一种基于虚拟仪器的光纤电流感测系统的设计

3. 光纤电流感测虚拟软件系统

本光纤电流感测系统的虚拟软件采用NI公司的LabVIEW开发平台，用图形化语言，根据需要编写相关的驱动程序使其于计算机通信，然后将相关的图形或图标进行连接，选择合理的方法及参数就可以构成一种新的虚拟仪器。软件系统具有良好的人机界面，操作简单方便。

LabVIEW是一种基于图形编程语言（G语言）的开发环境。它与C、Pascal、Basic等传统编程语言有着诸多相似之处如，相似的数据类型、数据流控制结构、程序调试工具，以及层次化、模块化的编程特点等。但二者最大的区别在于：传统编程语言用文本语言编程;而LabVIEW使用图形语言（即，各种图标、图形符号、连线等）以框图的形式编写程序。用LabVIEW编程无需具备太多编程经验，因为LabVIEW使用的都是测试工程师们熟悉的术语和图标，如各种旋钮、开关、波形图等，界面非常直观形象，因此LabVIEW对于没有丰富编程经验的测试工程师们来说无疑是个极好的选择。

3.1 虚拟软件系统功能

本虚拟软件将有关测试功能集成在一个面板上，这里着重介绍LabVIEW的框图程序设计。框图程序是虚拟仪器的核心部分，虚拟示波器仪器主要由它来完成数据的采集、处理和显示。本系统框图程序主要包括数据采集、波形显示、参数测量、频谱分析和波形存储及回放等5大功能模块，如图3示。

                                                   图3 光纤电流虚拟软件测量系统

3.1.1 数据采集模块

LabVIEW完整地集成了与GPIB、VXI、RS-232、RS-485和内插式数据采集卡等硬件的通信内置程序库，提供了大量的连接机制，通过 DLLs、共享库、OLE等途径实现与外部程序代码或软件系统的连接。本系统直接调用LabVIEW的端口操作图标InPortvi和 OutPort.vi进行编程。 这两个函数存放在功能模块的Advanced子模板的下一级模板Memor模板中，分别完成从设备的物理地址直接读取和输出数据的功能。只要清楚数据采集卡每个信道的物理地址，通过对InPort.vi和OutPort.vi的端口参数设置，可以很方便地实现 LabVIEW驱动控制数据采集卡进行数据采集。这里我们采用PCI21200数据采集卡。该模块采样频率可以在1Hz到250MHz之间调节，时基即水平方向每格代表的时间可以在每格4ns （4ns/Division） 到每格20000s （20000s / Division）之间变化。

3.1.2 波形显示模块

软件提供了波形显示方式是通过显示通道选择按钮“A”和“B”，可以任意显示某一通道或两通道输入信号一起显示的波形。

3.1.3 参数测量模块

参数测量模块包括电流、电压参数和频率、周期等时间参数的测量并显示其测量结果。

3.1.4 频谱分析模块

频谱分析模块采用快速FFT算法，完成频域信号分析。频谱分析功能：（1）提供了9种加窗的分析窗口;（2）完成了被测信号的幅值谱分析和功率谱分析。

3.1.5 数据存储模块

主面板“储存”与“读取”按键，能将有关数据储存到软盘或硬盘;或者从软盘或硬盘上读取的数据，自动显示波形并保留在显示窗口。

3.2 电流比差实验结果

在系统中，我们设计光纤部分电流测试的额定电流为500A，额定电压为50kV，用该虚拟仪器系统对光纤感应电流进行测量。用变压器模拟大电流，通过虚拟仪器进行数据处理，得到的比差数据见表1：

表1 比差试验数据

从比差实验结果来看，测试精度较高，能够满足实际要求。

4. 结束语

本文工作创新之处在于：

1.功能扩充。本光纤电流虚拟软件测试系统比传统的校验仪在功能上大大扩充了，这不仅给使用带来方便，而且从总体性能上也得到提高。可以通过具有储存示波器功能的波形显示得到直观、实时显示测量信号的参数和波形，可对测量数据进行分析、存储等处理，这是传统校验仪不能做到的。

2.可靠性高，运行稳定。大电流感测需要长期在室外运行，环境恶劣，信号处理部分的电子电路易受电磁干扰，而且还要受到温度的影响，所以运行不稳定。本光纤式电流感测系统具有绝缘结构简单、体积小、重量轻、无铁磁饱和、可行性高、灵敏度高、测量范围大、频带宽。引入虚拟仪器技术后，光纤产生的电流信号处理部分由LabVIEW软件程序完成，可靠性高，运行稳定。

3.灵活的开放性。根据用户的要求，可以随时修改 VI 程序，显示不同点的测量值，修改前面板的样式，调整程序的功能等。本VI程序可以作为一个子 VI被其他VI调用，与其他部分共同组成一个更复杂的VI程序，实现更加完善的测量功能。LabVIEW软件还能与matlab、C语言接口，通过 matlab和C语言程序加强数值分析处理能力。

光纤式电流感测技术是现代电流测量研究的热点，具有广泛的发展前景。在信息化要求不断提高的今天，将虚拟仪器应用到电流感测中是感测技术发展的趋势。