基于虛擬儀器的動、靜態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)

應(yīng)用需求:



　　系統(tǒng)(1) 組建一套測試系統(tǒng)，用于穩(wěn)態(tài)參數(shù)(溫度)信號、動態(tài)參數(shù)（角速度、振動）信號的測量和分析，并生成測試結(jié)果報告。



　　系統(tǒng)(2) 組建一套測試系統(tǒng)，用于動態(tài)應(yīng)力、動態(tài)壓力、穩(wěn)態(tài)壓力、速度位移參數(shù)的測量和分析，并生成測試結(jié)果報告。



解決方案：



　　系統(tǒng)(1) 以LabVIEW為開發(fā)平臺，在PXI系統(tǒng)上開發(fā)出了高性能、高可靠性的動、靜態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)。



　　系統(tǒng)(２) 以LabVIEW為開發(fā)平臺，在VXI系統(tǒng)上開發(fā)出了高性能、高可靠性的動、靜態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)。



引言



　　基于虛擬儀器的動、靜態(tài)參數(shù)測試系統(tǒng)對被測對象的各種物理參數(shù)實施非電量到電量的轉(zhuǎn)換、信號調(diào)理、數(shù)據(jù)采集、記錄、顯示，對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種分析計算，自動生成測試結(jié)果報告。



　　測試系統(tǒng)采用先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù)，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)采用了先進(jìn)的VXI體系結(jié)構(gòu)和主流的PXI 體系結(jié)構(gòu)以及SCXI信號調(diào)理組件，軟件采用測控領(lǐng)域廣為流行的LabVIEW圖形化開發(fā)平臺和模塊化結(jié)構(gòu)應(yīng)用軟件設(shè)計，系統(tǒng)具有硬件可靠性高、擴(kuò)充性強；軟件為模塊化結(jié)構(gòu)、具有可移植性強等優(yōu)點。并能充分利用流行的PC機(jī)軟、硬件技術(shù)，使系統(tǒng)具有優(yōu)良的性能和高可靠性。



系統(tǒng)(1）組成和功能



　　１） 系統(tǒng)組成


　　該系統(tǒng)由PXI子系統(tǒng)和SCXI子系統(tǒng)組成，系統(tǒng)框圖見圖1。


　　PXI-1010為一混合式PXI機(jī)箱，可同時插入PXI零槽控制器、7個PXI儀器模塊和4個SCXI信號調(diào)理模塊。數(shù)據(jù)采集模塊選用PXI-6070E。PXI-6070E為一個12位多功能數(shù)據(jù)采集卡，它具有16路單端或8路差分輸入通道，最高采樣率為1.25MSa/s。信號調(diào)理模塊采用SCXI-1102B。SCXI-1102B具有32個差分輸入通道，可調(diào)理各種熱電偶信號、毫伏、伏、4~20mA、0~20mA的輸入信號，每個通道可獨立設(shè)置（1或100倍）放大倍數(shù)200Hz低通濾波，333kSa/s掃描率。



　　軟件由系統(tǒng)軟件（LabVIEW）和應(yīng)用軟件（系統(tǒng)管理軟件、系統(tǒng)自檢軟件、振動信號測量軟件、角速度測量軟件、溫度測量軟件）組成。








　�。玻� 系統(tǒng)功能


　　i. 8路溫度信號的測量


　　8路溫度信號經(jīng)信號調(diào)理模塊SCXI-1102調(diào)理后通過SCXI背板模擬總線送至數(shù)據(jù)采集模塊PXI-6070E進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，所得到的數(shù)據(jù)由PXI-8155/233通過溫度測量軟件轉(zhuǎn)換分析后，在顯示器上顯示出來，并將測量結(jié)果存儲到硬盤上，以備事后分析處理。



　　ii. 角速度信號的測量


　　8路角速度信號為單端信號，其最高頻率不大于1kHz，幅度在±5V之間，持續(xù)時間在數(shù)十毫秒，因此可直接通過BNC-2090接到數(shù)據(jù)采集模塊PXI-6070E進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，所得到的數(shù)據(jù)由PXI-8155/233通過角速度測量軟件轉(zhuǎn)換分析后，在顯示器上顯示出來，并將測量結(jié)果存儲到硬盤上，以備事后分析處理。



