抗高過載加速度計(jì)特性試驗(yàn)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書</b></p><p><b>　　抗高過載加速度計(jì)</b></p><p>　　特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p>　　評(píng) 閱 人：

2、 </p><p><b>　　20**年6月</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　發(fā)任務(wù)書日期: 20** 年3月1 日</p><p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書</p><p>　　畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù)

3、 書</p><p>　　抗高過載加速度計(jì)特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘要:</b></p><p>　　本文介紹了一種基于虛擬儀器技術(shù)的抗高過載加速度的特性測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用NI公司的LabVIEW開發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了加速度的靜態(tài)特性、動(dòng)態(tài)特性及恢復(fù)特性的自動(dòng)測試，完成數(shù)據(jù)采集、測試的控制、實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與基本分析處

4、理功能，提高了測試的精度和效率，為進(jìn)一步分析加速度計(jì)的性能提供了有效的幫助。</p><p>　　關(guān)鍵詞：加速度計(jì)，測試系統(tǒng)，LabVIEW，虛擬儀器</p><p>　　The Software design of a resisting overload measuring system for accelerometer</p><p><b>　　

5、Abstract:</b></p><p>　　In this paper, a resisting overload measuring system for accelerometer is introduced, which is based on virtual instrument technology and developed under LabVIEW integration deve

6、loping platform of NI company. It realizes static characteristic, dynamic characteristic and recover characteristic automatic testing for accelerometer and accomplishes data acquisition, testing controlling and real time

7、 displaying, data storage and analysis. The testing precision and efficiency are greatly increased.</p><p>　　Key words: Accelerometer，Measuring system，LabVIEW，Virtual instrument</p><p><b>

8、　　目 錄</b></p><p><b>　　緒論1</b></p><p><b>　　1.1引言1</b></p><p>　　1.2加速度計(jì)測試系統(tǒng)的發(fā)展1</p><p>　　1.3基于虛擬儀器的測試系統(tǒng)2</p><p>　　1.4

9、國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀2</p><p>　　1.5本課題完成的工作和研究內(nèi)容3</p><p>　　2.抗高過載加速計(jì)特性試驗(yàn)系統(tǒng)原理4</p><p>　　2.1加速度計(jì)概述4</p><p>　　2.2典型加速度計(jì)的介紹4</p><p>　　2.3特性試驗(yàn)系統(tǒng)的靜態(tài)特性及標(biāo)定7</p>

10、;<p>　　2.4特性試驗(yàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性9</p><p>　　2.5特性試驗(yàn)系統(tǒng)的恢復(fù)特性11</p><p>　　3.虛擬儀器概述12</p><p><b>　　3.1前言12</b></p><p>　　3.2虛擬儀器的概念12</p><p>　　3.

11、3虛擬儀器的基本構(gòu)成13</p><p>　　3.4虛擬儀器的特點(diǎn)14</p><p>　　3.5虛擬儀器的應(yīng)用15</p><p>　　3.6虛擬儀器的未來趨勢16</p><p>　　4.LabVIEW技術(shù)18</p><p><b>　　4.1前言18</b><

12、/p><p>　　4.2LabVIEW概述18</p><p>　　4.3LabVIEW開發(fā)程序過程19</p><p>　　4.4 LabVIEW的數(shù)據(jù)顯示21</p><p>　　4.5 LabVIEW的優(yōu)點(diǎn)22</p><p>　　4.6 LabVIEW的應(yīng)用范圍23</p><

13、;p>　　5. 基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集25</p><p><b>　　5.1概述25</b></p><p>　　5.2LabVIEW的數(shù)據(jù)采集25</p><p>　　5.3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)26</p><p>　　5.4 LabVIEW中的數(shù)據(jù)采集程序27</p>&l

14、t;p>　　5.5數(shù)據(jù)采集卡的選擇29</p><p>　　6. 基于LabVIEW的抗高過載加速度計(jì)的特性測試系統(tǒng)32</p><p>　　6.1開始部分模塊32</p><p>　　6.2靜態(tài)特性模塊33</p><p>　　6.3動(dòng)態(tài)特性模塊35</p><p>　　6.4恢復(fù)特性模塊

15、36</p><p><b>　　7.結(jié)論37</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)38</b></p><p><b>　　致謝40</b></p><p><b>　　緒論</b></p><p><b&

16、gt;　　引言</b></p><p>　　測量加速度計(jì)的儀器叫加速度計(jì)。加速度計(jì)的種類繁多，按其變換器的不同，可分為機(jī)械的、光學(xué)的、液壓的、電氣的等等。每一種加速度計(jì)的測量范圍都是有局限性的，對(duì)于不同物體的加速度運(yùn)動(dòng)要選擇一定的加速度計(jì)進(jìn)行測量，被選取的加速度計(jì)的參數(shù)要選取合適，否則會(huì)影響測量的準(zhǔn)確性。</p><p>　　加速度計(jì)是測試系統(tǒng)中的重要敏感元件，在高精度及高過載

17、的測試系統(tǒng)中，對(duì)加速度計(jì)的性能提出了更高的要求，為此需要對(duì)加速度計(jì)進(jìn)行嚴(yán)格的測試和篩選。由于生產(chǎn)任務(wù)日益增加，因此對(duì)加速度計(jì)測試系統(tǒng)的性能提出了更高的要求，同時(shí)應(yīng)盡可能地加大自動(dòng)測試功能，減少測試人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。</p><p>　　隨著測試測量及自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各種測控系統(tǒng)及監(jiān)控平臺(tái)、醫(yī)療儀器、自控領(lǐng)域以及電力系統(tǒng)等。虛擬儀器技術(shù)采用特定的軟件取代相應(yīng)功能的電子線路，充分利用計(jì)算機(jī)

18、的軟硬件資源，共同完成傳統(tǒng)儀器的功能。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)是一種基于虛擬儀器技術(shù)的加速度計(jì)集成自動(dòng)測試系統(tǒng)，將加速度計(jì)的靜態(tài)性能測試、動(dòng)態(tài)性能測試及恢復(fù)特性測試等集成在一臺(tái)計(jì)算機(jī)中，完成數(shù)據(jù)采集、測試的控制與實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析處理等功能，為加速度計(jì)的性能分析與進(jìn)一步改進(jìn)以及加速度計(jì)的鑒定提供基礎(chǔ)。大大緩解了數(shù)據(jù)采集及分析中人力、物力的消耗。</p><p>　　加速度計(jì)測試

19、系統(tǒng)的發(fā)展</p><p>　　第一代測試設(shè)備主要由手動(dòng)多齒分度頭、加速度計(jì)控制回路、可逆計(jì)數(shù)器及打印機(jī)組成，所有的測試數(shù)據(jù)需要手錄并用計(jì)數(shù)器計(jì)算出結(jié)果。這種方式效率最低，勞動(dòng)強(qiáng)度大，易出錯(cuò)誤。第二代測試設(shè)備設(shè)計(jì)了數(shù)據(jù)采集接口線路，通過計(jì)算機(jī)總線傳遞信息，由測試人員通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行逐點(diǎn)運(yùn)算。但仍需人工操縱轉(zhuǎn)臺(tái)進(jìn)行多點(diǎn)翻轉(zhuǎn)，在每一個(gè)測試節(jié)點(diǎn)人工干預(yù)程序運(yùn)行，監(jiān)視測試結(jié)果，這樣重復(fù)幾個(gè)小時(shí)才能完成一塊加速度計(jì)的測試。在

