基於虛擬儀器的電磁輻射自動監測系統
劉浩，朱躍生（西安電子科技大學機電工程學院，陝西西安710071）
1．前吾
近年來隨著科學技術和經濟的不斷發展，各種電器設備的廣泛套用，電磁輻射作為一個重要的干擾和污染因素已越來越引起人們的高度重視，研究表明電磁輻射不但對人們的生產活動產生影響而且嚴重地危害了人們的健康。為了有效地防治電磁輻射帶來的危害，促進生產生活的正常進行，就必須對可能產生電磁污染一些主要的上作崗位、生產生活場所進行電磁輻射監測，以便能即時了解這些場所的污染情況並作出及時處理，為查找輻射污染源，提出防止輻射污染的有效措施提供較為可靠的事實依據。
由於電磁輻射監測多為長時間的實時監測，所以要求監測系統具有靈活可靠、開發周期短易維護、更重要的是測試的實時性高，且擁有強大的資料庫功能以便對測試數據的處理。基於此我們開發了一套基於虛擬儀器的電磁輻射自動監測系統，與傳統電磁環境監測儀器相比，該系統在智慧型化、靈活性、可拓展性、性價比、實用性等方面具有明顯的優勢。
2．電磁輻射自動監測系統的組成及其功能
電磁輻射自動監測系統通過可轉換的天線組和監測接收機能夠在控制中心對監測區域內的O一3GHz頻段進行無線電信號的識別、監聽、測量和相關數據處理。本監測系統的主要作用就是對監測信號快速、準確、實時地進行搜尋、測量、統計、分析、定位，按照監測人員預先設定，實時給出所測電磁輻射情況的監測報告。同時，通過對無線電台站進行實時監測，還能為無線電頻率的科學規劃和指配提供可靠的技術依據。
電磁輻射自動監測系統是由一套覆蓋O一3GHz的天線組通過程控天線轉換裝置與測控計算機以及ESMB接收機等連線在一起的測試系統。本系統的硬體主要包括：測控計算機，GPIB接口卡及連線電纜、。RS-232網卡及網線、RS-232＼GPIB轉換器、ESMB接收機、測試天線、天線切換器、印表機等組成。
其結構圖1所示。
2．1測量接收機
ESMB是監測與測試接收機，可廣泛地套用於符合ITU-R建議的無線電監測、無線電調研和信號偵測任務。ESMB設計緊湊、機體堅固、重量輕，是固定站和移動站的通用設備。
(1)頻率和頻偏的測量
(2)場強的測量
(3)調製度的測量
(4)頻譜占用度的測量
(5)頻寬的測量
(6)解調、監聽發射機的音頻信號(CW，AM，SSB和FM)；
(7)信號識別
2．2測試天線
由於所要測量的頻率範圍為Hz至3GHz，本設計採用了不同型號的四種天線，其測量範圍分別為，環天線100Hz～30MHz，雙錐天線20-300MHz，對數周期天線200MHz～1．3GHz和喇叭天線1．3GHz一3GHz，可以覆蓋整個測試頻段。
2．3天線切換裝置
在電磁輻射監測過程中，由於系統要實現對Hz至3GHz全頻段不斷掃描，因此測量天線和EMI接收機之間接入需用GPIB控制的天線切換裝置對接收天線的輸入信號進行自動切換。在選擇天線切換裝置時，要考慮天線切換裝置所適用的頻率範圍和裝置所能，承受的功率。另外在接收天線和天線切換裝置之間添加一個適當增益的放大器以避免輻射電平在連線線纜中因衰減過大而淹沒在噪聲電平造成測量的誤差。
2．4控制匯流排
匯流排技術是實現自動測試的關鍵。目前較常用的匯流排形式有GPIB匯流排，VXI匯流排，PXI，以及目前發展迅速的lxi匯流排，其中GPIB匯流排接口是目前最常用、最成熟的智慧型儀器的接口，其結構和命令都較簡單，適合於精度要求高，但對傳輸速率要求不高的場合，因此在控制匯流排設計上採用GPIB匯流排結構組建監測系統。
2．5測控計算機
在本監測系統中測控計算機起著主導作用，它一方面通過GPIB匯流排控制測試的整體進程，控制測量設備按監測人員設定的步驟運行，另一方面對測試結果進行存儲和處理，並將其顯示在軟體的揲作界面上。
3．電磁輻射自動監測系統的軟體
電磁輻射自動監測系統的軟體基丁VB的程式開發語言進行設計，軟什總體分為監測界面模組、電磁輻射數據存儲、數據處理、儀器驅動四大模組。軟體的流程圖如下圖2所示：
3．1監測界面模組
本監測系統的界而模組主要由VB編輯設計，其要有讓監測人員選定監測頻段、極限值等監測參數的功能，開具備簡單的圖形顯示和數據處理，最後還要有查看分析監測數據以及預覽和列印檢測報告等功能。在圖形顯示方面我們選用NI公司的用於虛擬儀器設計的XYGraph控制項(如下圖示)，此控制項能出色的完成數據圖形特別是波形的顯示和操作。
3．2設備驅動模組
設備驅動模組以面向對象的Visua1Basic作為程式設計語言，利用Windows的DLL(動態程式庫)技術，通過不同的IEEE488接口功能調用，實現對接收機和天線切換裝置的控制。本系統所用N1488．2提供的支持VB的動態連線庫函式為gpib－32．d11，然後在VB輻射下將gpib－32．dll庫裝入應用程式。
