基于高速虚拟示波器的脉冲磁场自动测量系统软件的设计

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1、万方数据第31卷第11期2011年11月核电子学与探测技术NuclearElectronics＆DetectionTechnologyV01．31No．11Nov．2011基于高速虚拟示波器的脉冲磁场自动测量系统软件的设计孙宇翔，尚雷，李骥，葛磊(中国科学技术大学国家同步辐射实验室，合肥230029)摘要：介绍了基于高速虚拟示波器的脉冲磁场测量系统软件的设计方法，该设计较以前有了很大的改进，高速虚拟示波器首次应用于该领域。设计中实现了全自动数据采集，处理分析及保存。自动化取点减轻了测量的工作量，使用精密运动台增强了定位的精度。使用L丑bVIEw通过调用动态链接库，得到虚拟示

2、波器采集到的信号数据，并设计了触发、幅值调节、采样率设置等功能常见示波器功能。软件采用了一维样条差值弥补了硬件采样率较低的缺陷，采用带阻滤波器大大降低了信号的噪声。软件自动测控的核心是步进电机运动控制和数据采集状态机，可以无人值守完成数据的采集、处理、存储。使用NI—IMAQd】【软件和数据库连接工具包分别实现了实验环境的视频监控和与MySQL数据库连接。对原始采集信号及经过信号处理后的波形做了对比，使用信号处理方法使原始波形得到了极大的改善。关键词：脉冲磁场；高速虚拟示波器；LabV皿w；DLL；状态机；样条差值；MysQL中图分类号：1’L503．5，TN78文献标识码

3、：A文章编号：0258驷34(2011)11—1259JD6脉冲磁铁是一种特殊的磁铁，能够对入射束流进行快速的偏转，它由微秒级的脉冲电流励磁，在加速器注人系统中起到重要的作用[1]。国家同步辐射实验室经过长期的运行和研究，发现当前的注人系统将会成为未来储存环性能提高的障碍，电流板型脉冲切割磁铁在束流轨道上的漏磁场较强，注入过程中给注入束流和储存束流带来较大的扰动；而冲击磁铁设计最高磁场强度不高，限制了注入束流能量的提高。因此在注入系统改造中，需要重新研制这两种脉冲磁铁，同时建立一套脉冲磁场自动测量系统。国家同步辐射实验室以前的脉冲磁场测量收稿日期：2011—08—27基金项

4、目：中国科学院大科学装置合肥光源重大改造项目资助。作者简介：孙宇翔(1986一)，男，安徽蚌埠人，中国科学技术大学硕士研究生，研究方向：数据采集，虚拟仪器，脉冲功率。系统¨o采用手动测量，工作量大，精度低，并且使用普通示波器，垂直分辨率有限，达不到o．5％的磁场幅值的测量精度。在本设计中，使用精度高的Pico高速虚拟示波器，该示波器可由用户最大限度的编程，极大地方便了用户的使用。使用LabVIEw作为软件开发环境，其简单易用的图形化编程语言以及丰富的内置驱动加快了系统的开发。经过测试，使用LabVIEw开发的基于高速虚拟示波器的测量软件能够很好的运行拉j，数据达到了预期的效

5、果。1脉冲磁场测量系统结构脉冲磁场测量系统按功能分为以下部分：励磁脉冲电源、磁铁、传感器、精密运动平移台、运动控制器、Pico虚拟示波器和LabVIEW。图1所示为脉冲磁场自动测量系统结构框图。产生脉冲磁场的脉冲磁铁配有高精度脉冲电源。脉冲电源采用负载串联谐振方式，主电路可分为充电回路和放电回路。充电回路包括充电电源、充电保护电路和连接电缆。放电回1259万方数据路包括储能电容器组、放电开关、脉冲成形电路、负载、连接件及保护电路等。图1脉冲磁场自动测量系统结构框图测磁传感器为匝数为5，直径为6．45m的漆包线线圈。利用法拉第电磁感应原理可求出磁感应强度”J。虚拟示波器的分辨

6、率为12位，最高采样率为∞MH2，即最小采样点间隔为12．5ns。虚拟示波器通过usB接口与工控机通信，【丑bV皿w通过调用DLL文件得到虚拟示波器采集到的数据。运动控制器通过Rs232接口与工控机通信，【^bVIEw与运动控制器之动状态的反馈。2使用LabⅧw【．1进行软件开发2．1软件基本结构脉冲磁场测量系统软件界面由1个主界面模块，3个子界面模块，4个菜单及1个独立运动控制软件构成，各程序模块之问通过全局变量进行通信。总共由40多个子VI以及配置参数文件、自定义控件等构成。基本层次结构如问通过指令传输实现步进电机运动的控制和运图2所示。图2软件结构图软件主界面分别放置

7、了4个按钮：Ac．qllire，Analy舱，About，Exit。其中Acquire，Ana-ly∞，About按下后分别调用其相应的子程序。子程序的调用采用了子面板技术。在有限的前面板空间内分时放置不同的子模块。按下Edt将关闭前面板并退出程序。如图3所示，为软件各主要界面。2．2基于生产者与消费者循环的子面板技术生产者与消费者循环‘“是LabVIEw程序设计的重要架构之一，它实现了多个任务并行执行。和基于队列的循环间数据传输。它的提1260图3软件各主要界面出满足了编程中同时执行的两个过程不会相互万方数据影响