20、加速度計(jì)需求多時(shí)，需用多人長達(dá)數(shù)月晝夜加班測試，工作效率需亟待提高。目前興起的第三代自動(dòng)化測試系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)處于核心地位，儀器的結(jié)構(gòu)概念和設(shè)計(jì)觀點(diǎn)等都發(fā)生了突破性的變化，出現(xiàn)了新的儀器概念――虛擬儀器。在虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用中，由于軟件集成了虛擬儀器的所有采集、控制、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果輸出和用戶界面的功能，使傳統(tǒng)儀器的某些硬件乃至整個(gè)儀器都被計(jì)算機(jī)軟件所代替。</p><p>　　基于虛擬儀器的測試系統(tǒng)</p&g

21、t;<p>　　在測試系統(tǒng)硬件平臺(tái)上，調(diào)用不同的測試軟件就構(gòu)成了不同功能的儀器。因此，軟件在系統(tǒng)中占有十分重要的地位。在大規(guī)模集成電路迅速發(fā)展的今天，系統(tǒng)硬件集成越來越簡化。反之，軟件越來越復(fù)雜、越來越重要，是未來發(fā)展和競爭的焦點(diǎn)。有專家預(yù)言：“在測試平臺(tái)上，下一次變革就是軟件”，并且有“硬件平臺(tái)確定后，軟件就是儀器”的說法。</p><p>　　虛擬儀器是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、現(xiàn)代測試技術(shù)、電子儀器技術(shù)

22、的發(fā)展而產(chǎn)生的一種新型儀器。虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)，徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義，用戶無法改變的模式。虛擬儀器技術(shù)給用戶一個(gè)充分發(fā)揮自己的才能、想象力的空間。用戶(而不是儀器廠家)可以隨心所欲地根據(jù)自己的需求，設(shè)計(jì)自己的儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的應(yīng)用需求。您所需要的只是一些必要的硬件加上通用計(jì)算機(jī)。</p><p>　　虛擬儀器是一種具有虛擬儀器面板的PC儀器，相對(duì)于傳統(tǒng)儀器在概念和功能上有重大突破，形成了新一代的所謂

23、“智能化測量控制儀表”，能解決許多傳統(tǒng)儀表不能或不易解決的難題，同時(shí)還起到了簡化儀表電路、提高儀器的可靠性、降低儀器的成本以及節(jié)約新產(chǎn)品的開發(fā)時(shí)間和難度的作用。它由通用PC機(jī)模塊化功能硬件和控制軟件構(gòu)成。操作人員可通過其友好的圖形化用戶界面以及圖形化編程語言來控制儀器的啟動(dòng)、運(yùn)行和結(jié)束，完成對(duì)被測試信號(hào)的數(shù)據(jù)采集、信號(hào)分析、譜圖顯示、波形圖顯示、故障診斷、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)回放以及控制輸出等功能。[1]</p><p&g

24、t;<b>　　國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀</b></p><p>　　現(xiàn)在國際上應(yīng)用最廣的虛擬儀器開發(fā)環(huán)境首推美國NI公司(National Instruments Corp.—國家儀器公司)的LabVIEW和HP公司(惠普公司)的VEE這兩種軟件。其中，VEE主要面向儀器控制；而LabVIEW功能相對(duì)更強(qiáng)、更全面。</p><p>　　目前航天航空領(lǐng)域已經(jīng)廣泛應(yīng)用虛擬儀器技

25、術(shù)。美國空軍采用一套基于VXI和LabVIEW的虛擬儀器測試系統(tǒng)，代替了三套傳統(tǒng)測試系統(tǒng)；美國Focus軟件公司和Sensor Developments公司采用虛擬儀器測試飛機(jī)飛行狀態(tài)中的螺旋槳應(yīng)力分布；西班牙采用虛擬儀器研究微重力條件下的燃燒；在1993年，NASA在哥倫比亞航天飛機(jī)飛行任務(wù)中采用虛擬儀器研究太空中宇航員的大腦如何處理內(nèi)耳信號(hào)、視覺以及其他感覺的聯(lián)合作用，以弄清宇航員的暈機(jī)狀況。[2]</p><p

26、>　　本課題完成的工作和研究內(nèi)容</p><p>　　本次設(shè)計(jì)是一套基于虛擬儀器技術(shù)的加速度計(jì)集成自動(dòng)測試系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用NI公司的LabVIEW開發(fā)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了加速度計(jì)的靜態(tài)性能、動(dòng)態(tài)性能及靈敏度性能的自動(dòng)測試，完成數(shù)據(jù)采集、測試的控制與實(shí)時(shí)顯示、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與分析處理以及所生成報(bào)表的瀏覽與打印等功能，提高了測試的精度和效率，為加速度計(jì)的性能分析與進(jìn)一步改進(jìn)提供基礎(chǔ)。</p><p>

27、　　本測試系統(tǒng)的程序框架從宏觀上講是一種多任務(wù)并行的運(yùn)行機(jī)制，設(shè)計(jì)了多個(gè)功能模塊，測試控制與顯示模塊為軟件系統(tǒng)的主模塊，進(jìn)行主體任務(wù)的調(diào)度工作及相關(guān)的數(shù)據(jù)流傳輸，其余的模塊也可以調(diào)用下一級(jí)的小模塊，并進(jìn)行數(shù)據(jù)流之間的傳輸，這樣層層調(diào)用，使測試系統(tǒng)完成所需的任務(wù)調(diào)度工作。</p><p>　　抗高過載加速度計(jì)特性實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)原理</p><p><b>　　加速度計(jì)概述</b&g

28、t;</p><p>　　物體的加速度運(yùn)動(dòng)有兩種形式：一種是純線加速度運(yùn)動(dòng)；一種是純角速度的圓周運(yùn)動(dòng)。一般加速度運(yùn)動(dòng)則是兩者皆有。測量加速度時(shí)常常存在兩個(gè)問題：一是測量加速度的最大值；二是測量加速度隨時(shí)間變化的函數(shù)關(guān)系。</p><p>　　測量加速度的儀器稱為加速度計(jì)。加速度計(jì)的種類多種多樣，按其變換器的不同可以分為機(jī)械的、光學(xué)的、液壓的、電氣的等等。在電氣加速度中又有電位計(jì)式、電感式、

29、接點(diǎn)式、電容式、電阻絲式、壓電式、電解液式等等。</p><p>　　典型加速度計(jì)的介紹[3]</p><p><b>　　硅電容加速度計(jì)</b></p><p>　　硅電容加速度計(jì)是出現(xiàn)最早、研究成果最多、應(yīng)用最廣的一類加速度計(jì)。它的基本結(jié)構(gòu)是由一個(gè)差動(dòng)電容器和檢測電橋兩部分組成的：差動(dòng)電容器有兩塊固定極板和一塊作為檢測質(zhì)量的可動(dòng)極板。當(dāng)被測

