基于LabVIEW的电滞回线测试系统的开发

　　1　引　　言

　　铁电材料是一种广泛应用的信息功能材料,其客观的性能参数主要是通过电滞回线来确定的,即对材料施加交变电场时,产生的自发极化强度与外加电场之间的关系。传统的电滞回线的测试方法主要是利用的商业化仪器(如:铁电仪、示波器等)来实现的,但是仪器的功能的固定不变给使用者带来许多不便。

　　虚拟仪器概念最早是由美国国家仪器公司(National Instruments Corp, NI)于1986年提出的,是指由计算机操纵的模块化仪器系统。在虚拟仪器系统中,利用I/O接口设备获取信号;用功能强大的计算机及其显示器替代由传统仪器硬件实现的数据分析处理与显示。利用虚拟仪器编程环境,用户可以根据需要自行设计软件来定义或扩展测量仪器的功能,虚拟仪器开创了仪器使用者可以成为仪器设计者的时代。文中简要介绍了电滞回线测试系统的数据接口、数据处理、数据库链接以及多种语言联合作业的方法,通过介绍该系统的数据接口、数据处理、数据库链接以及多种语言联合作业的方法,提出了一种新的电滞回线测量方案,并获得了初步的实验结果。

　　2　电滞回线测试系统的构成

　　电滞回线的测量系统是由软件和硬件两个部分组成,硬件部分是利用电阻补偿电路测量电信号并通过A/D将电信号转化为数字信号;软件部分是通过编写的程序将数字信号进行分析、处理和显示。

　　2.1　测试电路及其原理

　　Sawyer-Tower电路[1]是目前广为应用的电滞回线测试电路,这种电路将铁电材料假设成一个与自发极化反转有关的非线性等效电容。但在通常情况下铁电材料还具有漏电导和线性感应电容,如果要获得材料的本征电滞回线,必须在测量过程中对这两者进行适当的补偿。根据所使用的材料,这里选用电阻补偿法来测量电滞回线[2]。电阻补偿法所用的等值电路如图1所示,其中虚框部分是铁电材料的等效电路,Cxi为线性感应等效电容,Rx为铁电材料的漏电导及损耗等效电阻,Cxs为与自发极化反转相对应的非线性等效电容。为了有效消除Cxi和Rx对电滞回线的影响,该电路有两点要求:(1)标准电容器的容量C0 Cx,这样外加电压几乎全加在示波器X轴上,而电容C0两端的电压加在示波器Y轴上;(2)C0R0=CxRx,这时由于电导和电感极化损耗造成的相移消失。故采用电阻补偿法只要选用适当的C0、R0就可以得到满意的电滞回线。虚框中为铁电材料的等效电路

　　2.2　数据接口设计

　　美国NI公司推出的LabVIEW是一种基于C语言的图形化优秀的开发平台,它是把繁琐、复杂、费时的代码编写输入,简化成使用菜单式图标提示的方法来选择功能,并用线把功能连接起来的简单图形编程方式[3]。因此它提供了一种很好的编程环境,但是在国内应用的并不多。其中主要的原因就是与LabVIEW配套使用的ATE系列的数据采集卡价格昂贵,而一般的数据采集卡,LabVIEW提供的DAQ模块又不能使用,这就使得所编写的程序无法识别到数据采集卡。为了解决这个问题,国内学者针对不同的采集要求提出了各种方法,如应用LabVIEW提供的简单数据输入输出函数、利用LabVIEW的动态链接库机制等[4 6]。