基于LabVIEW与TPG25xA的压强测量系统(1)

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)国防科学技术大学光电科学与工程学院光电工程系 作者:汪文林

  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

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