近几年来应用处理机做为自动量测方式已经极为普遍，但在这些方法中大都只是局部某一类别项目，虽然在其类别应用具有一定的成效，但就整体的经济与实用性而言，并非具有很完善的价值，故本文接着将藉由一组交、直流激磁源与高阶的数位示波器来达成一套通用型的全自动化量测系统。

在进行量测时，需考虑误差的产生来源包含有：不同电流感测装置所造成之激磁电流与感应电压间之时间抵补（Time Offset），亦即相位移误差；使用低频宽之示波器频道（ Channel）对量测到之磁滞回线所造成之失真（Distortion）效应；由示波器所造成之误差还有触发跳动（Trigger Jitters）、延迟（Delays）以及撷取系统内ADC之DC抵补误差；激磁源产生器之暂态不稳定度（Short-term Instability）与数值积分演算法所造成之积分误差。有鉴于此，在设备架构时需考量到下列因素：

自动化量测的电子仪器设备设计方式

在系统中对于电源供应器、信号产生器及示波器建立出专属的人机面版，如(图一)所示，

《图一 独立电子仪器量测设备接口画面》

在这三种设备中都采用GPIB的通讯协定，量测时可直接由不同的位址来下达动作指令，而程式在执行的过程里希望能更灵活地控制这些面版，便得考量到撰写的架构程序问题。

主要量测设定部分

项目包括：

主要量测介面如(图二)所示，

《图二 量测设定与数据撷取》

其提供了两种模式的量测：可透过预设好的程序步骤，不需要操作人员的监督，全自动化的执行量测过程；或选用手动的方式，即变为交谈式的对话介面，但仍不需接触到现场仪器，全由电脑画面上的点选键操控，在手动模式中极适合教学应用，由分类的表图中可直接建立出清楚的观念。

资料正规化部分

项目包括：

《图三 数据处理与矩阵转换》

由于在测量过程中，可能需有多种元件或转动设备中不同角度的资料，必须放在同一图表内比较，但因受控制的脉波时间完全不相同便直接影响到获取的资料量大小，且所采用的示波器在时间刻度上是时间格等级，导致在不同激磁信号下所撷取的到电压电流信号在资料个数上会有所差异。必须透过差分的技巧来完成重新取样的动作和正规划的处理模式方能成为相同数量，而此状态较便于绘制​​出完善的图形也活化了资料后续处理；另外亦利用阵列转秩的处理，将数据绘制于3D版面上观察完整曲面图样。

后续资料处理部分

包含项目：

《图四 数据绘图及数据记录》

载入已处理过后的资料，在画面表单中可看到各式的图形展示，为能令使用者更加方便操作与保存记录，在介面里嵌入了许多直接工具应用，如直接存档图片、修图工具使用及资料报表产生等，完整清楚地描述所测试的磁性元件特性，在下个阶段的电路与控制器设计中会有莫大的帮助。

实际开发结果

由LabVIEW来建构本文中所规划之全自动化磁性元件与机电设备的量测系统，于系统里皆可对每个选项明确的设定其动作流程，以巨集命令的写法规划，所点选的按键中都涵盖着数个繁琐的动作，大幅减低了人为上的撰写失误且快速地实现系统，其量测的数据也都能立即验证；且于软体的数据逼近中也提供了绝佳的应用函式，有效的使本文所提及之开发时程与设计成本大大减低。

以下为本文目前所设计之开发结果：

电力电子磁性元件量测

在电力电子磁性元件类，先以TDK H7C1 EI-40来进行量测，测试在不同激磁电压与同20KHz频率下之磁元件特性。以下(图五)～(图八)表示其测试情形。

《图五 EI-40, f＝20kHz , V＝65.29V , Bm＝0.555T》

《图六 EI-40, f＝20kHz , V＝35.45V , Bm＝0.298T》

《图七 EI-40, f＝20kHz , V＝20.44V , Bm＝0.174T》

《图八 EI-40, f＝20kHz , V＝14.03V , Bm＝0.118T》

将磁滞曲线图同置于下(图九)所示：

《图九 B/Div =0.1333 T , H/Div =2702.7 mA/cm 》

调整成其他频率与激磁电压之情况，如(图十)、(图十一)所示：

《图十 EI-40, f＝28.2KHz , V＝63.48V, Bm＝0.56T, B/Div＝0.2 T, H/Div＝1000mA/cm》

《图十一 EI-40, f＝16.1KHz , V＝37.24V, Bm＝0.57 T, B/Div＝0.2 T, H/Div＝10000mA/cm 》

(图十二)为TDK HP3000 T5-10-2.5肥粒环形铁芯，将其激磁频率固定30KHz而不同激磁电压，于相同的量测比例大小（Scale）下之磁滞曲线比较。 (图十三)为将其最大磁通密度固定为0.02T，但针对不同激磁频率之量测结果。

