基于虚拟仪器的机械工程测试系统开发dkkz.docx

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1、基于虚拟拟仪器的的机械工工程测试试系统开开发摘要：随随着机械械产品的的机电一一体化和和生产过过程自动动化程度度的不断断提高，机机械工程程测试系系统越来来越复杂杂，它已已成为整整个机械械设备研研制、开开发、应应用和教教学过程程中不可可或缺的的组成部部分。关键词：机械参参数；测测试系统统；虚拟拟仪器；一、机械械工程测测试系统统概述测试是测测量与试试验的简简称，测测试中最最基本的的是测量量。测量量是利用用各种装装置对可可观测量量(或称称被测参参数)进进行定性性和定量量的过程程。测试试的基本本任务是是获取信信息。测测试是发发展和检检验自然然科学理理论的实实践基础础。在工工程技术术领域，由由于实际际研究

2、对对象的复复杂性，很很多问题题难以进进行完善善的理论论分析、推推导和计计算，所所以必须须通过试试验来获获得研究究对象的的状态，变变化和特特征等，这这正是通通过测试试来实现现的。测测试技术术正是研研究有关关测试方方法、测测试手段段和测试试理论的的科学，它它应用于于不同的的领域并并在各个个自然科科学研究究领域起起着重要要作用。特特别是现现在机械械工程测测试技术术引起了了大型工工业企业业和高等等院校极极大的重重视。机械工程程测试系系统的基基本任务务是从测测试对象象获取反反映其变变化规律律的动态态信息，一一个功能能完善的的机械工工程测试试系统由由传感器器、信号号转换装装置、信信号分析析处理装装置和显显

3、示与记记录等功功能模块块组成，无无疑，讨讨论和设设计机械械工程测测试系统统及其构构成要素素，是十十分有意意义的。测试系统统的第一一个环节节是信号号的传感感，即是是将被测测量的量量或被观观察的量量通过一一个被测测量传感感器或敏敏感元件件转换成成一个电电的、液液压的、气气动的或或其他形形式的物物理量，被被测的或或被观察察的量与与被转换换的输出出量之间间根据可可利用的的物理定定律应该该具有一一种明确确的关系系。传感感器就是是用来完完成这种种转换的的装置。第二个环环节为信信号的转转换和调调理。被被测物理理量经传传感环节节被转换换为电阻阻、电容容、电感感或者电电压、电电流、电电荷等电电参量的的变化，由由

4、于在测测试过程程中不可可避免地地遭受各各种内、外外干扰因因素的影影响，且且为了用用被测信信号驱动动显示、记记录和控控制等仪仪器或进进一步将将信号输输入计算算机进行行数据处处理。因因此经传传感后的的信号尚尚需进过过调理、放放大、滤滤波、运运算分析析等一系系列加工工处理，以以抑制干干扰噪声声、提高高信噪比比，便于于进一步步传输和和后续环环节中的的处理。第三个环环节是是是对这些些信号进进行分析析处理以以及显示示记录，包包括信号号的时域域分析、频频域分析析、相关关分析等等。原始始波形显显示、处处理后波波形显示示等。从从而还可可以分析析出机械械运转的的工况等等。二、虚拟拟仪器技技术在机机械工程程测试系系

5、统中的的应用现现状科学技术术的日益益发展，对对现在的的机械工工程测试试系统影影响很大大，特别别是相对对于传统统的测试试系统来来讲。以以前要用用特定的的仪器对对信号进进行分析析，但是是利用虚虚拟仪器器组建的的机械工工程测试试系统却却不用专专用的仪仪器，而而是利用用计算机机作为连连接虚拟拟仪器软软硬件的的平台，信信号源通通过调理理后数据据采集卡卡就可以以获取数数据进行行分析处处理。现现代计算算机技术术对机械械工程测测试技术术和仪器器的发展展产生了了革命性性的影响响。测试系统统的发展展经历了了模拟测测试仪器器、计算算机测试试系统及及虚拟仪仪器三个个阶段。现现代机械械工程测测试技术术以计算算机为中中心

