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(qiáng)的缺點(diǎn)，利用GPIB卡組建由ZL5型智能LCR測試儀與計(jì)算機(jī)構(gòu)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(yīng)用于氧化鈦基薄膜的濕敏特性研究實(shí)驗(yàn)，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(guān)鍵詞：濕敏元件；LabVIEW；電阻特性；復(fù)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(dòng)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(xué)特性、感濕機(jī)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(dǎo)地位，這種手動(dòng)測試方法因?yàn)槠錅y試精度差、測試速度慢、數(shù)據(jù)處理過程復(fù)雜、繁瑣等缺點(diǎn)，不利于濕敏元件的分析與改進(jìn)。通過GPIB接口卡將程控設(shè)備與計(jì)算機(jī)連接起來，基于虛擬儀器技術(shù)組建多功能的濕度傳感器自動(dòng)測試系統(tǒng)。由于采用了虛擬儀器技術(shù)，用戶可以在計(jì)算機(jī)的虛擬面板上進(jìn)行所有操作，具有使用方便、功能強(qiáng)及性能可擴(kuò)展等優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)儀器相比在數(shù)據(jù)處理、人機(jī)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(zhǔn)確的測試與分析。

1 系統(tǒng)基本原理與框架設(shè)計(jì)
由GPIB接口卡連接ZL5型智能LCR測試儀與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要包括計(jì)算機(jī)、測量電路、接口總線和濕敏元件等幾部分。其構(gòu)成特點(diǎn)是自動(dòng)測試系統(tǒng)各組成部分均配有標(biāo)準(zhǔn)化的接口功能電路，并都與統(tǒng)一的總線相連。計(jì)算機(jī)(系統(tǒng)的中央控制器)控制對濕敏元件進(jìn)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(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對若干不同的測試任務(wù)進(jìn)行控制成為可能。通信與數(shù)據(jù)采集是實(shí)現(xiàn)濕度傳感器自動(dòng)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(shè)置模塊和數(shù)據(jù)采集模塊?？偩€初始化模塊包括設(shè)備地址、控制器、電橋等串口參數(shù)設(shè)置。參數(shù)設(shè)置模塊用于設(shè)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(shí)、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?jì)算機(jī)，并存儲到臨時(shí)數(shù)據(jù)庫中。

2 圖形分析程序設(shè)計(jì)
基于圖形化編程環(huán)境LabVIEW開發(fā)系統(tǒng)軟件程序，進(jìn)行儀器控制和數(shù)據(jù)采集；采集濕度濕敏元件的電學(xué)參數(shù)，并對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析與處理。采用模塊化設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)了濕敏特性模塊、復(fù)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(guān)系曲線，以及復(fù)阻抗特性曲線；進(jìn)而進(jìn)一步分析濕敏元件的性能及其感濕機(jī)理。LabVIEW 用一個(gè)圖形編輯器來產(chǎn)生最優(yōu)化編輯代碼，利用應(yīng)用程序生成器，用戶能夠產(chǎn)生虛擬儀器，就象執(zhí)行獨(dú)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(shí)時(shí)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(shè)計(jì)可根據(jù)測試頻率和濕度條件分別繪出電阻、復(fù)阻抗與頻率和濕度的關(guān)系特性曲線。
(1)對實(shí)時(shí)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(jìn)行實(shí)時(shí)采集，測量文件存儲的是實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。測試條件以數(shù)組形式輸入，并以動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)送入xy圖，根據(jù)xy圖屬性設(shè)置，可以設(shè)置橫縱坐標(biāo)以及外觀顏色字體。如圖1、圖2所示。