30、加速度使檢測質(zhì)量發(fā)生位移后，改變了極板間距，從而使電容器的電容量改變，由電橋?qū)⒃撟兓繖z出就獲得了被測加速度。硅電容加速度計(jì)的加工采用表面微加工、體微加工、絕緣體上外延半導(dǎo)體膜（SOI）和LIGA以等工藝。</p><p>　　圖2.1 硅電容加速度計(jì)</p><p><b>　　硅壓阻加速度計(jì)</b></p><p>　　這種加速度計(jì)一般由檢

31、測質(zhì)量、支承梁（橋）、采用硅微加工技術(shù)注人或擴(kuò)散入支承梁上的壓阻及其橋路組成。它的工作原理是，當(dāng)被測加速度作用到檢測質(zhì)量上后，使其發(fā)生運(yùn)動(dòng)，與它相連的懸臂支承梁由此產(chǎn)生彎曲變形，使梁上的壓阻阻值改變并由惠斯登電橋輸出相應(yīng)的電壓信號(hào)。即被測加速度與檢測質(zhì)量的位移量、壓阻阻值變化和電橋輸出相關(guān)。硅壓阻加速度計(jì)按結(jié)構(gòu)型式可分為懸臂梁、雙支承梁、4支支承梁（橋式）和雙質(zhì)量等4種。</p><p>　　圖2.2 硅壓阻加速

32、度計(jì)</p><p><b>　　壓電型加速度計(jì)</b></p><p>　　采用硅微加工技術(shù)可制成壓電和諧振器兩種型式的加速度計(jì)壓電型加速度計(jì)通常由壓電極板和檢測質(zhì)量組成，當(dāng)檢測質(zhì)量受到加速度作用后，兩極板間將產(chǎn)生電荷變化，經(jīng)放大和控制電路就可獲得被測加速度二諧振器型加速度計(jì)由檢測質(zhì)量和諧振器組成。當(dāng)檢測質(zhì)量受加速度作用后將改變諧振器的頻率。測量該頻率就可獲得加速度

33、值。</p><p><b>　　厚膜應(yīng)變加速度計(jì)</b></p><p>　　厚膜加速度計(jì)結(jié)構(gòu)與壓阻加速度計(jì)類似，主要區(qū)別是用厚膜電阻代替硅壓阻：它的結(jié)構(gòu)一般也是由基片、檢測質(zhì)量、支承梁、厚膜電阻及其檢測電路組成當(dāng)被測加速度作用到檢測質(zhì)量上并使其產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)后，使支承梁發(fā)生應(yīng)變并由擴(kuò)散在梁上的厚膜電阻及其橋路檢出。</p><p>　　圖2.3

34、壓電型和厚膜型加速度計(jì)</p><p><b>　　力平衡加速度計(jì)</b></p><p>　　傳統(tǒng)力平衡加速度計(jì)包括振弦式加速度計(jì)和靜電加速度計(jì)等：實(shí)際上，硅電容、壓電等敏感元件與力平衡反饋電路一起組成了力平衡加速度計(jì)。它的工作原理是，當(dāng)被測加速度以慣性力作用到檢測質(zhì)量上后，使它產(chǎn)生位移，而力平衡電路產(chǎn)生一個(gè)大小相等、方向相反的靜電力來與之平衡，又使位移變?yōu)榱悖捍藭r(shí)

35、的反潰輸出電壓正比于被測加速度。</p><p>　　圖2.4 力平衡加速度計(jì)</p><p><b>　　電子隧道型加速度計(jì)</b></p><p>　　由物理學(xué)可知，將尺寸很小（10-9 m）的極細(xì)探針和被研究物質(zhì)表面作為兩個(gè)電極，當(dāng)它們之間非常接近（<1um）時(shí)，在外電場作用下，電子會(huì)穿過這兩個(gè)電極從一極流向另一極，這就是隧道效應(yīng)。

36、實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)這兩極間距減少0.1nm，隧道電流將增加10倍，利用這種效應(yīng)可以測量加速度。電子隧道型加速度計(jì)通常由檢測質(zhì)量、支承梁、隧道探針和控制電路等部分組成。它的工作原理是，當(dāng)被測加速度使檢測質(zhì)量與隧道探針之間距離發(fā)生變化時(shí)，兩極間將產(chǎn)生巨大的電流變化，檢出這一變化信號(hào)就可測得加速度。</p><p><b>　　熱傳導(dǎo)加速度計(jì)</b></p><p>　　熱傳導(dǎo)加

37、速度計(jì)通常由熱源（加熱電阻）、檢測質(zhì)量和吸熱器件三部分組成：它的工作原理是，當(dāng)被測加速度作用到檢測質(zhì)量上后，將改變其位置而產(chǎn)生一個(gè)溫差變化．檢出這個(gè)變化值就可獲得被測加速度。</p><p>　　圖2.5 電子隧道型加速度計(jì)</p><p>　　特性試驗(yàn)系統(tǒng)的靜態(tài)特性及標(biāo)定</p><p><b>　　靜態(tài)特性</b></p>&

38、lt;p>　　測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性又稱刻度特性、標(biāo)準(zhǔn)曲線或校準(zhǔn)曲線。當(dāng)被測對(duì)象處于靜態(tài)，也就是測試系統(tǒng)的輸入為不隨時(shí)間變化的恒定信號(hào)時(shí)，測量系統(tǒng)輸入與輸出之間呈現(xiàn)的關(guān)系就是靜態(tài)特性。[4]</p><p><b>　　靜態(tài)特性的重要指標(biāo)</b></p><p><b>　　靜態(tài)靈敏度</b></p><p>　　靈敏度

39、是描述測試系統(tǒng)對(duì)輸入量變化反應(yīng)的能力，通常由測試系統(tǒng)的輸出變化量Δy,與引起該輸出量變化的輸入變化量Δx的比值S表征。</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p><b>　　非線性度（線性）</b></p><p>　　非線性度是指系統(tǒng)的實(shí)際輸出、輸入特性曲線對(duì)于理想線性輸出、輸入特性曲線的接近或偏離

40、程度。如圖2.1所示。</p><p>　　非線性度＝(Δmax /YFS )×100％ （2.2）</p><p>　　圖2.1 輸入-輸出特性的非線性</p><p><b>　　重復(fù)性</b></p><p>　　重復(fù)性表征測試系統(tǒng)輸入量按同一方向做全量程連續(xù)多次

41、變動(dòng)時(shí)，靜態(tài)特性不一致的程度。</p><p>　　重復(fù)性度＝(Rmax/YFS)×100% （2.3）</p><p><b>　　圖2.2 重復(fù)性</b></p><p><b>　　遲滯 </b></p><p>　　遲滯，亦稱為滯后

42、量、滯后或滯環(huán)，如圖所示，表征測試系統(tǒng)在全量程范圍內(nèi) ，輸入量由小到大（正行程）或由大到小（反行程）兩者靜態(tài)特性不一致的程度。</p><p>　　遲滯＝(Hmax/YFS)×100% （2.4）</p><p><b>　　圖2.3 遲滯特性</b></p><p><

