基于虛擬儀器的平面機(jī)構(gòu)創(chuàng)意組合實(shí)驗(yàn)臺(tái)測控系統(tǒng)設(shè)

2．1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
本系統(tǒng)采用PXI-1024組合式機(jī)箱，為系統(tǒng)提供了堅(jiān)固的模塊化封裝結(jié)構(gòu)，其具有8個(gè)PXI／Compact PCI插槽，第一槽是系統(tǒng)控制器，其余7個(gè)插槽是外圍擴(kuò)展槽，可用于安裝數(shù)據(jù)采集卡，示波器等；機(jī)箱還具有高性能PXI背板，可以獨(dú)立地向每個(gè)外圍擴(kuò)展槽提供PXI10 MHz(PXI-CLKl0)系統(tǒng)時(shí)鐘信號(hào)，用于多模塊的同步測量或是系統(tǒng)控制。
同時(shí)選取了PXI-6251型多功能數(shù)據(jù)采集卡，插入機(jī)箱的左端第三個(gè)插槽。
物理信號(hào)的獲得通過傳感器實(shí)現(xiàn)，其中編碼器采集轉(zhuǎn)角信號(hào)，角位移傳感器采集擺角信號(hào)，直線位移傳感器采集線位移信號(hào)。
對(duì)于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來說，由于來自于電力線或機(jī)器的影響，會(huì)產(chǎn)生噪聲信號(hào)，對(duì)于這種情況，采用低通濾波器來實(shí)現(xiàn)最大程度的抑制。另外，由于采樣率低而產(chǎn)生信號(hào)混疊，奈奎斯特定理指出，如果對(duì)一種模擬信號(hào)進(jìn)行采樣，所有頻率超過1／2采樣率的信號(hào)都會(huì)以一種低頻率信號(hào)的方式出現(xiàn)。只有在采樣前把所有頻率超過1／2采樣率的信號(hào)消除才能避免這種失真?；谝陨蟽煞N可能出現(xiàn)噪聲信號(hào)的原因，本系統(tǒng)采用模擬低通濾波器、數(shù)字濾波器兩者的結(jié)合。模擬濾波器通常放在A／D轉(zhuǎn)換器的前面，用來消除信號(hào)通道位于A／D轉(zhuǎn)換之間的高頻噪聲和干擾。數(shù)字濾波器被放在A／D轉(zhuǎn)換器的后面，通過采用平均技術(shù)來減少通帶內(nèi)頻率上的噪聲。
本系統(tǒng)采用雙二階環(huán)濾波電路，利用兩個(gè)以上的加法器、積分器等組成的運(yùn)算放大電路，根據(jù)要求的傳遞函數(shù)，引入適當(dāng)?shù)姆答?，?gòu)成濾波電路。其突出特點(diǎn)是電路靈敏度低，特性非常穩(wěn)定，并可實(shí)現(xiàn)多種濾波功能，這里使用低通濾波抑制部分噪聲信號(hào)。具體電路如圖4所示。

構(gòu)成低頻濾波器時(shí)，電路固有頻率(單位：Hz)和通帶增益如下：

2．2 軟件實(shí)現(xiàn)
軟件是檢測系統(tǒng)的靈魂。本實(shí)驗(yàn)臺(tái)測控系統(tǒng)應(yīng)用虛擬儀器圖形化軟件LabVIEW，該軟件具有運(yùn)算速度快、界面友好、人機(jī)交換便捷、操作直觀方便等特點(diǎn)。該測試系統(tǒng)的主程序界面如圖5所示：實(shí)現(xiàn)對(duì)所測試的不同項(xiàng)目進(jìn)行有效選擇，并在選擇好輸入項(xiàng)目的基礎(chǔ)上，從主程序界面中選擇所要測試的項(xiàng)目，點(diǎn)擊，則系統(tǒng)進(jìn)入所要進(jìn)行的性能測試系統(tǒng)的功能模塊儀器軟件面板。

其中，每一個(gè)功能模塊又分別調(diào)用其子模塊，主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、傳感器標(biāo)定模塊、誤差處理模塊、數(shù)據(jù)分析處理模塊、數(shù)據(jù)波形輸出模塊、輸出數(shù)據(jù)保存模塊和數(shù)據(jù)恢復(fù)模塊。
2．2．1 數(shù)據(jù)采集
數(shù)據(jù)采集模塊將各種硬件儀器的驅(qū)動(dòng)程序模塊封裝在組件中，當(dāng)測試要求改變需要更換新的儀器硬件時(shí)，只需更新相應(yīng)參數(shù)，并且保證它對(duì)上層的接口保持不變，那么新的儀器硬件就能在原來的系統(tǒng)中正常運(yùn)行。
2．2．2 傳感器數(shù)據(jù)的標(biāo)定
傳感器的標(biāo)定就是通過試驗(yàn)建立傳感器輸入量與輸出量之間的關(guān)系。利用已知的標(biāo)準(zhǔn)值輸入到待標(biāo)定的傳感器中，傳感器得到相應(yīng)的輸出量，將輸出量與輸入的標(biāo)準(zhǔn)量繪制成曲線即得標(biāo)定曲線，通過標(biāo)定曲線可以得出輸入量與輸出量之間的關(guān)系式，從而可以確定標(biāo)定系數(shù)。利用標(biāo)定的數(shù)據(jù)作為測量數(shù)據(jù)輸入提高了傳感器的使用精度。