基于虛擬儀器技術(shù)開發(fā)的便攜式鐵道車輛平穩(wěn)性測量儀
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挑戰(zhàn)：構(gòu)造一個便攜式測試系統(tǒng)，將現(xiàn)場測得的加速度信號經(jīng)過復(fù)雜的數(shù)學(xué)處理直接得到鐵道車輛運(yùn)行平穩(wěn)性指標(biāo)。
應(yīng)用方案：使用National Instruments 公司的LabVIEW 軟件、SCXI 設(shè)備以及便攜式計(jì)算機(jī)構(gòu)造一個應(yīng)用于現(xiàn)場測試的便攜式鐵道車輛平穩(wěn)性測試系統(tǒng)。
使用的產(chǎn)品：LabVIEW, SCXI
摘要：本文介紹了采用虛擬儀器技術(shù)開發(fā)的便攜式鐵道車輛平穩(wěn)性測試儀。該測試儀器由National Instruments 公司的LabVIEW 軟件、SCXI 設(shè)備以及便攜式計(jì)算機(jī)構(gòu)成，利用LabVIEW 軟件強(qiáng)大的數(shù)學(xué)處理功能，通過對現(xiàn)場采集的加速度信號的頻譜密度函數(shù)進(jìn)行加權(quán)統(tǒng)計(jì)運(yùn)算，實(shí)時測量鐵道車輛運(yùn)行品質(zhì)的Sperling 平穩(wěn)性指標(biāo)。
1平穩(wěn)性指標(biāo)
鐵道車輛在運(yùn)行中產(chǎn)生的各種振動影響旅客乘坐的舒適度和裝運(yùn)貨物的完整，衡量鐵道車輛運(yùn)行品質(zhì)的主要技術(shù)參數(shù)是運(yùn)行平穩(wěn)性指標(biāo)，目前我國采用的評定指標(biāo)是Sperling 平穩(wěn)性指標(biāo)。
Sperling 指標(biāo)是基于大量實(shí)驗(yàn)而制定的，它用于評定車輛本身的運(yùn)行品質(zhì)和旅客乘坐舒適度，運(yùn)行品質(zhì)由車輛本身來衡量，而舒適度則還與旅客對振動環(huán)境的敏感度有關(guān)。用于舒適度評價的指標(biāo)由下式表示：
對于垂向振動的頻率加權(quán)函數(shù)：
虛擬儀器是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與儀器系統(tǒng)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。它利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的強(qiáng)度功能，結(jié)合相應(yīng)的硬件，大大突破傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳遞、存儲等方面的限制，使用戶可以根據(jù)自己的需要“制造”自己的儀器。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器的最大特點(diǎn)是它的靈活性，它可以很方便地通過選擇不同的硬件配置和改變軟件來實(shí)現(xiàn)各種測控功能，使得硬件資源具備了再用性。由于采用了通用的硬件和計(jì)算機(jī)，使得系統(tǒng)的成本下降，開發(fā)周期縮短，維護(hù)的成本降低。
在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件僅僅是為了解決信號的輸入輸出，軟件是整個虛擬儀器的核心。National Instruments公司的LabVIEW 是一個優(yōu)秀的數(shù)據(jù)流圖形化虛擬儀器軟件平臺，具有豐富的信號處理函數(shù)和數(shù)值分析函數(shù)。
3便攜式平穩(wěn)性測量儀系統(tǒng)構(gòu)成
便攜式平穩(wěn)性指標(biāo)儀由加速度傳感器、SXCI 信號調(diào)試系統(tǒng)以及便攜式計(jì)算機(jī)組成。
3.1 系統(tǒng)硬件組成
傳感器采用了日本共和公司的應(yīng)變式加速度傳感器。
基于現(xiàn)場測試的要求，我們選擇了National Instruments 公司的SCXI 系統(tǒng)作為信號調(diào)理。加速度傳感器信號通過接線端子SCXI－1321接到系統(tǒng)中，SCXI－1321 端子可以提供橋路的各種連接方式，同時利用端子內(nèi)置電位器可以完成橋路的平衡。四通道隔離放大器SCXI－1121 提供4 路激勵信號，掃描速率為333ks/s，每通道的增益可以通過跳線調(diào)整1－2000 倍并提供低通濾波。由于SCXI－1211 模塊中的低通濾波器為一個三級RC 濾波器，濾波頻率只能設(shè)置為4Hz/10KHz,因此系統(tǒng)使用一個八通道可編程橢圓濾波器SCXI－1141 作為系統(tǒng)的濾波單元，軟件可選的低通濾波截止頻率為10Hz－25KHz，為八階橢圓濾波器，同時提供軟件可編程增益?？紤]現(xiàn)場測試的復(fù)雜性，后備了直流電源SCXI－1382。
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