NI PXI仪器的近场辐射测试

引言和挑战

NI PXI平台为验证和生产测试中的高性能混合测量系统提供了强大紧凑的解决方案。PXI的独特之处在于能够在一个小型机箱中执行多种类型的测量。但是，这种优势并非十全十美：模块间可能存在干扰。

​电磁干扰(EMI)主要源于相邻PXI模块中的电感器、变压器等组件产生的磁场。电源通常通过这些组件释放最强的磁场。20世纪90年代末，PXI技术刚刚问世，此类干扰微乎其微。但随着新仪器的灵敏度不断提高，开关电源承载电流持续增大，干扰问题也日益凸显。

​本研究旨在开发一种可靠的自动化方法，用于测量并减轻PXI模块之间的EMI，这对于保障仪器性能和可靠性至关重要。

​现有解决方案

​以往测量磁场的方法存在不一致性问题。内部采用的解决方案依赖探针和频谱分析仪，配合纸板模板等临时装置绘制辐射图。这些方法主观性强、缺乏标准化、操作繁琐，导致测量结果可靠性较低。

​虽然现有的商用扫描仪可以测绘磁场，但存在两大局限性：

• ​单维测量－此类扫描仪仅能测量单一维度的磁场，无法完整捕捉三维磁场特征。
• ​环境不准确－无法在模块实际工作的机箱环境中扫描板卡，而这一环境条件对准确测量至关重要。

​解决方案开发

​NI工程师Ed Loewenstein和Tim Keil开发了一款自定义扫描仪，通过3台步进电机、NI PXI仪器和LabVIEW，实现了近场辐射测量的自动化。该扫描仪严格满足以下技术要求：

• ​三维测量－与商用扫描仪不同，该解决方案可通过在三维空间内调整探针方向，完整捕捉磁场。
• ​在设备原生环境中运行－扫描仪可在机箱中运行，同时测量PXI模块的辐射，确保数据的准确性与实际相关性。
• ​自动数据采集－扫描仪通过自动化流程控制，确保测量操作和数据采集的一致性。

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图1：PXI机箱内的近场辐射探针。

​该团队采用以下NI硬件和软件工具构建并运行该扫描仪：

• ​NI PXIe-4139电源－PXIe-4139是一款高精度系统源测量单元(SMU)，不仅为电机供电，还能额外提供诊断信息。通过监控电流和电压，确保系统安全运行，避免设备损坏。
• ​NI PXIe-5170示波器－PXI-5170R是一款专为精确信号采集而设计的高速数字化仪。其核心优势在于它能够准确高效地获取探针检测的频谱数据。凭借高带宽和实时处理能力，为创建详细的辐射热图提供了关键支持。
• ​NI  LabVIEW－LabVIEW是用于控制整个系统的图形化编程环境。LabVIEW在整个测试流程自动化方面发挥了重要作用－控制电源和步进电机、读取各类传感器、从数字化仪采集数据以及记录和显示测试结果。
• ​NI Vision Development模块－Vision Development模块与LabVIEW共同用于开发需要图像处理的应用程序。该模块支持团队动态切分数据并实时可视化辐射数据，显著加快流程处理，简化测试结果解读。

​图2：近场辐射项目的LabVIEW用户界面。

​结果和结论

该创新方案建立了一套标准化、自动化且可靠的近场辐射评估方法，让工程师能够快速检测和解决EMI问题，显著提升模块的性能和兼容性。更重要的是，该解决方案培养了持续改进的研发文化，激励工程师根据扫描仪的反馈数据不断迭代测试并优化设计方案。

​此项近场辐射测试方法的开发不仅解决了关键的内部技术挑战，更充分展现了我们产品的强大功能和灵活性。

​工程师简介：Ed Loewenstein

​Ed Loewenstein于1987年加入NI，现任首席架构师，专注于长期创新项目。在其职业生涯中，他几乎参与了NI全系列硬件产品的研发，包括数据采集、PXI和RF产品。Ed对学习的热忱与持续改进的奉献精神在其工作中体现得淋漓尽致。作为一位友善且善于协作的团队成员，他为NI的发展做出了重要贡献。   

​“我喜欢这类项目的原因在于我既能运用现有的技能，又能不断掌握新的知识。起初我对运动控制和图像处理一无所知，但通过实践掌握了这些技术。虽然并非软件专业出身，但借助LabVIEW平台，我依然能编写出满足需求的可信程序。”