43、b>　　測試原理</b></p><p>　　理想的加速度計(jì)，應(yīng)該僅僅敏感于沿其輸入軸方向的加速度，且輸出與輸入之間呈線性關(guān)系。然而，實(shí)際它的輸出中不僅主要的反映輸入軸方向的加速度，而且也反映沿其兩個(gè)軸方向的加速度及其耦合的影響，同時(shí)還要受到構(gòu)成力平衡回路中各個(gè)元、部件性能和回路參數(shù)的影響。因此,加速度計(jì)在重力場的測試中，它的靜態(tài)數(shù)學(xué)模型方程通常表示為：</p><p>

44、<b>　?。?.5）</b></p><p>　　利用轉(zhuǎn)臺(tái)在1g 重力場中的翻滾試驗(yàn)可以確定加速度計(jì)模型方程中各系數(shù)的大小及其重復(fù)性精度和穩(wěn)定性精度。通常我們只對(duì)其中的K0、K1、K2等參數(shù)的大小、重復(fù)性精度、穩(wěn)定性精度進(jìn)行較詳細(xì)的測試。通過分度頭轉(zhuǎn)動(dòng)不同的角度，來給加速度計(jì)提供1g 以內(nèi)不同的輸入。</p><p>　　利用12點(diǎn)試驗(yàn)來標(biāo)定方程系數(shù)的數(shù)值。將表頭安

45、裝在分度頭上，輸入軸對(duì)準(zhǔn)零位，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)分度頭，使其停留在30°等角分量位置上，在每一停留位置記錄下輸出數(shù)據(jù)，然后逆時(shí)針做相同的轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣順時(shí)針和逆時(shí)針做三個(gè)循環(huán)，對(duì)記錄下的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，按模型方程的定義求取模型方程系數(shù)的大小。</p><p>　　利用4點(diǎn)試驗(yàn)確定各系數(shù)的重復(fù)性精度及穩(wěn)定性精度。轉(zhuǎn)動(dòng)分度頭使其停留在90°等角分量位置上，在每一停留位置記錄下輸出數(shù)據(jù)，然后逆時(shí)針做相同的轉(zhuǎn)動(dòng)。這

46、樣順時(shí)針和逆時(shí)針做三個(gè)循環(huán)，對(duì)記錄下的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，按模型方程的定義求取模型方程系數(shù)的大小，并按最小二乘法求出其各系數(shù)的精度值。測試重復(fù)性精度時(shí)，每一塊表至少進(jìn)行7次重復(fù)性測試，然后求出7次的1σ值作為重復(fù)性精度。測試穩(wěn)定性精度時(shí)，除了對(duì)系數(shù)進(jìn)行計(jì)算外還須對(duì)幾百甚至幾千個(gè)零位數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)并求取1σ值。[5]</p><p>　　特性試驗(yàn)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性</p><p><b>　　

47、動(dòng)態(tài)特性</b></p><p>　　在工程測試中，大量的被測信號(hào)是隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)信號(hào)，即x(t)是時(shí)間t的函數(shù)，不為常量。測試系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性反映其測試動(dòng)態(tài)信號(hào)的能力。</p><p>　　測試系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的數(shù)學(xué)模型</p><p><b>　?。汶A環(huán)節(jié)）</b></p><p><b>　?。?/p>

48、一階環(huán)節(jié)）</b></p><p><b>　?。ǘA環(huán)節(jié)）</b></p><p><b>　　傳遞函數(shù)</b></p><p>　　傳遞函數(shù)的概念在測試系統(tǒng)的分析、設(shè)計(jì)和應(yīng)用中十分有用。利用這些概念，可以用代數(shù)式的形式表征系統(tǒng)本身的傳輸、轉(zhuǎn)換特性，它與激勵(lì)和系統(tǒng)的初始狀態(tài)無關(guān)。因此，如兩個(gè)完全不同的物理系統(tǒng)

49、由同一個(gè)傳遞函數(shù)來表征，那么說明這兩個(gè)系統(tǒng)的傳遞特性是相似的。</p><p>　　對(duì)n階微分方程進(jìn)行拉氏變換，得：</p><p><b>　　定義：</b></p><p>　　輸出y(t)的拉氏變換Y(s)和輸入x(t)的拉氏變換X(s)之比稱為傳遞函數(shù)，并記為H(s)。 </p><p><b>　　

50、(2.6)</b></p><p><b>　　頻率響應(yīng)特性</b></p><p>　　對(duì)于穩(wěn)定的常系數(shù)線性系統(tǒng)，可用傅里葉變換代替拉氏變換:</p><p><b>　　(2.7)</b></p><p><b>　　測試原理</b></p>&l

51、t;p>　　對(duì)于加速度計(jì)動(dòng)態(tài)特性的測試，主要分為頻率特性與階躍響應(yīng)的測試，通過測量加速度計(jì)系統(tǒng)的頻率特性，可以建立系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型。擬采用電模擬測試方法，將加速度計(jì)通過安裝夾具固定在精密分度頭上，處于0g附近，并給加速度計(jì)輸入幅值固定的正弦波信號(hào)，在規(guī)定的頻帶內(nèi)，激勵(lì)頻率由低頻到高頻逐次提高，同時(shí)記錄各測試點(diǎn)的頻率及加速度計(jì)輸出信號(hào)的幅值和相位，但是由于存在高頻噪聲等影響，直接測量得出的幅頻特性和相頻特性有一定的誤差，為了減小這

52、種誤差，擬采用數(shù)字相關(guān)濾波法濾掉直流分量、諧波分量及高頻噪聲的影響，較精確地得出加速度計(jì)的幅頻特性和相頻特性，并在此基礎(chǔ)上分析加速度計(jì)的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)，如帶寬、諧振頻率以及諧振峰高等。</p><p>　　對(duì)于動(dòng)態(tài)測試中的階躍響應(yīng)試驗(yàn)，通過給系統(tǒng)施加不同的階躍輸入信號(hào)，并根據(jù)試驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)并計(jì)算系統(tǒng)階躍響應(yīng)的超調(diào)量、震蕩次數(shù)、和過渡過程時(shí)間等指標(biāo)及其變化從而分析其動(dòng)態(tài)性能。[5]</p><p&g

53、t;　　特性試驗(yàn)系統(tǒng)的恢復(fù)特性</p><p>　　自動(dòng)控制、汽車、地震測量、軍事和空間等領(lǐng)域的許多場合由于受工作環(huán)境的限制要求加速度計(jì)應(yīng)具有高的諧振頻率和動(dòng)態(tài)性能，以保證快速準(zhǔn)確測試出被測對(duì)象的沖擊力或沖擊加速度，且加速度計(jì)本身并不失效。</p><p>　　本設(shè)計(jì)中需要測試的加速度計(jì)就是應(yīng)用于大載荷下，所以，它的恢復(fù)特性的測試也尤為重要。</p><p>　　本

54、設(shè)計(jì)中，利用馬歇落錘試驗(yàn)來測試加速度計(jì)的過載能力，由測試系統(tǒng)采集到恢復(fù)信號(hào)的加速度波形和沖擊運(yùn)動(dòng)時(shí)的加速度波形進(jìn)行比較，來進(jìn)行進(jìn)一步分析。</p><p><b>　　虛擬儀器概述</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　通常，在完成某個(gè)測試任務(wù)時(shí)，需要很多儀器，如示波器、電壓表、頻率分析儀、

