基于虛擬儀器的平面機構創(chuàng)意組合實驗臺測控系統(tǒng)設

2．1 系統(tǒng)硬件設計
本系統(tǒng)采用PXI-1024組合式機箱，為系統(tǒng)提供了堅固的模塊化封裝結構，其具有8個PXI／Compact PCI插槽，第一槽是系統(tǒng)控制器，其余7個插槽是外圍擴展槽，可用于安裝數(shù)據(jù)采集卡，示波器等；機箱還具有高性能PXI背板，可以獨立地向每個外圍擴展槽提供PXI10 MHz(PXI-CLKl0)系統(tǒng)時鐘信號，用于多模塊的同步測量或是系統(tǒng)控制。
同時選取了PXI-6251型多功能數(shù)據(jù)采集卡，插入機箱的左端第三個插槽。
物理信號的獲得通過傳感器實現(xiàn)，其中編碼器采集轉(zhuǎn)角信號，角位移傳感器采集擺角信號，直線位移傳感器采集線位移信號。
對于數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)來說，由于來自于電力線或機器的影響，會產(chǎn)生噪聲信號，對于這種情況，采用低通濾波器來實現(xiàn)最大程度的抑制。另外，由于采樣率低而產(chǎn)生信號混疊，奈奎斯特定理指出，如果對一種模擬信號進行采樣，所有頻率超過1／2采樣率的信號都會以一種低頻率信號的方式出現(xiàn)。只有在采樣前把所有頻率超過1／2采樣率的信號消除才能避免這種失真?；谝陨蟽煞N可能出現(xiàn)噪聲信號的原因，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，利用兩個以上的加法器、積分器等組成的運算放大電路，根據(jù)要求的傳遞函數(shù)，引入適當?shù)姆答?，構成濾波電路。其突出特點是電路靈敏度低，特性非常穩(wěn)定，并可實現(xiàn)多種濾波功能，這里使用低通濾波抑制部分噪聲信號。具體電路如圖4所示。

構成低頻濾波器時，電路固有頻率(單位：Hz)和通帶增益如下：

2．2 軟件實現(xiàn)
軟件是檢測系統(tǒng)的靈魂。本實驗臺測控系統(tǒng)應用虛擬儀器圖形化軟件LabVIEW，該軟件具有運算速度快、界面友好、人機交換便捷、操作直觀方便等特點。該測試系統(tǒng)的主程序界面如圖5所示：實現(xiàn)對所測試的不同項目進行有效選擇，并在選擇好輸入項目的基礎上，從主程序界面中選擇所要測試的項目，點擊，則系統(tǒng)進入所要進行的性能測試系統(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)動程序模塊封裝在組件中，當測試要求改變需要更換新的儀器硬件時，只需更新相應參數(shù)，并且保證它對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)中正常運行。
2．2．2 傳感器數(shù)據(jù)的標定
傳感器的標定就是通過試驗建立傳感器輸入量與輸出量之間的關系。利用已知的標準值輸入到待標定的傳感器中，傳感器得到相應的輸出量，將輸出量與輸入的標準量繪制成曲線即得標定曲線，通過標定曲線可以得出輸入量與輸出量之間的關系式，從而可以確定標定系數(shù)。利用標定的數(shù)據(jù)作為測量數(shù)據(jù)輸入提高了傳感器的使用精度。