| 基于虚拟仪器的动、静态参数测试系统 |
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| 2001-04-19 |
应用需求:
系统(1) 组建一套测试系统，用于稳态参数(温度)信号、动态参数（角速度、振动）信号的测量和分析，并生成测试结果报告。
系统(2) 组建一套测试系统，用于动态应力、动态压力、稳态压力、速度位移参数的测量和分析，并生成测试结果报告。
解决方案：
系统(1) 以LabVIEW为开发平台，在PXI系统上开发出了高性能、高可靠性的动、静态参数测试系统。
系统(２) 以LabVIEW为开发平台，在VXI系统上开发出了高性能、高可靠性的动、静态参数测试系统。
引言
基于虚拟仪器的动、静态参数测试系统对被测对象的各种物理参数实施非电量到电量的转换、信号调理、数据采集、记录、显示，对采集的数据进行各种分析计算，自动生成测试结果报告。
测试系统采用先进的虚拟仪器技术，系统硬件结构采用了先进的VXI体系结构和主流的PXI 体系结构以及SCXI信号调理组件，软件采用测控领域广为流行的LabVIEW图形化开发平台和模块化结构应用软件设计，系统具有硬件可靠性高、扩充性强；软件为模块化结构、具有可移植性强等优点。并能充分利用流行的PC机软、硬件技术，使系统具有优良的性能和高可靠性。
系统(1）组成和功能
１） 系统组成
该系统由PXI子系统和SCXI子系统组成，系统框图见图1。
PXI-1010为一混合式PXI机箱，可同时插入PXI零槽控制器、7个PXI仪器模块和4个SCXI信号调理模块。数据采集模块选用PXI-6070E。PXI-6070E为一个12位多功能数据采集卡，它具有16路单端或8路差分输入通道，最高采样率为1.25MSa/s。信号调理模块采用SCXI-1102B。SCXI-1102B具有32个差分输入通道，可调理各种热电偶信号、毫伏、伏、4~20mA、0~20mA的输入信号，每个通道可独立设置（1或100倍）放大倍数200Hz低通滤波，333kSa/s扫描率。
软件由系统软件（LabVIEW）和应用软件（系统管理软件、系统自检软件、振动信号测量软件、角速度测量软件、温度测量软件）组成。
２） 系统功能
i. 8路温度信号的测量
8路温度信号经信号调理模块SCXI-1102调理后通过SCXI背板模拟总线送至数据采集模块PXI-6070E进行A/D转换，所得到的数据由PXI-8155/233通过温度测量软件转换分析后，在显示器上显示出来，并将测量结果存储到硬盘上，以备事后分析处理。
ii. 角速度信号的测量
8路角速度信号为单端信号，其最高频率不大于1kHz，幅度在±5V之间，持续时间在数十毫秒，因此可直接通过BNC-2090接到数据采集模块PXI-6070E进行A/D转换，所得到的数据由PXI-8155/233通过角速度测量软件转换分析后，在显示器上显示出来，并将测量结果存储到硬盘上，以备事后分析处理。
iii. 8路振动信号的测量
8路振动信号为单端信号，其最高频率不大于10kHz，幅度在±5V之间，持续时间在数十毫秒，因此可直接通过BNC-2090接到数据采集模块PXI-6070E进行A/D转换，所得到的数据由PXI-8155/233通过振动信号测量软件转换分析后，在显示器上显示出来，并将测量结果存储到硬盘上，以备事后分析处理。
iv. 软件
系统管理软件完成整个测试系统的调度和管理，包括系统初始化、系统设置、存储和打印以及系统自检软件、角速度测量软件、振动信号测量软件和温度测量软件的调度工作。
系统自检软件完成整个系统的上电初始化、系统各部分工作状态的自动测试，用以判断系统工作是否正常，能否进入正规测试。
振动信号测量软件完成8路振动信号的采集、分析处理与数据存盘，以及存盘文件的事后处理。
温度测量软件完成8路温度的采集、分析与处理，绘出每路的温度曲线，给出最大值、最小值和平均值。最后将测量结果存储下来。
系统（2）组成和功能
１） 系统组成
该系统由VXI系统和信号调理系统组成，系统组成框图见图２。
信号调理子系统包括