55、信號(hào)發(fā)生器等，對(duì)復(fù)雜的數(shù)字電路系統(tǒng)還需要邏輯分析儀、IC測試儀等。這么多的儀器不僅價(jià)格昂貴、體積大、占用空間，而且相互連接起來也很費(fèi)事費(fèi)時(shí)，并且儀器之間經(jīng)常由于連接、信號(hào)帶寬等方面的問題給測量帶來了很多麻煩，使得原本并不復(fù)雜的測量變得異常困難。</p><p>　　要提高電子測量儀器的測量準(zhǔn)確度和效率，就要求儀器本身能完成自動(dòng)調(diào)節(jié)、校準(zhǔn)、量程轉(zhuǎn)換、計(jì)算、尋找故障等功能，能自動(dòng)存儲(chǔ)有關(guān)數(shù)據(jù)并在需要時(shí)自動(dòng)調(diào)出等，這些

56、要求傳統(tǒng)儀器很難滿足，在以前幾乎被視為不可能的事。</p><p>　　而計(jì)算機(jī)科學(xué)和微電子技術(shù)的迅速發(fā)展和普及，有力地促進(jìn)了多年來發(fā)展相對(duì)緩慢的儀器技術(shù)。目前正在研究的第三代自動(dòng)測試系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)處于核心地位，計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)和測試系統(tǒng)更緊密地結(jié)合成了一個(gè)有機(jī)整體，儀器的結(jié)構(gòu)概念和設(shè)計(jì)觀點(diǎn)等都發(fā)生了突破性的變化，出現(xiàn)了新的儀器概念—虛擬儀器。由于虛擬儀器應(yīng)用軟件集成了儀器的所有采集、控制、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果輸出和用戶

57、界面等功能，使傳統(tǒng)儀器的某些硬件乃至整個(gè)儀器都被計(jì)算機(jī)軟件所代替。</p><p><b>　　虛擬儀器的概念</b></p><p>　　所謂虛擬儀器是一種功能意義上的儀器，它充分利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力，在基本硬件的支持下，利用軟件完成數(shù)據(jù)的采集、控制、數(shù)據(jù)分析和處理以及測試結(jié)果的顯示等，通過軟、硬件的配合來實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的各種功能，大大突破了傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)

58、處理、顯示、傳送、存儲(chǔ)等方面的限制，使用戶可以方便地對(duì)儀器進(jìn)行維護(hù)、擴(kuò)展和升級(jí)。</p><p>　　虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的儀器。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。虛擬儀器就是在通用計(jì)算機(jī)上加上一組軟件和硬件，使得使用者在操作這臺(tái)計(jì)算機(jī)時(shí)，就像是在操作一臺(tái)他自己設(shè)計(jì)的專用的傳統(tǒng)電子儀器。</p><p>　　在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件僅僅是為了解決信號(hào)的輸入輸出，軟件才是整個(gè)

59、儀器系統(tǒng)的關(guān)鍵。任何一個(gè)使用者都可以通過修改軟件的方法，很方便地改變、增減儀器系統(tǒng)的功能與規(guī)模，所以有“軟件就是儀器”之說。</p><p><b>　　虛擬儀器的基本構(gòu)成</b></p><p>　　虛擬儀器的基本構(gòu)成包括計(jì)算機(jī)、虛擬儀器軟件、硬件接口模塊等。其中，硬件接口模塊可以包括插入式數(shù)據(jù)采集卡(DAQ)、串/并口、IEEE488接口(GPIB)卡、VXI控制

60、器以及其它接口卡。目前較為常用的虛擬儀器系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集卡系統(tǒng)、GPIB儀器控制系統(tǒng)、VXI儀器系統(tǒng)以及這三者之間的任意組合。[6]</p><p>　　普通的PC有一些不可避免的弱點(diǎn)。用它構(gòu)建的虛擬儀器或計(jì)算機(jī)測試系統(tǒng)性能不可能太高。目前作為計(jì)算機(jī)化儀器的一個(gè)重要發(fā)展方向是制定了VXI標(biāo)準(zhǔn)，這是一種插卡式的儀器。每一種儀器是一個(gè)插卡，為了保證儀器的性能，又采用了較多的硬件，但這些卡式儀器本身都沒有面板，其面板仍然

61、用虛擬的方式在計(jì)算機(jī)屏幕上出現(xiàn)。這些卡插入標(biāo)準(zhǔn)的VXI機(jī)箱，再與計(jì)算機(jī)相連，就組成了一個(gè)測試系統(tǒng)。VXI儀器價(jià)格昂貴，目前又推出了一種較為便宜的PXI標(biāo)準(zhǔn)儀器。</p><p>　　虛擬儀器研究的另一個(gè)問題是各種標(biāo)準(zhǔn)儀器的互連及與計(jì)算機(jī)的連接。目前使用較多的是IEEE 488或GPIB協(xié)議。未來的儀器也應(yīng)當(dāng)是網(wǎng)絡(luò)化的</p><p>　　計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。

62、粗略地說這種結(jié)合有兩種方式，一種是將計(jì)算機(jī)裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計(jì)算機(jī)功能的日益強(qiáng)大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強(qiáng)大，目前已經(jīng)出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計(jì)算機(jī)。以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式。下面的框圖反映了常見的虛擬儀器方案。</p><p>　　圖3.1 常見的虛擬儀器方案</p>&l

63、t;p><b>　　虛擬儀器的特點(diǎn)</b></p><p>　　虛擬儀器的最大特點(diǎn)是將計(jì)算機(jī)資源與儀器硬件、DSP技術(shù)相結(jié)合，在系統(tǒng)內(nèi)共享軟硬件資源。打破了以往由廠家定義儀器功能的模式，由用戶自己定義儀器功能。在虛擬儀器中，使用相同的硬件系統(tǒng)，通過不同的軟件編程，就可以實(shí)現(xiàn)功能完全不同的測量儀器。</p><p>　　表3.1 傳統(tǒng)儀器與虛擬儀器系統(tǒng)的比較<

64、;/p><p>　　由此可見，虛擬儀器能盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。同時(shí)能充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)的能力，有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，可以創(chuàng)造出功能更強(qiáng)的“個(gè)性儀器”。</p><p>　　圖3.2 一種虛擬儀器的體系</p><p>　　虛擬儀器的應(yīng)用[7]</p><p>　　虛擬儀器在測量方面的應(yīng)用</p><p&

65、gt;　　虛擬儀器系統(tǒng)開放、靈活，可與計(jì)算機(jī)技術(shù)保持同步發(fā)展，將之應(yīng)用在測量方面可以提高精確度，降低成本，并大大節(jié)省用戶的開發(fā)時(shí)間，因此已經(jīng)在測量領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　硅晶片作為電子行業(yè)中的一種基本材料而一直受到重視。近年來，基于硅晶片的微機(jī)械結(jié)構(gòu)(EMMS)也得到了很大發(fā)展。MEMS設(shè)備通常是作為壓力傳感器或加速度計(jì)使用，這種微型結(jié)構(gòu)是在一片硅晶片上蝕刻出來的，經(jīng)過特殊的加工處理,在硅晶片上

