虚拟仪器在蚕茧无损质量检测中的应用.docx

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1、虚拟仪器在蚕茧无损质量检测中的应用ronggang导语：本文介绍了虚拟仪器技术在蚕茧无损质量检测中的应用摘要：本文介绍了虚拟仪器技术在蚕茧无损质量检测中的应用。将虚拟仪器技术引入到蚕茧无损检测中，并在虚拟仪器的软硬件平台上利用LabVIEW软件的MatlabScript节点功能和LabVIEW图形化的编程环境构建了一个功能强大的数据收集和信息处理平台。关键词：虚拟仪器;LabVIEW;数据收集;蚕茧检测1.引言虚拟仪器即在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户设计定义具有虚拟面板、测控功能和数据处理完美结合的一种计算机仪器系统1。它以其简单直观的图形化编程方式、诸多源码级的设备驱动程序、丰富实

2、用的分析表达功能等为用户快速地构造自己的仪器系统提供了良好的环境。本文将虚拟仪器技术应用到蚕茧无损质量检测中，为蚕茧无损质量检测仪的研制提供了便捷和友好的实验平台，使得数据处理结果更直观，分析处理更方便，加快了系统开发的速度，节省了研发费用。2.检测系统的硬件构成蚕茧无损检测方法的根本原理是：将蚕茧装在夹具中，利用LabVIEW软件编程控制数据收集卡产生正弦激振信号经过功率放大器驱动激振器工作，进而使夹具和蚕茧振动，将振动加速度信号送到信号调理器进展信号放大，由LabVIEW软件控制的数据收集卡收集经过信号调理了的信号，并以此信号为根据来推断茧壳的重量。检测系统的组成框图如图1所示。图1：检测

3、系统原理图实验所用到的硬件有：美国NI公司的PCI-6014多功能16位数据收集卡、美国Lance公司的LC0120加速度传感器及LC0208信号调理器、702所的2204永磁激振器、7111型功率放大器以及计算机一台。LabVIEW软件提供了各种图形化驱动程序，利用LabVIEW提供的图形化驱动程序驱动各种总线的I/O接口设备，对被测信号放大和收集控制，并通过编写相应的处理程序对收集信号进一步分析处理。LabVIEW软件可以驱动PCI-6014数据收集卡，可以收集10V的电压信号，精度2.003mv，它不仅具有模数A/D转换功能，还具有数模转换D/A功能，可通过LabVIEW编程输出高精度正

4、弦鼓励信号。通过LabVIEW软件控制收集卡的工作，模拟输出端口AO用于产生鼓励信号驱动激振器工作;收集卡的模拟输入端口与信号调理器相连，收集经过信号调理了的振动加速度信号。3.系统软件设计虚拟仪器的核心内容是检测系统软件的开发。LabVIEW软件能极大地进步效率、缩短设计周期。为了增强其对底层的控制才能及充分利用现有的代码资源，它提供了与Matlab、C等多种语言的接口。并且，LabVIEW软件自身附带的很多信号处理的子程序可以直接调用，用户可根据需要随时可以很方便地增加或者去掉某些功能模块，比方滤波器、窗函数、时域、频域、自功率谱、互功率谱、自相关函数、FFT分析等信号分析功能以及信号特征

5、量的计算和提取等。采用LabVIEW软件完成的检测系统软件由两大局部组成：一是实现虚拟面板功能的前面板frontpanel;二是有一定测试和处理功能的程序图或者称之为流程图blockdiagram。各个功能模块可以单独创立子程序SubVI，然后在主程序中调用它。完成所有检测功能的流程图局部主要分为三大局部：1信号发生器模块;2数据收集和保存模块;3具有数据处理和特征提取功能的Matlab节点程序。LabVIEW软件是基于数据流编程的，从程序图中就可以很清楚的看到数据的流向，要实现信号发生器与数据收集以及其他复杂的功能模块如自动控制信号发生器的停顿与运行、循环自动收集、自动保存数据、自动改变文件

6、名、自动判别系统状态等同步运行而不互相干扰，就需要考虑准确的时序控制问题。为了减少编程难度，笔者将两个功能分开运行，信号发生器模块作为一个程序单独运行，其他模块那么放在数据收集程序中。由于Windows操纵系统多线程的特点，两个程序均可以独立稳定的运行。同时，由于LabVIEW软件提供了全局变量的功能，使得独立运行的程序之间可以通过全局变量相互传送数据和控制指令以及结合监视系统的运行状态，进而实现了系统在时间上的统一控制，为蚕茧的科学检测进展提供了可靠的保障。3.1虚拟信号发生器模块普通的信号源一般精度不高，稳定性也不够好，高精度信号源价格一般比拟昂贵，应用虚拟仪器的软硬件即可得到高稳定性和高

