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1、论基于虚拟仪器的机械工程测试系统开发 摘要:随着机械产品的机电一体化和生产过程自动化程度的不断提高,机械工程测试系统越来越复杂,它已成为整个机械设备研制、开发、应用和教学过程中不可或缺的组成部分。 关键词:机械参数;测试系统;虚拟仪器 1机械工程测试系统概述 机械工程测试系统的基本任务是从测试对象获取反映其变化规律的动态信息,一个功能完善的机械工程测试系统由传感器、信号转换装置、信号分析处理装置和显示与记录等功能模块组成,无疑,讨论和设计机械工程测试系统及其构成要素,是十分有意义的。
2、 测试系统的第一个环节是信号的传感,即是将被测量的量或被观察的量通过一个被测量传感器或敏感元件转换成一个电的、液压的、气动的或其他形式的物理量,被测的或被观察的量与被转换的输出量之间根据可利用的物理定律应该具有一种明确的关系。传感器就是用来完成这种转换的装置。 第二个环节为信号的转换和调理。被测物理量经传感环节被转换为电阻、电容、电感或者电压、电流、电荷等电参量的变化,由于在测试过程中不可避免地遭受各种内、外干扰因素的影响,且为了用被测信号驱动显示、记录和控制等仪器或进一步将信号输入计算机进行数
3、据处理。因此经传感后的信号尚需进过调理、放大、滤波、运算分析等一系列加工处理,以抑制干扰噪声、提高信噪比,便于进一步传输和后续环节中的处理。 第三个环节是是对这些信号进行分析处理以及显示记录,包括信号的时域分析、频域分析、相关分析等。原始波形显示、处理后波形显示等。从而还可以分析出机械运转的工况等。 2虚拟仪器技术在机械工程测试系统中的应用现状 科学技术的日益发展,对现在的机械工程测试系统影响很大,特别是相对于传统的测试系统来讲。以前要用特定的仪器对信号进行分析,但是利用虚拟仪器组建
4、的机械工程测试系统却不用专用的仪器,而是利用计算机作为连接虚拟仪器软硬件的平台,信号源通过调理后数据采集卡就可以获取数据进行分析处理。现代计算机技术对机械工程测试技术和仪器的发展产生了革命性的影响。 测试系统的发展经历了模拟测试仪器、计算机测试系统及虚拟仪器三个阶段。现代机械工程测试技术以计算机为中心,计算机的发展必然促进测试技术和仪器的发展。在此背景下,虚拟仪器的产生也就水到渠成。 在虚拟仪器中,软件是虚拟仗器系统的关键,目前国内外这种软件主要有美国DSP公司的DADISP软件,以实验后数据处
5、理分析和表示见长美国NI公司的系列虚拟仪器开发平台(LabVIEW、LabWindows/CVI、VirtualBench和Component5Works)、美国QUATECH公司的DASLab软件包和惠普公司的VEE软件平台都是可以搭建虚拟测试系统的软件平台,以图形化编程和界面灵活见长。 由于PC的功能变得越来越强大,速度快,价格低,在标准PC上连接一个或多个仪器模块构成测试仪器成为一种趋势。这种仪器即为虚拟仪器。 虚拟仪器的软件开发平台LabVIEW中,“所见即所得”的可视化技术是应用于测试
6、领域的雏形。虚拟仪器注重测试人员在进行工作中的感觉。用仿真的面板给人以真实仪器的感觉,用丰富的曲线图像向测试人员传递信息,是虚拟现实技术在机械工程测试领域中的广泛应用趋势。 在机械工程测试系统中,应用虚拟仪器编的越来越普遍,因为很多传统的硬件设备在虚拟仪器中都可以用软件代替,从而降低了大量的设备浪费,降低了成本,并且还可以直观化的显示其结果,将多种的传统仪器合并到一套虚拟仪器测试系统中,有利于编程,也有利于增强测试系统的准确度。 3机械工程测试系统开发环境 3.1应变测试系统 虚拟应
7、变测试硬件系统组成如下: 虚拟式应变测试仪由硬件和软件两大部分组成,这里采用PCDAQ体系结构组建虚拟仪器。其原因是因为PCDAQ系统是以数据采集板、信号调理电路和计算机为仪器硬件平台组成的虚拟仪器系统,它充分利用了主流和普及的PC机总线、机箱、电源以及丰富的软件,以极少的硬件就能形成功能完备的应变测试系统平台,这种方案的性价比最佳。 下图是一个模拟信号的数据采集过程示意图,从这个图中可以看到模拟的信号通过设定的通道以后,再经过多路开关,经过刀D转换等将模拟信号变为数字信号,这些信号到达计算
8、机中,计算机中的已经编好的LabVIEW程序对其信号进行分析处理。 对信号进行采集时,采样频率、采样通道以及采样点数是需要用户设定的参数,用户通过前面板的参数选择项根据实际需要进行设置,这些范围和数据采集卡的精度有关。本文设计的应变测试这一块,对与满足数据采集卡精度要求的应变信号,都可以通过数据采集卡,并对其进行相关设定的分析。 3.2位移测试系统 位移检测技术在工业生产中有着广泛的应用。位移检测是机械量检测的基础,将机械量转化成位移量来检测是机电一体化技术的