66、形成穴、溝、錐形等各種形狀的機(jī)械元件，將這些元件組合，就能構(gòu)成微型機(jī)械系統(tǒng)。</p><p>　　美國的維吉尼亞州技術(shù)公司應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)開發(fā)了一種光學(xué)測微計(jì)，用來測量MEMS設(shè)備中硅晶片的厚度，分辨率可達(dá)到微米級(jí)。他們的目標(biāo)是使用現(xiàn)成的數(shù)據(jù)采集、圖像處理等方面的工具來開發(fā)系統(tǒng)，以減少開發(fā)時(shí)間和提高市場效益。</p><p>　　虛擬儀器在監(jiān)控方面的應(yīng)用</p><p&

67、gt;　　用虛擬儀器系統(tǒng)可以隨時(shí)采集和記錄從傳感器傳來的數(shù)據(jù)，并對(duì)之進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、數(shù)字濾波、頻域分析等處理，從而實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能。當(dāng)前，氣敏傳感器正朝著快速響應(yīng)、小型化和經(jīng)濟(jì)化發(fā)展，這種發(fā)展趨勢引起了微電子氣敏傳感器的發(fā)展。</p><p>　　美國密歇根州大學(xué)開發(fā)了一種微電子氣敏傳感器，這種傳感器使用探針來測量由于傳感器對(duì)氣體的吸收或者反應(yīng)而引起的內(nèi)部電阻值的變化。傳感器的氣敏元件是一塊薄薄的半導(dǎo)體，其電阻值將隨被測氣

68、體的數(shù)量和種類的變化而變化。研究人員使用一個(gè)基于計(jì)算機(jī)的帶有數(shù)據(jù)采集板(DAQ board)的系統(tǒng)，其中數(shù)據(jù)采集板由LabVIEW控制，它能夠監(jiān)控傳感器溫度并且測量傳感器由被測氣體引起的電阻值變化。</p><p>　　虛擬儀器在檢測方面的應(yīng)用</p><p>　　在實(shí)驗(yàn)室中，利用虛擬儀器開發(fā)工具開發(fā)專用虛擬儀器系統(tǒng)，可以把一臺(tái)個(gè)人計(jì)算機(jī)變成一組檢測儀器，用于數(shù)據(jù)/圖像采集、控制與模擬。中

69、國農(nóng)業(yè)大學(xué)的研究人員利用虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)開發(fā)了用于精密播種機(jī)性能檢測的實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化系統(tǒng)。</p><p>　　虛擬儀器在教育方面的應(yīng)用</p><p>　　現(xiàn)在，隨著虛擬儀器系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，越來越多的教學(xué)部門也開始用它來建立教學(xué)系統(tǒng)，不僅大大節(jié)省開支，而且由于虛擬儀器系統(tǒng)具有靈活、可重用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，使得教學(xué)方法也更加靈活了。要想建立一個(gè)教學(xué)儀器系統(tǒng)，而又不花太多的錢，可以利用LabVIEW

70、建造一個(gè)計(jì)算機(jī)控制的虛擬儀器系統(tǒng)，這樣就不必購買昂貴的儀器設(shè)備，從而節(jié)省開支。</p><p>　　在醫(yī)科大學(xué)中，進(jìn)入臨床實(shí)驗(yàn)室以前，學(xué)生們先要在一個(gè)模擬的臨床實(shí)驗(yàn)室里學(xué)習(xí)一些典型儀器的基本原理和操作過程。在他們的課程中，學(xué)生們能學(xué)到儀器操作的專門知識(shí)，這些儀器的范圍包括分光計(jì)和pH計(jì)等。這種傳統(tǒng)的教學(xué)方法要求實(shí)驗(yàn)室里要有一整套的儀器設(shè)備。比如說,如果一個(gè)班有20個(gè)學(xué)生，那么實(shí)驗(yàn)室就必須有十臺(tái)分光計(jì)和一到兩臺(tái)其他

71、比較昂貴的儀器才足夠使用。而在今天，這些儀器每臺(tái)至少都要花上3000到5000美元隨著儀器設(shè)備越來越復(fù)雜，它們的價(jià)格也越來越昂貴，這就給教學(xué)者造成了困擾。</p><p>　　在維吉尼亞州醫(yī)科大學(xué)的臨床實(shí)驗(yàn)室，研究人員在一項(xiàng)名為Instru Mentor的項(xiàng)目中使用了LabVIEW工作平臺(tái)，從而構(gòu)建了所需的虛擬儀器。通過使用虛擬儀器，大大降低了實(shí)驗(yàn)室在儀器設(shè)備方面的花費(fèi)。</p><p>

72、　　虛擬儀器在電信方面的應(yīng)用</p><p>　　由于虛擬儀器具有靈活的圖形用戶接口，強(qiáng)大的檢測功能，同時(shí)又能與GPIB和VXI儀器兼容，因此很多工程師和研究人員都把它用于電信檢測和場測試方面。</p><p>　　美國西雅圖的AEI音樂廣播站的工程師使用虛擬儀器系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)傳播控制，以保證音頻信號(hào)在傳送過程中保持高質(zhì)量。該系統(tǒng)包括NI公司的LabVIEW軟件和數(shù)據(jù)采集板以及GPIB等硬件

73、，可對(duì)該廣播站一天24小時(shí)的音樂廣播節(jié)目進(jìn)行監(jiān)控，以使全美國的聽眾能收聽到音色最佳的音樂。</p><p><b>　　虛擬儀器的未來趨勢</b></p><p>　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)的進(jìn)步和不斷拓展，21世紀(jì)的儀器概念將是一個(gè)開放的系統(tǒng)概念，計(jì)算機(jī)和現(xiàn)代儀器已相互包容，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)也就是通用的儀器網(wǎng)絡(luò)。如果在測控系統(tǒng)中有更多不同類型的智能設(shè)備也像

74、計(jì)算機(jī)和工作站一樣成為網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)聯(lián)入網(wǎng)絡(luò)，比如各種智能儀器、虛擬儀器及傳感器等，它們充分利用目前己比較成熟的Internet網(wǎng)絡(luò)的設(shè)施，不僅能實(shí)現(xiàn)更多資源的共享、降低組建系統(tǒng)的費(fèi)用，還可提高測控系統(tǒng)的功能，并拓寬其應(yīng)用的范圍“網(wǎng)絡(luò)就是儀器”的概念確切地概括了儀器的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展趨勢。</p><p>　　計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與測量、測控技術(shù)的結(jié)合，使網(wǎng)絡(luò)化、分布式測控系統(tǒng)的組建更為方便。以Internet