6、，计计算机的的发展必必然促进进测试技技术和仪仪器的发发展。在在此背景景下，虚虚拟仪器器的产生生也就水水到渠成成。在虚拟仪仪器中，软软件是虚虚拟仗器器系统的的关键，目目前国内内外这种种软件主主要有美美国DSSP公司司的DAADISSP软件件，以实实验后数数据处理理分析和和表示见见长美国国NI公司司的系列列虚拟仪仪器开发发平台(LabbVIEEW、LLabWWinddowss/CVVI、VVirttuallBennch和和CommponnenttWorrks)、美国国QUAATECCH公司司的DAASLaab软件件包和惠惠普公司司的VEEE软件件平台都都是可以以搭建虚虚拟测试试系统的的软件平平台，

7、以以图形化化编程和和界面灵灵活见长长。由于PCC的功能能变得越越来越强强大，速速度快，价价格低，在在标准PPC上连连接一个个或多个个仪器模模块构成成测试仪仪器成为为一种趋趋势。这这种仪器器即为虚虚拟仪器器。虚拟仪器器的软件件开发平平台LaabVIIEW中中，“所见即即所得”的可视视化技术术是应用用于测试试领域的的雏形。虚虚拟仪器器注重测测试人员员在进行行工作中中的感觉觉。用仿仿真的面面板给人人以真实实仪器的的感觉，用用丰富的的曲线图图像向测测试人员员传递信信息，是是虚拟现现实技术术在机械械工程测测试领域域中的广广泛应用用趋势。在机械工工程测试试系统中中，应用用虚拟仪仪器编的的越来越越普遍，因因

8、为很多多传统的的硬件设设备在虚虚拟仪器器中都可可以用软软件代替替，从而而降低了了大量的的设备浪浪费，降降低了成成本，并并且还可可以直观观化的显显示其结结果，将将多种的的传统仪仪器合并并到一套套虚拟仪仪器测试试系统中中，有利利于编程程，也有有利于增增强测试试系统的的准确度度。三、.机机械工程程测试系系统开发发环境（一）应应变测试试系统虚拟应变变测试硬硬件系统统组成如如下:图1虚拟拟应变测测试硬件件系统虚拟式应应变测试试仪由硬硬件和软软件两大大部分组组成，这这里采用用PC-DAQQ体系结结构组建建虚拟仪仪器。其其原因是是因为PPC-DAQQ系统是是以数据据采集板板、信号号调理电电路和计计算机为为仪

9、器硬硬件平台台组成的的虚拟仪仪器系统统，它充充分利用用了主流流和普及及的PCC机总线线、机箱箱、电源源以及丰丰富的软软件，以以极少的的硬件就就能形成成功能完完备的应应变测试试系统平平台，这这种方案案的性价价比最佳佳。下图是一一个模拟拟信号的的数据采采集过程程示意图图，从这这个图中中可以看看到模拟拟的信号号通过设设定的通通道以后后，再经经过多路路开关，经经过刀DD转换等等将模拟拟信号变变为数字字信号，这这些信号号到达计计算机中中，计算算机中的的已经编编好的LLabVVIEWW程序对对其信号号进行分分析处理理。图2 数数据采集集过程中中模拟信信号对信号进进行采集集时，采采样频率率、采样样通道以以及

10、采样样点数是是需要用用户设定定的参数数，用户户通过前前面板的的参数选选择项根根据实际际需要进进行设置置，这些些范围和和数据采采集卡的的精度有有关。本本文设计计的应变变测试这这一块，对对与满足足数据采采集卡精精度要求求的应变变信号，都都可以通通过数据据采集卡卡，并对对其进行行相关设设定的分分析。（二）位位移测试试系统位移检测测技术在在工业生生产中有有着广泛泛的应用用。位移移检测是是机械量量检测的的基础，将将机械量量转化成成位移量量来检测测是机电电一体化化技术的的重要组组成部分分之一。对对位移的的检测不不仅为提提高产品品质量和和生产安安全提供供了重要要数据，同同时也为为其他参参数的检检测提供供了基

11、础础。实现位移移测量的的关键是是信号的的转换即即传感器器的选用用。本文文对位移移的测量量通过电电涡流位位移传感感器CWWY-DDO-5044将位移移信号转转化为电电压信号号进行测测量;通通过传感感器把非非电量转转化成相相应的电电压信号号，再经经过信号号调理电电路进行行测量。在测量量过程中中，为了了保证测测试系统统的可靠靠性与测测试精度度，在测测试系统统的设计计过程中中必须注注意传感感器地选选择、信信号调理理模块的的选择以以及系统统抗干扰扰设计。图3电涡涡流位移移传感器器CWY-DDO-5044在进行位位移测量量时，本本检测系系统可以以将位移移量转换换成电压压信号供供数据采采集卡。在在执行机机构