《图十二 B/Div＝0.01 T, H/Div＝5000mA/cm 》

《图十三 B/Div＝0.01 T, H/Div＝5000mA/cm 》

开关式磁阻马达之量测结果

待测切换式磁阻马达的相关规格：

因为可获得资料量众多，故列举下几种经由全自动化量测系统所获得图形分析。

(图十四)为不同转子角度下磁通链对电流关系图，可透过此图得知在每一个角度下的磁通变化，对应马达磁通饱和时的电流大小。可得知在转子重合角度所对应磁通链愈大，转子在重合角度与不重合角度每隔1度所量测磁通链曲线愈密。则(图十五)是以观察电流在不同变化中每个角度下的感值变化曲线。

(图十六)为不同电流下转矩对转子角度关系图。 (图十七)为不同转子角度正半周下之磁滞曲线，在此考虑到若同时将30笔的角度或其他数量较多的资料，放置于同一画面中呈现，其画面会变的很杂乱且不易分析，故系统中特地将此调设为可任意观看任一角度或电流下的资料。

《图十四 0°～30°磁通对电流曲线变化》

《图十五 0°～30°电感对电流曲线变化 》

《图十六 0A～80A电流转矩对转子角度关系》

《图十七 正半周下磁通变化图（0°～30°，间隔每5°）》

(图十八)与(图十九)分别为磁通、转矩与电流和角度线族的3D曲面关系。不同的磁性材料有不同的物理特性与损失，在厂商所提供的产品基本资料里只是局限某种测试条件下，而对于本系统初步的相关结果里，可验证磁性元件与设备的自动化量测系统，的确带来快速、精准与便利的优点。而将其架构应用于教学规划里，可预见学习者的学习成效将予以倍增外，对于磁性特质的深刻认知，将更有助于相关电路或技能的发展。

《图十八 磁通、角度、电流关系曲面》

《图十九 转矩、角度、电流关系曲面》

本文相关文献之探讨

文献[1]、[2]中说明自动化量测仪器架构与设备量测等方面概念，由D. Slomovitz提出如何减少量测磁性元件时的误差方法[3]，而V. Nichoga与P. Dub验证量测时所借助霍尔元件的感测器时误差的来源与修正方式[4]。还有目前已许多应用于各磁性类别的测试，如D. Grimaldi, L. Michaeli与A. Palumbo以自动化的程序来推估磁滞现象中的模型参数[5]，及P. andrada等人针对机电设备中材料磁化特性的探讨[6]；另外在磁性转动设备里以开关式磁阻马达（SRM）为主要对象，此部份的研究是如何透过快速的量测法则，来获得SRM之基本特性参数，并加以分析以作为设计高性能驱动器与适应的控制策略用，其相关研究[7]、[8]；在灯管量测方面，文献[9]是藉由使用可调光安定器来量测灯管在不同功率下之高频特性曲线，进而推导出其数学式模型，而文献[10]提出描述低压灯管特性的工作模型，并将所导出的模型以模拟的方式加以验证；而关于再生能源的系统中，可由文献[11]、[12]里说明太阳能发电材料与系统架构方式，其中[12]特别针对适用家庭式的系统说明，以低瓦数的再生系统实现于一般家庭中的设计；最终在远端监控与线上教学方面，由L. Anid等人提出了一个远距教学的元件模组，称为SimulNet，这模组可用来发展成具有互动与合作特性的设计，其架构具有三层的模式[13]，则文献[14]、 [15]里利用网际网路的技术，谈论设计远端监测与控制的技术与实作结果，并规划了线上自动化生产系统中设计的重点项目。

(a)灯管特性量测

(b)谐振网目分析

(c)单级式电路设计

(d)调光模型分析

结语

本文将各类关于电子式安定器设计方式、低压灯管特性参数以及紫外灯净水器规格，透过LabVIEW软体，开发出一套全自动化的设计与参数验证平台，如(图二十)所示。

《图二十 自动化参数设计与验证平台》

系统中可与外部仪器连结后快速地获得待测灯管之参数，直接套用软体程式所规划的电路参数，便可模拟出灯管电压、电流的稳态波形及调光模型等，并经由自动化的检测来验证其电路的功能。

（作者为龙华科技大学电机工程系副教授；本文由NI美商国家仪器提供）

＜参考资料：

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市场动态

高频量测设备可支援产品的设计开发，也可促进量产测试的品质和降低成本。本文将说明射频测试特定领域的特性，及国内在工业局的支持下，整合异业，建立射频元组件自主自动化量测方案的初步成果。相关介绍请见「高频远组件测试设备开发─ RFIC测试自动化方案成果 」一文。 同时根据CR method的演算法，我们发展了一套自动化量测系统来帮助萃取以上这些参数。透过自动化的量测与萃取过程，任何工程师都可以轻易的萃取元件参数并做制程监控。你可在「 先进CMOS元件制程参数之自动化量测与萃取」一文中得到进一步的介绍。 光被动元件的角色，在于扮演如何将各光纤通道做耦合、分离及切换的动作，在被动元件生产流程中，校准占了相当大比例的工作，而自动化设备，无不朝此一方向发展，因此在不同产线的测试站中，就有相对应的自动化机构设计。本文从相关技术原理的角度，介绍光纤网路架构与量测的重要参数。在「 光通讯系统中的被动元件自动化量测」一文为你做了相关的评析。

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