75、為代表的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的迅猛發(fā)展及相關(guān)技術(shù)的不斷完善，使得計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模更大，應(yīng)用更廣：在國防、通信、航空、航天、氣象、制造等領(lǐng)域，對(duì)大范圍的網(wǎng)絡(luò)化測控將提出更迫切的需求，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)也必將在測控領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。網(wǎng)絡(luò)化儀器很快會(huì)發(fā)展并成熟起來，從而有力地帶動(dòng)和促進(jìn)現(xiàn)代測量技術(shù)即網(wǎng)絡(luò)測量技術(shù)的進(jìn)步。</p><p>　　目前，在我國虛擬儀器設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、使用也已經(jīng)起步。我國有幾家企業(yè)正在研制PC虛擬儀器，產(chǎn)品已達(dá)到

76、一定的批量，國內(nèi)專家預(yù)測：未來的幾年內(nèi)，我國將有50%的儀器為虛擬儀器，屆時(shí)，國內(nèi)將有大批企業(yè)使用虛擬儀器系統(tǒng)對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測。隨著微型計(jì)算機(jī)的發(fā)展，各種有關(guān)軟件不斷誕生，虛擬儀器將會(huì)逐步取代傳統(tǒng)的測試儀器而成為測試儀器的主流。[8]</p><p><b>　　LabVIEW技術(shù)</b></p><p><b>　　前言</b>

77、</p><p>　　LabVIEW是美國國家儀器公司（National Instruments，以下簡稱NI公司）研制的一個(gè)功能強(qiáng)大的開發(fā)平臺(tái)，1983年4月問世，主要是為儀器系統(tǒng)的開發(fā)者提供一套能夠快捷地建立、檢測和修改儀器系統(tǒng)的圖形軟件系統(tǒng)。1986年推出的LabVIEW for Macintosh 引發(fā)了儀器工業(yè)的革命。1990年1月，LabVIEW推出，它提供了圖形編譯功能，使得LabVIEW中的VI（

78、虛擬儀器）可以與編譯C語言一樣的速度運(yùn)行。1992年，LabVIEW的多平臺(tái)版本問世，使它可以在Windows、Macintosh以及Sun Solaris等平臺(tái)上運(yùn)行。1993 年，LabVIEW3.0版本開發(fā)完成，同時(shí)提供給用戶的是一個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)生成器（Application Builder )，它使得LabVIEW的VI變成一個(gè)可以獨(dú)立運(yùn)行的程序。經(jīng)過十多年的發(fā)展，我們今天看到的LabVIEW已經(jīng)成為一個(gè)具有直觀界面，便于開發(fā)，易于

79、學(xué)習(xí)且具有多種儀器驅(qū)動(dòng)程序和工具庫的大型儀器系統(tǒng)開發(fā)平臺(tái)。</p><p><b>　　LabVIEW概述</b></p><p>　　LabVIEW（Laboratory Virtual instrument Engineering）是一種圖形化的編程語言，它廣泛地被工業(yè)界、學(xué)術(shù)界和研究實(shí)驗(yàn)室所接受，視為一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件。LabVIEW集成了與滿足G

80、PIB、VXI、RS-232和RS-485協(xié)議的硬件及數(shù)據(jù)采集卡通訊的全部功能。它還內(nèi)置了便于應(yīng)用TCP/IP、ActiveX等軟件標(biāo)準(zhǔn)的庫函數(shù)。這是一個(gè)功能強(qiáng)大且靈活的軟件。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過程都生動(dòng)有趣。</p><p>　　圖形化的程序語言，又稱為“G”語言。它與C、Pascal、Basic等傳統(tǒng)編程語言有著諸多相似之處，如：相似的數(shù)據(jù)類型、數(shù)據(jù)流控制結(jié)構(gòu)、程

81、序調(diào)試工具,以及層次化、模塊化的編程特點(diǎn)等。但二者最大的區(qū)別在于：傳統(tǒng)編程語言用文本語言編程；而LabVIEW使用圖形語言(即各種圖標(biāo)、圖形符號(hào)、連線等)以框圖的形式編寫程序。用LabVIEW編程無需具備太多編程經(jīng)驗(yàn)，因?yàn)長abVIEW使用的都是測試工程師們熟悉的術(shù)語和圖標(biāo)，如各種旋鈕、開關(guān)、波形圖等，界面非常直觀形象，因此LabVIEW對(duì)于沒有豐富編程經(jīng)驗(yàn)的測試工程師們來說無疑是個(gè)極好的選擇。</p><p>

82、　　LabVIEW作為一個(gè)面向最終用戶的工具。它可以增強(qiáng)你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時(shí)，可以大大提高工作效率。</p><p>　　利用LabVIEW，可產(chǎn)生獨(dú)立運(yùn)行的可執(zhí)行文件，它是一個(gè)真正的32位編譯器。像許多重要的軟件一樣，LabVIEW提供了Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多種版本。&l

83、t;/p><p>　　LabVIEW開發(fā)程序過程[10]</p><p>　　利用LabVIEW開發(fā)程序，同利用一般語言開發(fā)程序略有不同。所有的LabVIEW應(yīng)用程序，即虛擬儀器（VI），它包括前面板（front panel）、流程圖（block diagram）以及圖標(biāo)/連結(jié)器(icon/connector)三部分。</p><p><b>　　前面板<

84、;/b></p><p>　　前面板是圖形用戶界面，也就是VI 的虛擬儀器面板，這一界面上有用戶輸入和顯示輸出兩類對(duì)象，具體表現(xiàn)有開關(guān)、旋鈕、圖形以及其他控制（control）和顯示對(duì)象（indicator）。</p><p>　　圖4.1 溫度計(jì)程序的前面板</p><p>　　開發(fā)者可利用LabVIEW提供的多種模塊，在前面板上形成所需要的界面。簡單地說，

85、前面板為用戶建立直觀影像，使用戶感到如同在傳統(tǒng)儀器面前一樣。</p><p><b>　　流程圖</b></p><p>　　流程圖提供VI的圖形化源程序。在流程圖中對(duì)VI編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。流程圖中包括前面板上的控件的連線端子，還有一些前面板上沒有，但編程必須有的東西，例如函數(shù)、結(jié)構(gòu)和連線等。開發(fā)者在屏幕上用連線的方法把虛擬儀器連接起來

86、，形成程序。</p><p>　　圖4.2 溫度計(jì)程序的流程圖</p><p><b>　　圖標(biāo)/連接器</b></p><p>　　VI具有層次化和結(jié)構(gòu)化的特征。一個(gè)VI可以作為子程序，這里稱為子VI（subVI），被其他VI調(diào)用。</p><p>　　圖4.3 溫度計(jì)程序的圖標(biāo)和連接器</p><

87、p>　　前面板應(yīng)用了現(xiàn)在最流行的GUI（圖形用戶接口）技術(shù)。流程圖則利用普通的程序技術(shù)，提供快速建立、檢查和修改程序的手段。用戶可以在前面板上放置多種控制器和指示器?？刂破饔脕斫邮沼脩糨斎?，執(zhí)行程序。指示器則用來反映程序運(yùn)行過程中用戶所關(guān)心的各種變量。</p><p>　　在流程圖上，開發(fā)者可以像傳統(tǒng)開發(fā)一樣，使用各種程序控制結(jié)構(gòu)，如順序、條件、循環(huán)等，也可以使用其它VI。連線的過程不僅表達(dá)了各功能模塊之間