12、带动动位移传传感器运运动时可可以进行行电压信信号的采采集，最最后通过过标定将将电压信信号转换换成相应应的位移移信号，实实现位移移的测量量。位移移信号经经过调理理后，传传输到数数据采集集卡中，数数据采集集卡选用用NI公司司生产的的PXLL-62251多多功能数数据采集集卡。（三）压压力测试试系统本测试系系统是以以液压试试验平台台为测试试平台而而进行的的一系列列机械量量测量测测试，以以此液压压实验台台做压力力信号源源，随着着液压系系统向高高压、大大功率、高高精度方方向发展展，液压压系统的的结构变变得越来来越复杂杂，故障障率也随随之增加加，安全全问题日日益突出出，因此此，在液液压系统统工作过过程中，

13、需需要确切切的了解解液压系系统内部部的压力力和流量量等，这这对于防防止系统统出现意意外故障障和有效效提高系系统工作作效率具具有十分分重要的的意义。所所以本系系统选取取液压试试验平台台的液压压管道压压力为被被测对象象。图4压力力测试硬硬件组成成图数据采集集是LaabVIIEW的的核心技技术之一一，也是是LabbVIEEW与其其他编程程语言相相比较的的优势所所在。使使用LaabVIIEW的的DAQQ技术，模模拟信号号数据采采集是LLabVVIEWW的DAAQ中的的一个主主要功能能，为用用户提供供了功能能强大、方方便快捷捷的模拟拟信号采采集解决决方案。压力信号号经过调调理后，传传输到数数据采集集卡中

14、，数数据采集集卡选用用NI公司生生产的PPXI-62551多功功能数据据采集卡卡，其主主要功能能参数如如下:1)166路模拟拟输入通通道，116位精精度，11.255MS/S采样样率;2)2路路模拟输输出，116位精精度，22.8Ms/s输出出速度;3)244路数字字I/O，22路定时时计数器器（四）流流量测试试系统本测试系系统是以以液压试试验平台台为测试试平台而而进行的的一系列列机械量量测量测测试，以以此液压压实验台台做流量量信号源源，以液液压实验验台的对对于液压压系统来来说，最最重要的的两个参参数就是是流量和和压力，两两个参数数要求精精度高，稳稳定性好好，易于于调节。在在多功能能液压测测试

15、试验验台中，流流量调节节控制涉涉及到电电机、变变量泵、流流量调节节阀、排排量反馈馈传感器器、电控控模块、流流量传感感器、计计算机、管管路等多多个环节节，影响响流量的的有负载载、压力力、温度度、泄漏漏等因素素。在液液压测试试中，要要得到准准确的流流量参数数、必须须对流量量调节各各环节进进行分析析计算，确确定各环环节对流流量的影影响。并并采取措措施改善善流量调调节的精精确性和和稳定性性。以提提高流量量控制精精度。根据本液液压系统统实验台台，流量量传感器器要求流流量变化化范围:0.66-6m3/h，精精度要求求:1级级。图5涡轮轮流量传传感器的的结构通过信号号调理后后的信号号可以与与数据采采集卡设设

16、备相连连，通常常情况下下数据采采集设备备是一个个数据采采集卡，与与计算机机的连接接可以采采用多种种方式。NNI的数据据采集设设备支持持的总线线类型包包括PCI、PPCIEExprresss、PXI、PPCMCCIA、UUSB、CompactFlash、Ethernet以及火线等各种总线。本文选用PXI总线的PXL-6251多功能数据采集卡。利用LabVIEW的NI-DAQmx软件，选择物理通道和任务输入通道进行流量信号采集。3.5温温度测试试系统温度是机机械工业业生产和和科学研研究实验验中的一一个非常常重要的的参数，许许多系统统的工作作都是在在一定的的温度范范围内进进行的，需需要测量量温度和和

