工程碩士論文：淺析機械工程測試系統(tǒng)虛擬儀器

工程碩士論文：淺析機械工程測試系統(tǒng)虛擬儀器

　　一、概述

　　機械工程測試系統(tǒng)的基本任務是從測試對象獲取反映其變化規(guī)律的動態(tài)信息。第一個環(huán)節(jié)是信號的傳感，將被測量的量或被觀察的量通過一個被測量傳感器或敏感元件轉(zhuǎn)換成一個電的、液壓的、氣動的或其他形式的物理量，被測的或被觀察的量與被轉(zhuǎn)換的輸出量之間根據(jù)可利用的物理定律應該具有一種明確的關(guān)系;第二個環(huán)節(jié)為信號的轉(zhuǎn)換和調(diào)理;第三個環(huán)節(jié)是是對這些信號進行分析處理以及顯示記錄，包括信號的時域分析、頻域分析、相關(guān)分析等。

　　二、虛擬儀器技術(shù)在機械工程測試系統(tǒng)中的應用現(xiàn)狀

　　隨著科技日益發(fā)展，對機械工程測試系統(tǒng)影響很大，特別是相對于傳統(tǒng)的測試系統(tǒng)。以前要用特定的儀器對信號進行分析，但是利用虛擬儀器組建的機械工程測試系統(tǒng)卻不用專用的儀器，而是利用計算機作為連接虛擬儀器軟硬件的平臺，信號源通過調(diào)理后數(shù)據(jù)采集卡就可以獲取數(shù)據(jù)進行分析處理測試系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了模擬測試儀器、計算機測試系統(tǒng)及虛擬儀器三個階段。現(xiàn)代機械工程測試技術(shù)以計算機為中心，計算機的發(fā)展必然促進測試技術(shù)和儀器的發(fā)展，虛擬儀器的產(chǎn)生也就水到渠成。

　　在機械工程測試系統(tǒng)中，應用虛擬儀器編的越來越普遍，因為很多傳統(tǒng)的硬件設備在虛擬儀器中都可以用軟件代替，從而降低了大量的設備浪費，降低了成本，并且還可以直觀化的顯示其結(jié)果，將多種的傳統(tǒng)儀器合并到一套虛擬儀器測試系統(tǒng)中，有利于編程，也有利于增強測試系統(tǒng)的準確度。

　　三、機械工程測試系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境

　　1.應變測試系統(tǒng)。虛擬式應變測試儀由硬件和軟件兩大部分組成，這里采用PC DAQ體系結(jié)構(gòu)組建虛擬儀器。其原因是因為PC DAQ系統(tǒng)是以數(shù)據(jù)采集板、信號調(diào)理電路和計算機為儀器硬件平臺組成的虛擬儀器系統(tǒng)，它充分利用了主流和普及的PC機總線、機箱、電源以及豐富的軟件，以極少的硬件就能形成功能完備的應變測試系統(tǒng)平臺，這種方案的性價比最佳。

　　2.位移測試系統(tǒng)。在工業(yè)生產(chǎn)中有著廣泛的應用，是機械量檢測的基礎，將機械量轉(zhuǎn)化成位移量來檢測是機電一體化技術(shù)的重要組成部分之一。對位移的檢測不僅為提高產(chǎn)品質(zhì)量和生產(chǎn)安全提供了重要數(shù)據(jù)，同時也為其他參數(shù)的檢測提供了基礎。

　　3.壓力測試系統(tǒng)。以液壓試驗平臺為測試平臺而進行的一系列機械量測量測試，以此液壓實驗臺做壓力信號源，隨著液壓系統(tǒng)向高壓、大功率、高精度方向發(fā)展，液壓系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)變得越來越復雜，故障率也隨之增加，安全問題日益突出，因此，在液壓系統(tǒng)工作過程中，需要確切的了解液壓系統(tǒng)內(nèi)部的壓力和流量等，對于防止系統(tǒng)出現(xiàn)意外故障和有效提高系統(tǒng)工作效率具有十分重要的— — 54——意義。

