之一波長(zhǎng)板、法拉第旋轉(zhuǎn)器、感測(cè)頭、法拉第反射鏡組合而成。在激光輸出端，通常都會(huì)接上一個(gè)光隔離器，光隔離器是只允許光波單方向傳輸組件，常使用在光源后面，其功能是避免反射的光波回到激光的共振腔，而影響激光的正常操，甚至燒毀激光。激光輸出的光既不是純粹偏振光，也不是非偏振光，而是有殘余部分偏振狀態(tài)偏振光。由于這樣的偏振光偏振方向并不固定，因此直接通過(guò)光偏振器產(chǎn)生的線性偏振光能量也會(huì)隨著通過(guò)之偏振光與光偏振器之夾角而變化。為了要避免這種光能量因偏振光與光偏振器之角度變化產(chǎn)生光功率變化的

18、情況，在系統(tǒng)中使用消光偏振器來(lái)消除激光的偏振狀態(tài)，從而產(chǎn)生一個(gè)無(wú)偏振狀態(tài)的光源，對(duì)于各個(gè)方向都含有相同的能量，在經(jīng)過(guò)光路后光偏振器而產(chǎn)生穩(wěn)定之偏振光，從而使系統(tǒng)響應(yīng)信號(hào)的強(qiáng)度噪聲降低。光循環(huán)器是利用法拉第原理，使得光在光纖路徑上不會(huì)相互的耦合，具有單向傳輸?shù)奶匦裕⑶揖哂懈綦x器的功能。系統(tǒng)中的光偏振器的作用是產(chǎn)生線性偏振光，并且產(chǎn)生四十五度角分光，使兩道光在X方向與Y方向中行進(jìn)，并且在偏振保持光纖中X方向與Y方向具有相同光能量;而四分之一波長(zhǎng)板是將線性偏振光轉(zhuǎn)換成左旋圓偏振光與右旋偏振化光。對(duì)電流的感應(yīng)是在光纖感測(cè)頭部分，此系統(tǒng)中的感測(cè)頭為將光纖以相同距離纏繞電流上，這是希望光纖上每一點(diǎn)都對(duì)磁

19、場(chǎng)有相同的相位變化，而且每一點(diǎn)所產(chǎn)生的彎曲損耗也都相同。最后使用法拉第反射鏡，將光予以反射，法拉第反射鏡可以將光旋轉(zhuǎn)九十度，從而對(duì)于在不同路徑上行走的光，旋轉(zhuǎn)九十度而達(dá)到交換路徑，而達(dá)到補(bǔ)償溫度或是振動(dòng)造成的光纖折射率之緩慢變化。光經(jīng)過(guò)光隔離器，光解偏振器，光循環(huán)器，光偏振器，四分之一波長(zhǎng)板，感測(cè)頭，法拉第反射鏡之后在反向經(jīng)過(guò)光纖電流感測(cè)頭，四分之一波長(zhǎng)板，光偏振器，完成一個(gè)回路;在光偏振器的地方產(chǎn)生干涉，由光電轉(zhuǎn)換電路將干涉光轉(zhuǎn)成電信號(hào)之后，在進(jìn)行信號(hào)分析。4. 光纖電流感測(cè)虛擬軟件系統(tǒng)本光纖電流感測(cè)系統(tǒng)的虛擬軟件采用NI公司的LabVIEW開(kāi)發(fā)平臺(tái)，用圖形化語(yǔ)言，根據(jù)需要編寫(xiě)相關(guān)的驅(qū)動(dòng)程序

20、使其于計(jì)算機(jī)通信，然后將相關(guān)的圖形或圖標(biāo)進(jìn)行連接，選擇合理的方法及參數(shù)就可以構(gòu)成一種新的虛擬儀器。軟件系統(tǒng)具有良好的人機(jī)界面，操作簡(jiǎn)單方便。LabVIEW是一種基于圖形編程語(yǔ)言（G語(yǔ)言）的開(kāi)發(fā)環(huán)境。它與C、Pascal、Basic等傳統(tǒng)編程語(yǔ)言有著諸多相似之處如，相似的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)流控制結(jié)構(gòu)、程序調(diào)試工具，以及層次化、模塊化的編程特點(diǎn)等。但二者最大的區(qū)別在于：傳統(tǒng)編程語(yǔ)言用文本語(yǔ)言編程;而LabVIEW使用圖形語(yǔ)言（即，各種圖標(biāo)、圖形符號(hào)、連線等）以框圖的形式編寫(xiě)程序。用LabVIEW編程無(wú)需具備太多編程經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)長(zhǎng)abVIEW使用的都是測(cè)試工程師們熟悉的術(shù)語(yǔ)和圖標(biāo)，如各種旋鈕、開(kāi)關(guān)、波形圖