7、精度的信号发生器。如图3所示，所设计的虚拟信号发生器与传统的仪器在面板上根本上是一样的，操纵起来很方便。在虚拟信号发生器的前面板中可以设置通道参数和波形参数，波形显示区可以显示输出信号的波形，便于观察和调整。信号发生器通过全局变量由数据收集程序控制，实现了整个系统时序上的统一。图3：虚拟信号发生器信号发生器节点程序核心局部如图4所示。LabVIEW软件将子程序封装成一个个小图标的形式给用户调用，用户只需要按照自己的需要调用和连接相关子程序Subvi并进展一些参数设置即可完成强大的测试功能。图4：信号发生器程序图3.2数据收集和保存模块通过前面板用户可以设置每组的收集次数、每次收集时间间隔，还可

8、以修改收集频率和每次收集的点数。在此仅给出了数据保存模块的框图节点程序，如图5所示。数据保存模块可以设置数据存储的初始途径，笔者以收集蚕茧的组数为一个变量，如图5中的本批已收集组，每收集完一组数据自动加1，应用LabVIEW软件提供的字符串处理功能，可实现每收集完一组蚕茧程序自动根据收集的批次改变和生成文件名并进展保存，到达了无人值守的目的，以便数据处理的自动化。图5自动数据保存与改变文件名程序图3.3数据处理Matlab节点程序LabVIEW软件固然具有友好的人机操纵界面、编程轻易，但是它所提供的信号分析功能却有限，MATLAB固然具有强大的信号分析与处理才能，但它不能方便地实现与信号收集设

9、备的数据通讯，且较难设计出良好的人机交互界面。LabVIEW软件提供了与Matlab等多种语言的接口2，这就使得LabVIEW软件的友好编程界面和Matlab的强大数据处理才能有机的结合在一起。为了简化调用经过，LabVIEW提供了MatlabScript节点。LabVIEW使用ActiveX技术执行该节点，启动一个MATLAB进程。这样用户就可以很方便地在自己的LabVIEW应用程序中使用MATLAB，包括执行MATLAB命令、使用功能丰富的各种工具箱，如小波包工具箱、神经网络工具箱NeuralNetworkToolbox、优化工具箱OptimizationToolbox等。图6是LabVI

10、EW软件的Matlab节点工作原理图。图6：LabVIEW中Matlab节点的原理图LabVIEW通过数据收集或者仿真生成的原始信号和信号处理参数通过LabVIEW与Matlab接口传给Matlab相应的功能函数，完成信号分析和处理功能，最后将处理结果回传给LabVIEW显示或者进展下一步数据处理。图7以信号的小波去噪为例讲明了LabVIEW软件中MatlabScript节点的应用。从图7可以看出，在LabVIEW软件的MatlabScript节点中用db10小波函数对输入信号X进展了5层小波分解4，得到了高频噪音和去噪后的低频信号。由于篇幅有限小波去噪前面板和效果图在此略。图7：LabVIE

11、W中小波消噪Matlab节点程序数据处理局部在用户面板的后台运行，对收集的数据进展相应的处理，包括信号的滤波、特征提取和神经网络识别等。3.4检测仪器面板所设计的检测仪器面板如图8所示，系统进入稳定状态后自动启动检测程序收集数据并经过分析得到结果，给出蚕茧等级。所有经过均由检测系统自动控制完成，同时可以根据用户情况增加历史数据保存功能，以便进一步的分析处理。图8：检测仪器前面板4.结论及展望虚拟仪器作为新兴的仪器仪表，由于其突出的优点使得它广泛应用于工业消费的各个领域。将LabVIEW构建的虚拟仪器应用到蚕茧无损质量检测中实现了蚕茧振动信号的自动数据收集和对检测系统状态和稳定性的在线监测以及对

12、信号发生器的准确控制，并结合LabVIEW提供的MatlabScript节点程序扩展了测试系统的功能，进而为蚕茧无损质量检测系统提供了功能强大、操纵简单、界面友好的振动检测平台。参考文献 1张凯,周陬,郭栋编著，LabVIEW虚拟仪器工程设计与开发【M】.北京：国防工业出版社，2003，18 2刘君华，郭会军，赵向阳，贾惠芹编著.基于LabVIEW的虚拟仪器设计【M】.北京：电子工业出版社，2003，115130 3蔡辉，王志贤，张合新，信号处理在虚拟仪器测试系统中的应用【J】.国外电子测量技术，2003年第4期，2831 4飞恩科技产品研发中心编著，MATLAB6.5辅助小波分析与应用【M】.，北京：电子工业出版社，2003.1，3742