17、控制温温度的场场合及其其广泛。目目前的温温度测量量控制系系统常采采用单片片机控制制，该技技术应用用十分广广泛，但但其编程程复杂，控控制不稳稳定，系系统的精精度不高高。而利利用虚拟拟仪器开开发和设设计的温温度测量量系统，采采用普通通PC机机为主机机，利用用图形化化可视软软件LaabVIIEW为为软件开开发平台台，来监监测温度度的变化化情况，采采集数据据并进行行处理、存存储、显显示等。设设备成本本低，使使用方便便灵活。图6 PPtl000电阻阻温度传传感器模块化设设计数据据采集，数数据采集集模块的的设计对对后续的的数据显显示和分分析结果果以及整整个系统统功能的的实现，具具有直接接影响，本本文利用用

18、M公司司的DAAQ(DDataaAcQQulssitiion)卡及其其驱动程程序设计计这一模模块，充充分利用用集成的的功能全全面的DDAQ函函数库和和子VII，设计计可以实实现对数数据采集集的控制制，包括括触发控控制、通通道控制制等的数数据采集集模块。4.机械械测试系系统总体体设计思思路在对传统统的机械械工程测测试系统统测试过过程及传传统的测测试仪器器和现有有的虚拟拟测试系系统进行行对比研研究后，本本文的系系统总体体的结构构为:(1)本本文设计计开发的的机械工工程测试试系统采采用模块块化结构构，可以以在一个个测试系系统中同同时组建建应变、位位移、压压力、流流量和温温度测试试系统。并并且每个个测

19、试系系统用模模块化进进行设计计前后面面板，方方便程序序设计和和用户操操作与控控制。(2)采采用数据据库对数数据进行行存储、管管理和查查询。基基于需要要对测试试数据进进行存储储、调用用、管理理和查询询，并且且处理的的数据量量大，本本文设计计通过数数据库来来存储、管管理和查查询数据据。建立立一个AAcceess数数据源，通通过ADDO数据据库访问问技术，充充分利用用ADOO的灵活活性，通通过编程程模型实实现对数数据库的的操作，执执行用户户命令，实实现对数数据的管管理。利利用ADDO技术术的LaabVIIEW数数据库访访问包-LabbSQLL，用户户可以直直接在LLabVVIEWW中以调调用子VVI

20、的方方式实现现对数据据库的访访问。(3)每每个测试试仪在进进行设计计时，选选用的模模型是“菜单选选择结构构”。在后后面板中中利用“casse”结构完完成在前前面板中中不同的的按钮选选择，选选择好一一个测试试以后，这这个测试试仪就可可独立的的工作。在在完成相相关的需需要的工工作后可可以选择择退出，也也可以选选择进入入到另一一个测试试仪。利利用菜单单编辑器器对程序序进行编编辑，要要改变程程序的操操作项直直接从菜菜单编辑辑器中修修改，为为程序作作总体设设计。(4)前前后面板板的人性性化设计计。程序序设计包包括前面面板和程程序框图图两部分分，系统统前面板板由参数数设置和和五个测测试系统统构成。当当用户

21、在在前面板板操作相相应的功功能时，后后面板的的程序框框图有与与之协调调的字VVI运行行，这样样可以保保证运行行操作的的同步性性和准确确性。同同时在前前台对话话框有供供测试人人员填写写参数或或者选择择功能界界面。为为了便于于后续人人员按自自己的要要求进行行小范围围修改，后后面板程程序框图图也以直直观简洁洁的方式式进行设设计。图8系统统总体结结构5.结论论本文以虚虚拟仪器器LabbVIEEW为开开发平台台，按照照机械工工程测试试系统的的要求，充充分利用用已有的的标准化化系统资资源，开开发了便便于更新新、机动动灵活、成成本低廉廉、中文文界面的的机械工工程测试试系统，提提高了测测试的综综合应用用效率。

22、参考文献献1张张朝晖.检测技技术及应应用MM.北京京:中国国计量出出版社，220055.100:266-292戴戴鹏飞.测试工工程与LLabVVIEWW应用M.北京:电子工工业出版版社，2200663廖廖高华，王王颖.机机械量综综合测试试系统的的设计J.机械设设计与制制造，220077，(lll):77-794张张子刚.基于LLabVVIEWW的虚拟拟实验仪仪器设计计研究D.长春:长春理理工大学学，20007.055江江小霞等等.工程程机械液液压测试试系统的的研发与与应用J.福州大大学学报报(自然然科学版版)，220088，366(5):7004-70886顾顾斌.LLabVVIEww环境下下温度测测控系统统的深入入研究与与实现D.上海:东华大大学，220088.022