支持VB程式語言的常見功能函式有：
ibfind：查找gpib卡ibdev：查找連線在gpib卡
上的設備
ibsta：查詢狀態字，主要用來察看錯誤信息。
ibclr：設備清零
ibwrt：向設備中寫入字元串，來控制儀表動作
ibrd：從設備中讀出字元串，一般用來獲取儀表讀數
在VB下使用DLL函式時，首先要在全局模組(擴展名為BAS)中用Declare語句聲明要使用的函，其次還要熟悉被控設備的程控指令，在編寫控制代碼時需要將程控指令寫成字元形式。以下為示例程式
Ca11ibdev(0，3一設備地址，0，13，l，0，dev一變數)打開儀表設備
Callibc1r(dev)’設備清零
str=＂CF14MHz＂。被控設備的程控指令
Ca11ibwrt(dev，str)’向儀表設備中寫命令
Ca11ibrd(dev，str)’從儀表設備中讀數
在設計設備驅動模組時還須注意，對測量接收機與天線轉化裝置的控制以GPIB地址區分開來，儘量做到同步進行，對測量接收機採集數據的讀取要放到最後進行，以保證數據的準確性。
3．3數據處理模組
根據測量天線、測試電纜在不同頻率的不同表現以及放大器的增益，在系統軟體的測試數據處理過程中應根據實際情況對接收機讀數進行處理，實際電磁輻射的功率為各項疊加之和，為；
S=R—Ga+Lc十AF
其中S為實際接收到的電磁輻射的功率dBm，R為接收機讀數dBm，Ga為放大器增益dB，Lc為測試線纜損耗dB，AF為天線因子m-1。
在進行電磁輻射監測時，檢測到的數據經過處理得出實際電磁輻射數據，先將此數據與資料庫中預先存儲的極限值數據相對比，如果所測數據超過極限值，軟體自動啟動報警程式。熱後將此數據中某一頻點輻射數據與資料庫中的對應的背景數據對比，若屬於背景信號，則自動比較下一頻點，若屬於新信號則查找新信號庫中是否有這一頻點信息，有則在記錄中更新此信號掃描信息，如沒有則生成新的信號記錄。
3．4資料庫模組
電磁輻射的實時監測將會產生大量的監測數據，對監測數據的最終處理直接影響到最終的監測效果。同時在設計上考慮到系統遠程監測的拓展功能，即用戶通過客戶端遠程訪問監測資料庫系統來實現，這些在監測資料庫模組都應給予充分考慮。
測試系統使用Acess2000的*．mdb檔案形式來存儲數據。監測程式使用VB的ADO技術對資料庫進行訪問，ADO的中文含義是ActiveX數據對象，是以ACTIVEx技術為基礎的數據存取方法#集中了RDO和ADO的優點，是專門為開發Client／server應用程式而設計的．它使得客戶端應用程式能夠通過任何OLEDB提供者來訪問和運算元據庫伺服器中的數據。與OLE資料庫提供的底層訪問方法相比ADO提供了更為高級的訪問機制。還由於ADO是基於組件對象模型COM的訪問技術．所以用ADO產生的應用程式占用記憶體少，因此，是目前數據存取的主要發展方向．
PubliCrSASNewADODB．Recordset1定義rs為Recordset對象
PubliccnASNewADODR．Connection’一定義cn為Connection對象
cn．ConnectionString=”provider=microsoft.jet．01edb．4.0；Per_siStsecuritYinfo=false；datasource=“主表路徑”’建立數據連線
Cn．Open’建立數據
SQL=＂Select*from主表名＂
rs．CursorLocation=adUseClient’定義訪問類型
rs．OpenSQL，cn，adOpenKeyset，adLOCkPessimistiC’打開數據表
rs．movefirSt
rs．AddNEW’添加一條記錄
rs．Fie1dS(“欄位名”)=value’給當前記錄的欄位賦值
rs．Updata’記錄更新
注意到在對監測數據的處理中還將涉及到數據查詢功能，因此在資料庫的操作中需要用到SQL語言中的查詢以及模糊查詢如：”select*from主表名where欄位=查詢值(或欄位like查詢值)”。
4．總結
本電磁輻射自動監測系統，經過軟、硬體系統開發和集成，使用動態連線庫實現了對儀器的摔制，實際測試結果達到設計要求；軟體操作簡便，簡化了測試人員的工作程式，降低了工作強度；運用此系統可以建立電磁輻射監測資料庫，有利於存儲、查詢和處理；本測試系統基於VB語言的開發以及模組化的設計思路，更便丁日後的系統維護。隨著電磁輻射的不斷惡化以及人們對電磁輻射的要求不斷提高，本測試系統將在以後實踐中擁有更廣泛的套用和發展前景。