　　iii. 8路振動信號的測量


　　8路振動信號為單端信號，其最高頻率不大于10kHz，幅度在±5V之間，持續(xù)時間在數(shù)十毫秒，因此可直接通過BNC-2090接到數(shù)據(jù)采集模塊PXI-6070E進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，所得到的數(shù)據(jù)由PXI-8155/233通過振動信號測量軟件轉(zhuǎn)換分析后，在顯示器上顯示出來，并將測量結(jié)果存儲到硬盤上，以備事后分析處理。



　　iv. 軟件


　　系統(tǒng)管理軟件完成整個測試系統(tǒng)的調(diào)度和管理，包括系統(tǒng)初始化、系統(tǒng)設(shè)置、存儲和打印以及系統(tǒng)自檢軟件、角速度測量軟件、振動信號測量軟件和溫度測量軟件的調(diào)度工作。



　　系統(tǒng)自檢軟件完成整個系統(tǒng)的上電初始化、系統(tǒng)各部分工作狀態(tài)的自動測試，用以判斷系統(tǒng)工作是否正常，能否進(jìn)入正規(guī)測試。



　　振動信號測量軟件完成8路振動信號的采集、分析處理與數(shù)據(jù)存盤，以及存盤文件的事后處理。



　　溫度測量軟件完成8路溫度的采集、分析與處理，繪出每路的溫度曲線，給出最大值、最小值和平均值。最后將測量結(jié)果存儲下來。



　　系統(tǒng)（2）組成和功能


　�。保� 系統(tǒng)組成


　　該系統(tǒng)由VXI系統(tǒng)和信號調(diào)理系統(tǒng)組成，系統(tǒng)組成框圖見圖２。



　　信號調(diào)理子系統(tǒng)包括



　　具有抗環(huán)境低溫（-35℃）和氣體沖擊（10~50kPa）能力的耐壓保溫機(jī)箱；4槽帶可充電直流電源的信號調(diào)理機(jī)箱；直流電源供電能力為12VDC、25Ah；兩塊8通道信號調(diào)理模塊，對16路傳感器測量的微弱電信號進(jìn)行放大、濾波和隔離，輸出伏級信號，增益范圍0.5~1000、帶寬22.5kHz、隔離能力250Vrms；一塊傳感器供電模塊，用以對傳感器提供激勵。信號調(diào)理后輸出的信號直接送到數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集是測試系統(tǒng)的核心，它由VXI機(jī)箱、VXI零槽控制器和VXI儀器模塊等組成。VXI機(jī)箱為一9槽高性能VXI機(jī)箱，它包括6個C尺寸插槽和3個B尺寸插槽，可提供高達(dá)720W的可用功率。VXI零槽控制器為VXI-1394套件，它包括一塊PCI-1394卡、一塊C尺寸VXI-1394模塊、一根4.5米IEEE1394電纜和相應(yīng)的軟件。它使用較低的成本實現(xiàn)了高達(dá)7MB/s的總線吞吐率，同時具有“熱插拔”能力，可以在系統(tǒng)開機(jī)狀態(tài)下進(jìn)行電纜連接和自動配置。VXI采集模塊包括8通道中速同步數(shù)據(jù)采集模塊VXI-1433A，16位精度，每通道采樣率為196kS/s，分辨率為16bit，每通道具有512kB的存儲深度；8通道高速同步數(shù)據(jù)采集模塊VXI-1564A，14位精度，每通道采樣率為800kSa/s，分辨率為16bit，每通道具有512kB的存儲深度。主控機(jī)通過IEEE1394總線控制VXI數(shù)據(jù)采集子系統(tǒng)，完成測試系統(tǒng)所有被測信號的采集控制和數(shù)據(jù)處理、顯示與存儲打印等工作。主控機(jī)內(nèi)所插的MIO模塊用來產(chǎn)生自檢信號，這些信號經(jīng)適配器進(jìn)入信號調(diào)理單元，在自檢和管理軟件的控制下完成整個系統(tǒng)的自檢功能。





