虛擬儀器技術(shù)的設(shè)計潤儀儀表振動測試系統(tǒng)基于
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測試系統(tǒng)大多采用電子丈量儀器其特點是功能單一、、靈活性較差、大大的制約了振動測試的范圍。振動是自然界普遍的現(xiàn)象。>
正在流行著一種將虛擬儀器技術(shù)引到振動測試領(lǐng)域中的技術(shù)，如今。將計算機技術(shù)和振動測試技術(shù)相結(jié)合，
虛擬振動測試儀器不只功能強大、用途多樣，組建虛擬振動測試系統(tǒng)。實踐標(biāo)明。而且具有友好的用戶界面和簡化的圖形化編程方法，受到廣大用戶的普遍歡迎和高度重視，成為振動測試新的發(fā)展方向。
1虛擬振動測試系統(tǒng)的硬件設(shè)計
虛擬振動測試系統(tǒng)的硬件主要包括了加速度傳感器力傳感器、信號放大器、數(shù)據(jù)采集卡以及通用PC機。
1.1加速度傳感器
機械振動丈量中常用的壓電式加速度傳感器，加速度傳感器主要測試振動體的振動加速度。以某些資料受力后在其外表發(fā)生電荷的壓電效應(yīng)為轉(zhuǎn)換原理的傳感器，
用適當(dāng)?shù)臏y試系統(tǒng)檢測出電荷量，壓電式加速度傳感器輸出的電荷量與物體振動加速度成比例。就實現(xiàn)了對振動加速度的丈量。有體積小，重量輕，靈敏度高和頻率范圍寬的優(yōu)點，
適于選用電荷放大器，振動測試中應(yīng)用為普遍。本系統(tǒng)的設(shè)計采用的并聯(lián)壓電材料的壓電傳感器。其電路特點是放大器輸出電壓只與傳感器發(fā)生的電荷輸入量及放大器反饋電容有關(guān)，
這一特性使電荷放大器的傳輸線路的分布電容不敏感，與構(gòu)成電路的電纜形成的分布電容和信號頻率無關(guān)。傳輸距離可達(dá)數(shù)百米。
1.2電荷放大器
不能直接被數(shù)據(jù)采集卡采集，壓電式傳感器輸出的電荷信號比較微弱。需要用信號放大器把較弱的電荷信號轉(zhuǎn)化成較強的能被數(shù)據(jù)采集卡采集的電壓信號。
核心是一個具有電容負(fù)反饋、且輸入阻抗及高增益的運算放大器。電荷放大器是一種輸出電壓與輸入電荷量成正比的放大器。>
電荷放大器上還具有低通濾波器和能按傳感器靈敏度調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的適調(diào)放大器。本系統(tǒng)采用BC97型電荷放大器為例。>
1.3數(shù)據(jù)采集卡
此卡設(shè)計基于PCI總線，本系統(tǒng)中采用的數(shù)據(jù)采集卡是PCI-6024美國NI公司生產(chǎn)的多功能接口卡。數(shù)據(jù)傳輸速率高，吞吐量大，數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計的主流，
支持DMA 方式和雙緩沖模式，一塊性價比較好的產(chǎn)品。保證了實時的信號不間斷采集與儲存。
信號輸入范圍分別為-5v+5v和010v提供16路單端/8路差動模擬輸入通道，支持單極性和雙極性模擬信號輸入。
24線的TTL型數(shù)字I/O3個16位定時計數(shù)器等多種功能。實際丈量是輸入信號通過BNC接頭從輸入端子進入數(shù)據(jù)采集卡進行數(shù)據(jù)采集，2路獨立的D/A 輸出通道。
2虛擬振動測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計
運用圖形化編程語言LabVIEW為軟件開發(fā)平臺，虛擬振動測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計。順序的開發(fā)過程中運用模塊化的設(shè)計思想，根據(jù)不同功能的需要，分別組建各種功能模塊，
為了將各模塊集成到一起，本系統(tǒng)包含了數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲與讀取模塊、數(shù)據(jù)處置模塊、結(jié)果顯示模塊。還設(shè)計了一個主界面來實現(xiàn)各模塊的調(diào)用。后再對系統(tǒng)進行集成和調(diào)試。
2.1系統(tǒng)主界面的設(shè)計
利用LabVIEW中提供的EditMenu菜單，系統(tǒng)的主界面設(shè)計中。先將要實現(xiàn)的功能作為菜單選項的內(nèi)容，以便在運行時調(diào)用，然后在框圖中對各項菜單的調(diào)用通過Case循環(huán)進行選擇，
這樣在運行中，使各項菜單對應(yīng)各項子VI各子VI中的VISetupEexecutOptions中選擇ShowFrontPanelWhenCalled選項。當(dāng)選擇了菜單中的某項內(nèi)容時，該子VI就被選中調(diào)用。