 具有抗环境低温（-35℃）和气体冲击（10~50kPa）能力的耐压保温机箱；4槽带可充电直流电源的信号调理机箱；直流电源供电能力为12VDC、25Ah；两块8通道信号调理模块，对16路传感器测量的微弱电信号进行放大、滤波和隔离，输出伏级信号，增益范围0.5~1000、带宽22.5kHz、隔离能力250Vrms；一块传感器供电模块，用以对传感器提供激励。信号调理后输出的信号直接送到数据采集子系统。数据采集是测试系统的核心，它由VXI机箱、VXI零槽控制器和VXI仪器模块等组成。VXI机箱为一9槽高性能VXI机箱，它包括6个C尺寸插槽和3个B尺寸插槽，可提供高达720W的可用功率。VXI零槽控制器为VXI-1394套件，它包括一块PCI-1394卡、一块C尺寸VXI-1394模块、一根4.5米IEEE1394电缆和相应的软件。它使用较低的成本实现了高达7MB/s的总线吞吐率，同时具有“热插拔”能力，可以在系统开机状态下进行电缆连接和自动配置。VXI采集模块包括8通道中速同步数据采集模块VXI-1433A，16位精度，每通道采样率为196kS/s，分辨率为16bit，每通道具有512kB的存储深度；8通道高速同步数据采集模块VXI-1564A，14位精度，每通道采样率为800kSa/s，分辨率为16bit，每通道具有512kB的存储深度。主控机通过IEEE1394总线控制VXI数据采集子系统，完成测试系统所有被测信号的采集控制和数据处理、显示与存储打印等工作。主控机内所插的MIO模块用来产生自检信号，这些信号经适配器进入信号调理单元，在自检和管理软件的控制下完成整个系统的自检功能。
２） 系统功能
i. 压力信号测量
应变式压力传感器量程为10~80MPa，频响为0~2kHz(-3dB)，非线性为≤±1.5％。压阻式压力传感器：量程为0~138MPa，频响为0~10kHz（-3dB），非线性为≤±1.5％。压力信号经信号调理模块SCXI-1120D调理后经过SCXI背板模拟总线送至数据采集模块VXI-1433A或VXI-1564A进行A/D转换，所得到的数据由主控机通过压力测量软件转换分析后，在显示器上显示出来，并将测量结果存储到硬盘上，以备事后分析处理。
ii. 速度位移测量
速度位移信号量程：0~2500mm，瞬时速度：0~25m/s，测量误差：≤±4％。速度位移信号经信号调理模块SCXI-1120D调理后送至数据采集模块VXI-1433A或VXI-1564A进行A/D转换，所得到的数据由主控机通过速度位移采集分析软件转换分析后，在显示器上显示出速度位移的动态值，并将测量结果存储到硬盘上，以备事后分析处理。
iii. 应变信号测量
应变信号测量范围：1~±10000µε，电阻应变片阻值范围：60~1000W，频响：0~10kHz（-3dB）。应变计连接动态应变仪进行自动平衡、放大、滤波，送至数据采集模块VXI-1433A或VXI-1564A进行A/D转换，所得到的数据由主控机通过应力信号采集记录软件转换分析后，计算出最大应力、最小应力及方向。在显示器上显示出应力随时间的变化。并将测量结果存储到硬盘上，以备事后分析处理。
iv. 系统设计耐压保温机箱
将野外工作的信号调理子系统放置在耐压保温机箱中，测试系统的耐温范围可达-35~45℃，抗冲击波超压能力为50kPa的冲击20次。
v. 软件
测试系统软件包括以下几个部分：
系统软件为支持32位操作系统的LabVIEW开发平台；
传感器标定软件：由应力校准、抗力校准、速度、位移校准组成；
数据采集、控制软件：具有设置A/D采样时间、同步、预触发等功能；具有通用的频谱分析、相关（自相关、互相关）分析、统计分析等功能；
专用数据处理软件；
报告生成软件。
结语
以上两个测试系统性能好、功能强、可靠性高，适应外部环境能力强，不仅可适用于压力、应变、温度、位移、速度、角速度、振动信号测量及分析、计算，而且可进行具有同类特征的各种电信号的测量。
产品配置:
压力传感器、应变计、虚拟仪器
适用领域及情况:
仪器测试领域 |
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