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1、振动虚拟测试系统的研制振动虚拟测试系统的研制 摘 要：利用虚拟仪器开发平台LabVIEW，对振动测试系统进行了虚拟化设计。此测试系统由LB-301型激光位移传感器将被测物体的位移变化转变为电压的变化，然后用虚拟仪器对输进数据采集卡的电压信号进行实时采集，所编制的软件对采集到的数据加以初步分析，并以spreadsheet 文件的格式存储起来，以便作进一步的分析处理。试验结果表明：通过采用虚拟技术对振动测试系统的虚拟设计，系统更加灵活、开放，而且开发周期短，能比较客观地测试出振动的一般参数。关键词：LabVIEW；虚拟仪器位；移传感器；数据采集卡 现代计算机技术的进步极大地推动了测控仪器行业的发展
2、。而传统的测控仪器越来越满足不了测控领域的要求,各种复杂的测试系统，各个厂家的不同设备，使用者需要很多的专业知识，这样的仪器使用效率和使用频率均很低，且硬件存在冗余1。虚拟仪器正是在这样的背景下产生和发展起来的。虚拟仪器是指通过应用程序将通用计算机与功能模块化硬件结合起来，用户可以通过友好的图形界面来控制操纵这台计算机，就像在操作自己定义设计的一台单一仪器一样，从而完成对数据的采集、分析、显示、数据存储等功能2。 本文采用的虚拟仪器开发平台LabVIEW是NI公司开发的面向仪器与测控过程的图形语言开发平台，直观的前面板与流程式的编程方式相结合，是构建虚拟仪器的理想工具。它提供了基于图形化的编程
3、语言G的开发环境。软件前面板保持了传统直观的视觉和感觉效果，包括各种控件、按钮、指示器等。流程图式的程序设计与科技工程技术人员较为熟悉的数据流和方块图的概念是一致的，而且由于流程图与传统的程序设计语言的语法细节无关，构建和测试程序可以少费时间，可大大提高软件的开发速度，在短时间内设计、构建和更改自己的虚拟仪器系统。 振动测试系统中引入虚拟仪器技术，可以组成一套根据实际需要灵活设计的系统。如显示振动波形图，对振动波进行频谱分析，数据的存储等。均由相应的软件模块完成。仪器系统用到的硬件只有通用的数据采集卡，其余功能均由软件实现。1 振动虚拟测试系统的构成 本系统采用的传感器是激光位移传感器，被测对
4、象的表面要求平整光滑。用LabVIEW提供的图形化编程环境，开发一套应用软件，结合配套的A/D转换卡，对传感器的信号经调理后进行数据采集，由相应的波形得出播种机排种板的振动规律。存储在计算机上的测试数据可作进一步的分析处理。1.1系统硬件的构成振动虚拟测试仪的硬件系统结构如图一所示。它以PC机为核心，机内装有LabVIEW虚拟仪器开发平台。采用LB-301型激光位移传感器， 数据采集使用NI公司的PCI-MIO-16E-1型数据采集卡，传感器输出的模拟信号经预处理后输入到A/D卡的模拟量输入通道。 A/D卡接线端子信号处理装置位移传感器PC机 图 一 系统硬件构成图 1.2系统软件的设计 系统
5、软件的关键是对数据采集卡的某一通道的电压值进行实时采集。采集的信号经过滤波后，可在虚拟仪器的前面板即计算机的屏幕上显示，这样振动就实时、 形象、直观地被监测出来。 开始新建数据文件数据采集滤波存储数据STOP结束波形显示频域分析此外，为了对被测对象的位移或振动的变化规率进行记录，以便以后作进一步的分析处理，必须在程序中加入存储测试数据的程序模块。还应在spreadsheet file 数据文件中加入适当的表头，如实验时间、被测对象的名称等，以便区分不同的数据文件。基于对被测对象适应性的考虑，该软件应选取采样频率可调的程序模块。在选择数字滤波器时，由于大部分被测对象的振动频率均处在低频段，故可考
6、虑使用低通滤波器3。 图二 程序流程框图本程序分为五个部分：打开或新建数据文件、数据采集、信号分析处理、结果显示、数据存储。其程序流程图如图二所示。1.3振动虚拟测试仪的操作界面此仪器的操作界面分为显示区、控制区两部分。显示区分波形显示区和频域信号显示区；控制区包括采样频率调节 、滤波频率调节、清频、 停止等功能键，如图三所示。 图三 测试仪的操作界面程序框图 在LabVIEW中，框图是一种类似于普通流程图的结构，各应用程序模块就是按照框图的逻辑结构运行的，这种框图是程序运行的基础4，包含了仪器模块的操作控制、数据的采集分析与显示。数据采集模块的程序如图4所示。本应用软件的数据是以 sprea
7、dsheet 的文件形式存储起来的。借助其它 WINDOWS 应用程序如 EXCEL 的数据处理与分析功能，完成数据的二次 图四 数据采集程序框图处理。 2 系统应用将该测试系统应用于播种机排种板振动的测量。排种板的振动频率约为25Hz，根据Nyquist定律，采样频率定为200Hz，分别对正常振动和停机时的振动进行测试。测试的结果如图五、六所示。图五 正常振动曲线 图六 停机振动曲线由以上实验结果可知，此仪器可清楚地描绘出排种板起动、运行、停机的振动参数，包括振动频率、振幅等。3 结论通过使用LabVIEW虚拟仪器开发平台，开发出了一套振动测试系统。这套振动测试系统能对各种能够反射的物体进行
8、振动运动的测试，测试的精度可达1m。不仅可以实时监测对象的振动运动，还可对其所存储的数据进行二次分析处理。这套振动测试系统可根据测试对象的不同，调节相应的采样频率、滤波系数等参数。数据采集模块的最高采样频率100 K Hz（由数据采集卡等硬件决定的），系统不适合高于50KHz的振动。参考文献1.王兰省，李振海 . 1999. 虚拟仪器系统开发技术. 测试技术, (4): 58-602.路林吉, 饶家明 . 2000（a）. 虚拟仪器讲座1. 电子技术 , (1)：44-473.庞胜利, 高占风 . 2000.用LabVIEW进行自动控制原理实验研究. 电测与仪表 , 37（3）：41-43 4.李永刚 . 1999. 汽车发动机综合测试仪的虚拟设计硕士论文. 广州：华南农农业大学 103