2.2數(shù)據(jù)采集模塊
數(shù)據(jù)采集模塊使用了LabVIEW中A nalogIuput功能塊中的A IWaveformScan模塊進行采集控制。>
并可進行采集通道、采樣速率、采樣點數(shù)、加窗方式、平均次數(shù)、顯示譜的類型控制，根據(jù)不同需要可以選擇連續(xù)信號采集或單次信號采集。還可通過光標(biāo)移動觀察信號的時域值和頻域值，觸發(fā)方式上，
信號觸發(fā)時，還可以選擇信號觸發(fā)或自由采集。可選擇觸發(fā)電平、觸發(fā)沿、觸發(fā)前預(yù)保管點數(shù)等參數(shù)。
2.3數(shù)據(jù)存儲與讀取模塊
數(shù)據(jù)存儲模塊的主要功能是將顯示器上顯示的圖像所對應(yīng)的時域數(shù)據(jù)存入二進制文件;將與采集數(shù)據(jù)有關(guān)的參數(shù)：
便于數(shù)據(jù)讀取模塊和用戶使用。平均次數(shù)、數(shù)據(jù)長度、分析帶寬、觸發(fā)點采樣點、采集時間等存入與數(shù)據(jù)文件同名的文本文件中。>
數(shù)據(jù)讀取模塊可以方便地進行文件的讀寫操作。LabVIEW讀寫文件的過程為：打開一個文件按一定格式進行讀寫內(nèi)容后關(guān)閉文件。數(shù)據(jù)讀取模塊中用到主要函數(shù)分別是打開文件函數(shù)、讀文件函數(shù)、關(guān)文件函數(shù)。
2.4數(shù)據(jù)處置模塊
需要完成數(shù)字濾波、加窗處理、頻譜分析、功率譜分析、相關(guān)分析、倒譜分析等諸多功能。時域分析有自相關(guān)與互相關(guān)分析，數(shù)據(jù)處置模塊順序的設(shè)計是本系統(tǒng)軟件設(shè)計的關(guān)鍵局部。
對數(shù)據(jù)的預(yù)處置可進行各通道標(biāo)定系數(shù)輸入及用數(shù)字濾波器進行濾波，幅值域分析可以進行均值、方差、概率密度和概率分布統(tǒng)計?？蛇M行低通、高通、帶通、帶阻濾波，
包括自功率譜、互功率譜、幅度倒頻譜、頻響函數(shù)，基于FFT頻率分析。其中頻響函數(shù)可以根據(jù)需要采用不同的估計公式，可選擇顯示實部和虛部、
主要有矩形窗、漢寧窗、哈明窗、指數(shù)窗等，幅頻和相頻以及相干函數(shù)。另外在頻域分析時可對各信號進行加窗以減少泄漏。充分利用計算機的資源，計算FFT點數(shù)可以從512點到16384點，
可任意選擇兩通道計算頻響函數(shù)和互功率譜。信號分析中調(diào)用了autopowerspectrumspectrumunitconversionpowfrequencestimate等子VI模塊。可進行多次平均以減少誤差。>
2.5數(shù)據(jù)顯示模塊
同時它還包括許多附屬的顯示項，數(shù)據(jù)顯示模塊是將采集到數(shù)據(jù)以及分析后的數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)顯示到顯示器上。
大值及其相應(yīng)位置顯示，包括坐標(biāo)單位顯示。時限顯示，數(shù)據(jù)采集文件索引顯示，供使用者觀察系統(tǒng)測試結(jié)果。
3虛擬振動測試系統(tǒng)的實際測試
本文介紹了虛擬振動測試系統(tǒng)的開發(fā)全過程，為了驗證整個系統(tǒng)順序運行的正確與否，采用錘擊法對試件進行錘擊測試，用裝有力傳感器力錘對試驗結(jié)構(gòu)進行錘擊，用加速度傳感器進行拾振， 將兩個信號經(jīng)電荷放大器放大后送入數(shù)據(jù)采集卡，通過軟件設(shè)定采集條件控制采集，并將采集到數(shù)據(jù)存儲和進行各種分析。采集時設(shè)置采樣通道為2個， 采樣頻率為1000Hz平均次數(shù)為5次，每次采集點數(shù)設(shè)為1024點，觸發(fā)通道為0通道，觸發(fā)電平為100mv觸發(fā)沿為默認(rèn)的上升沿，預(yù)保管點數(shù)為20個。從測試結(jié)果上看， 激勵信號和響應(yīng)信號反映的正是錘擊法激勵時激勵及響應(yīng)信號應(yīng)有的典型形狀，可見系統(tǒng)順序運行良好，系統(tǒng)可靠性較高。
本文介紹了虛擬振動測試系統(tǒng)的設(shè)計。
實踐證明采用LabVIEW和基于PC數(shù)據(jù)采集卡構(gòu)造虛擬振動測試系統(tǒng)是切實可行的測試系統(tǒng)功能強大，模塊化的編程使順序擴展變得很方便。 可以預(yù)見，虛擬儀器技術(shù)在整個測試領(lǐng)域?qū)懈訌V闊的應(yīng)用空間。
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