21、等，界面非常直觀形象，因此LabVIEW對(duì)于沒(méi)有豐富編程經(jīng)驗(yàn)的測(cè)試工程師們來(lái)說(shuō)無(wú)疑是個(gè)極好的選擇。4.1虛擬軟件系統(tǒng)功能本虛擬軟件將有關(guān)測(cè)試功能集成在一個(gè)面板上，這里著重介紹LabVIEW的框圖程序設(shè)計(jì)?？驁D程序是虛擬儀器的核心部分，虛擬示波器儀器主要由它來(lái)完成數(shù)據(jù)的采集、處理和顯示。本系統(tǒng)框圖程序主要包括數(shù)據(jù)采集、波形顯示、參數(shù)測(cè)量、頻譜分析和波形存儲(chǔ)及回放等5大功能模塊，如圖3示。圖3 光纖電流虛擬軟件測(cè)量系統(tǒng)4.1.1 數(shù)據(jù)采集模塊LabVIEW完整地集成了與GPIB、VXI、RS-232、RS-485和內(nèi)插式數(shù)據(jù)采集卡等硬件的通信內(nèi)置程序庫(kù)，提供了大量的連接機(jī)制，通過(guò) DLLs、共享庫(kù)

22、、OLE等途徑實(shí)現(xiàn)與外部程序代碼或軟件系統(tǒng)的連接。本系統(tǒng)直接調(diào)用LabVIEW的端口操作圖標(biāo)InPortvi和 OutPort.vi進(jìn)行編程。 這兩個(gè)函數(shù)存放在功能模塊的Advanced子模板的下一級(jí)模板Memor模板中，分別完成從設(shè)備的物理地址直接讀取和輸出數(shù)據(jù)的功能。只要清楚數(shù)據(jù)采集卡每個(gè)信道的物理地址，通過(guò)對(duì)InPort.vi和OutPort.vi的端口參數(shù)設(shè)置，可以很方便地實(shí)現(xiàn) LabVIEW驅(qū)動(dòng)控制數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。這里我們采用PCI21200數(shù)據(jù)采集卡。該模塊采樣頻率可以在1Hz到250MHz之間調(diào)節(jié)，時(shí)基即水平方向每格代表的時(shí)間可以在每格4ns （4ns/Division）

23、 到每格20000s （20000s / Division）之間變化。4.1.2 波形顯示模塊軟件提供了波形顯示方式是通過(guò)顯示通道選擇按鈕“A”和“B”，可以任意顯示某一通道或兩通道輸入信號(hào)一起顯示的波形。4.1.3 參數(shù)測(cè)量模塊參數(shù)測(cè)量模塊包括電流、電壓參數(shù)和頻率、周期等時(shí)間參數(shù)的測(cè)量并顯示其測(cè)量結(jié)果。4.1.4 頻譜分析模塊頻譜分析模塊采用快速FFT算法，完成頻域信號(hào)分析。頻譜分析功能：（1）提供了9種加窗的分析窗口;（2）完成了被測(cè)信號(hào)的幅值譜分析和功率譜分析。4.1.5 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊主面板“儲(chǔ)存”與“讀取”按鍵，能將有關(guān)數(shù)據(jù)儲(chǔ)存到軟盤(pán)或硬盤(pán);或者從軟盤(pán)或硬盤(pán)上讀取的數(shù)據(jù)，自動(dòng)顯示波形并保留在顯示窗口。4.2 電流比差實(shí)驗(yàn)結(jié)果在系統(tǒng)中，我們?cè)O(shè)計(jì)光纖部分電流測(cè)試的額定電流為500A，額定電壓為50kV，用該虛擬儀器系統(tǒng)對(duì)光纖感應(yīng)電流進(jìn)行測(cè)量。用變壓器模擬大電流，通過(guò)虛擬儀器進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到的比差數(shù)據(jù)見(jiàn)表1：表1 比差試驗(yàn)數(shù)據(jù)從比差實(shí)驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，測(cè)試精度較高，能夠滿足