　　4.流量測試系統(tǒng)。以液壓試驗平臺為測試平臺而進行的一系列機械量測量測試，以此液壓實驗臺做流量信號源，以液壓實驗臺的對于液壓系統(tǒng)來說，最重要的兩個參數(shù)就是流量和壓力，兩個參數(shù)要求精度高，穩(wěn)定性好，易于調(diào)節(jié)。在多功能液壓測試試驗臺中，流量調(diào)節(jié)控制涉及到電機、變量泵、流量調(diào)節(jié)閥、排量反饋傳感器、電控模塊、流量傳感器、計算機、管路等多個環(huán)節(jié)，影響流量的有負載、壓力、溫度、泄漏等因素。在液壓測試中，要得到準確的流量參數(shù)、必須對流量調(diào)節(jié)各環(huán)節(jié)進行分析計算，確定各環(huán)節(jié)對流量的影響，并采取措施改善流量調(diào)節(jié)的精確性和穩(wěn)定性，以提高流量控制精度。

　　5.溫度測試系統(tǒng)。溫度是機械工業(yè)生產(chǎn)和科學研究實驗中的一個非常重要的參數(shù)，許多系統(tǒng)的工作都是在一定的溫度范圍內(nèi)進行的，需要測量溫度和控制溫度的場合及其廣泛。目前的溫度測量控制系統(tǒng)常采用單片機控制，該技術(shù)應用十分廣泛，但其編程復雜，控制不穩(wěn)定，系統(tǒng)的精度不高。而利用虛擬儀器開發(fā)和設計的溫度測量系統(tǒng)，采用普通PC機為主機，利用圖形化可視軟件LabVIEW為軟件開發(fā)平臺，監(jiān)測溫度的變化情況，采集數(shù)據(jù)并進行處理、存儲、顯示，設備成本低，方便靈活。

　　四、機械測試系統(tǒng)總體設計思路

　　對傳統(tǒng)的機械工程測試系統(tǒng)測試過程及傳統(tǒng)的測試儀器和現(xiàn)有的虛擬測試系統(tǒng)進行對比研究后，可見系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)：

　　1.機械工程測試系統(tǒng)采用模塊化結(jié)構(gòu)，可在一個測試系統(tǒng)中同時組建應變、位移、壓力、流量和溫度測試系統(tǒng)。并且每個測試系統(tǒng)用模塊化進行設計前后面板，方便程序設計和用戶操作與控制。

　　2.采用數(shù)據(jù)庫對數(shù)據(jù)進行存儲、管理和查詢。基于需要對測試數(shù)據(jù)進行存儲、調(diào)用、管理和查詢，并且處理的數(shù)據(jù)量大，可設計通過數(shù)據(jù)庫來存儲、管理和查詢數(shù)據(jù)，建立一個Access數(shù)據(jù)源，通過ADO 數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)，充分利用ADO的靈活性，通過編程模型實現(xiàn)對數(shù)據(jù)庫的操作，執(zhí)行用戶命令，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的管理。

　　3.測試儀選用的模型是‘堞單選擇結(jié)構(gòu)”。在后面板中利用case結(jié)構(gòu)完成在前面板中不同的按鈕選擇，選擇好一個測試以后，測試儀就可獨立工作。

　　4.前后面板的人性化設計。包括前面板和程序框圖兩部分，系統(tǒng)前面板由參數(shù)設置和五個測試系統(tǒng)構(gòu)成。

　　五、結(jié)論

　　終上所述，以虛擬儀器LabVIEW 為一48一開發(fā)平臺，按照機械工程測試系統(tǒng)的要求，充分利用已有的標準化系統(tǒng)資源，開發(fā)便于更新、機動靈活、成本低廉、中文界面的機械工程測試系統(tǒng)，是提高測試綜合應用效率的有效途徑。

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