２） 系統(tǒng)功能


　　i. 壓力信號測量


　　應(yīng)變式壓力傳感器量程為10~80MPa，頻響為0~2kHz(-3dB)，非線性為≤±1.5％。壓阻式壓力傳感器：量程為0~138MPa，頻響為0~10kHz（-3dB），非線性為≤±1.5％。壓力信號經(jīng)信號調(diào)理模塊SCXI-1120D調(diào)理后經(jīng)過SCXI背板模擬總線送至數(shù)據(jù)采集模塊VXI-1433A或VXI-1564A進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，所得到的數(shù)據(jù)由主控機(jī)通過壓力測量軟件轉(zhuǎn)換分析后，在顯示器上顯示出來，并將測量結(jié)果存儲到硬盤上，以備事后分析處理。



　　ii. 速度位移測量


　　速度位移信號量程：0~2500mm，瞬時速度：0~25m/s，測量誤差：≤±4％。速度位移信號經(jīng)信號調(diào)理模塊SCXI-1120D調(diào)理后送至數(shù)據(jù)采集模塊VXI-1433A或VXI-1564A進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，所得到的數(shù)據(jù)由主控機(jī)通過速度位移采集分析軟件轉(zhuǎn)換分析后，在顯示器上顯示出速度位移的動態(tài)值，并將測量結(jié)果存儲到硬盤上，以備事后分析處理。



　　iii. 應(yīng)變信號測量


　　應(yīng)變信號測量范圍：1~±10000με，電阻應(yīng)變片阻值范圍：60~1000W，頻響：0~10kHz（-3dB）。應(yīng)變計連接動態(tài)應(yīng)變儀進(jìn)行自動平衡、放大、濾波，送至數(shù)據(jù)采集模塊VXI-1433A或VXI-1564A進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，所得到的數(shù)據(jù)由主控機(jī)通過應(yīng)力信號采集記錄軟件轉(zhuǎn)換分析后，計算出最大應(yīng)力、最小應(yīng)力及方向。在顯示器上顯示出應(yīng)力隨時間的變化。并將測量結(jié)果存儲到硬盤上，以備事后分析處理。



　　iv. 系統(tǒng)設(shè)計耐壓保溫機(jī)箱


　　將野外工作的信號調(diào)理子系統(tǒng)放置在耐壓保溫機(jī)箱中，測試系統(tǒng)的耐溫范圍可達(dá)-35~45℃，抗沖擊波超壓能力為50kPa的沖擊20次。



　　v. 軟件


　　測試系統(tǒng)軟件包括以下幾個部分：


　　系統(tǒng)軟件為支持32位操作系統(tǒng)的LabVIEW開發(fā)平臺；

　
　　傳感器標(biāo)定軟件：由應(yīng)力校準(zhǔn)、抗力校準(zhǔn)、速度、位移校準(zhǔn)組成；


　　數(shù)據(jù)采集、控制軟件：具有設(shè)置A/D采樣時間、同步、預(yù)觸發(fā)等功能；具有通用的頻譜分析、相關(guān)（自相關(guān)、互相關(guān)）分析、統(tǒng)計分析等功能；


　　專用數(shù)據(jù)處理軟件；


　　報告生成軟件。



結(jié)語



　　以上兩個測試系統(tǒng)性能好、功能強、可靠性高，適應(yīng)外部環(huán)境能力強，不僅可適用于壓力、應(yīng)變、溫度、位移、速度、角速度、振動信號測量及分析、計算，而且可進(jìn)行具有同類特征的各種電信號的測量。


產(chǎn)品配置:


壓力傳感器、應(yīng)變計、虛擬儀器


適用領(lǐng)域及情況:


儀器測試領(lǐng)域


摘自《東方電子集成商務(wù)網(wǎng)》