88、輸入和輸出的關(guān)系，而且也建立了數(shù)據(jù)的流動(dòng)路徑。LabVIEW是一種數(shù)據(jù)流程序，各個(gè)VI和功能模塊的動(dòng)作要等到全部輸入數(shù)據(jù)就緒后才開始，其輸出也要等到VI或功能模塊轉(zhuǎn)換結(jié)束之后才有效。</p><p>　　為了便于開發(fā)，LabVIEW提供了多種基本的VI，包括各種簡單運(yùn)算、數(shù)據(jù)采集、分析工具及網(wǎng)絡(luò)、文件操作等功能。這正是LabVIEW的優(yōu)勢所在。</p><p>　　與C語言一樣，LabVI

89、EW程序也是分層次并且模塊化了的，開發(fā)者可以把應(yīng)用任務(wù)分解、化簡，最后利用LabVIEW所提供的最基本的功能，逐層通過VI來完成一個(gè)復(fù)雜的電路。一旦程序開發(fā)完成，用戶就可以通過前面板上的控制器控制程序執(zhí)行并在指示器上觀察執(zhí)行過程。</p><p>　　此外，LabVIEW 還有與C語言的接口，以使用戶使用用C語言編寫的程序。同時(shí)，LabVIEW的實(shí)時(shí)系統(tǒng)還可以提供一種簡化的運(yùn)行手段，以便大大地壓縮系統(tǒng)的開銷。&l

90、t;/p><p>　　LabVIEW的數(shù)據(jù)顯示[9]</p><p><b>　　圖4.4 顯示數(shù)據(jù)</b></p><p>　　NI的LabVIEW包括一系列的顯示工具，包括圖表繪制工具和內(nèi)置2D和3D顯示工具，可以在程序用戶界面上輕松顯示數(shù)據(jù)。用戶可以重新配置數(shù)據(jù)顯示的特征，如顏色、文字大小、圖表類型，以及動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)、縮放等，而這都無需編程。 &

91、lt;/p><p>　　圖4.5 重復(fù)使用現(xiàn)有代碼并輕松分布應(yīng)用程序</p><p>　　開放式的LabVIEW開發(fā)環(huán)境提供與第三方軟件產(chǎn)品的高級(jí)連接功能，讓用戶可以輕松地變換開發(fā)環(huán)境或同時(shí)使用多個(gè)環(huán)境。因此，您使用LabVIEW獲取C語言代碼、調(diào)用ActiveX與.NET匯編程序，還可以創(chuàng)建獨(dú)立的可執(zhí)行程序或共享庫(如DLL)以發(fā)布應(yīng)用程序，而對(duì)大部分應(yīng)用程序來說這都不需要額外的Licens

92、e費(fèi)用。 </p><p>　　圖4.6 設(shè)計(jì)專業(yè)的界面</p><p>　　因?yàn)長abVIEW是專為工程師和科學(xué)家們而設(shè)計(jì)，可以利用專用于測量的用戶界面設(shè)計(jì)工具設(shè)計(jì)界面，而不需要從零開始。只需簡單地從控件選板中拖放內(nèi)置的控制件和顯示件，然后點(diǎn)擊鼠標(biāo)即可利用交互式的屬性頁面輕松自定義它的功效和外觀。 </p><p>　　圖4.7 快速創(chuàng)建專業(yè)的HTML格式的報(bào)告&

93、lt;/p><p>　　在LabVIEW中，幾乎無需編程即可快速生成HTML各式的報(bào)告。使用內(nèi)置的報(bào)告生成工具，方便地從應(yīng)用系統(tǒng)中獲取數(shù)據(jù)，將它排成HTML各式的報(bào)告，并發(fā)布到Web上。 </p><p>　　圖4.8 使用Microsoft Office工具創(chuàng)建報(bào)告</p><p>　　如果經(jīng)常需要Microsoft Office工具(如Excel和Word)生成報(bào)告

94、，而不是要HTML文件，那么可以使用LabVIEW自定義生成這些報(bào)告，并與同事或客戶分享。使用為Microsoft Office設(shè)計(jì)的LabVIEW Report Generation Toolkit (報(bào)告生成工具包)，使用標(biāo)準(zhǔn)的工具快速創(chuàng)建自定義的、專業(yè)的報(bào)告。</p><p>　　圖4.9 將程序發(fā)布到Web上并對(duì)其加以控制</p><p>　　LabVIEW還可以將LabVIEW應(yīng)

95、用程序發(fā)布到Web上。使用LabVIEW遠(yuǎn)程面板(remote panel)，可以通過Web獲得VI程序，甚至對(duì)其加以控制，并使用安全設(shè)置保護(hù)數(shù)據(jù)。</p><p>　　LabVIEW的優(yōu)點(diǎn)[1]</p><p><b>　　簡單的方案</b></p><p>　　即使沒有多少編程經(jīng)驗(yàn)，仍可以很方便的使用LabVIEW，因?yàn)樗褂谩八娂此玫?/p>

96、”可視化技術(shù)建立人機(jī)界面，提供大量的儀器面板中的控制對(duì)象。此外，LabVIEW按其易用的方式將復(fù)雜的任務(wù)包裝起來，從而使復(fù)雜任務(wù)得到簡化。先進(jìn)的ActiveX技術(shù)溶合了簡單的拖放編程方法，儀器控制和數(shù)據(jù)采集在開發(fā)向?qū)У囊龑?dǎo)下變得非常簡單，使用戶非常容易地開發(fā)自己的系統(tǒng)，并將其立即投入使用。</p><p><b>　　靈活的儀器 </b></p><p>　　將Lab

97、VIEW與一般的數(shù)據(jù)采集及儀器設(shè)備加以組合，可以設(shè)計(jì)出靈活的虛擬儀器，并可以隨時(shí)將儀器系統(tǒng)移植到最適合用戶的平臺(tái)上使用。</p><p><b>　　方便的程序調(diào)試 </b></p><p>　　具有一些專用程序開發(fā)工具箱，可以在源代碼中設(shè)置斷點(diǎn)單步執(zhí)行源代碼，連線上設(shè)置探針，動(dòng)態(tài)執(zhí)行程序觀察程序運(yùn)行過程中數(shù)據(jù)流的變化。</p><p><

98、;b>　　完整的開發(fā)環(huán)境 </b></p><p>　　LabVIEW軟件包中包含了功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集、分析和表達(dá)的能力，使用戶可以在該平臺(tái)上無縫地實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的解決方案。另外，它還有一個(gè)多線程和用于最大限度提高系統(tǒng)性能的優(yōu)化圖形編譯器。這樣，不僅簡化了開發(fā)過程，而且可生成按編譯速度執(zhí)行的可復(fù)用代碼。此外，LabVIEW還可以生成在沒有LabVIEW環(huán)境的目標(biāo)機(jī)器上單獨(dú)運(yùn)行的可執(zhí)行文件。<

99、/p><p><b>　　快速的開發(fā) </b></p><p>　　LabVIEW為用戶提供了實(shí)現(xiàn)儀器編程與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。通過儀器驅(qū)動(dòng)程序可以與大多數(shù)儀器進(jìn)行通訊，使用戶不必學(xué)習(xí)各種儀器的低級(jí)編程協(xié)議，從而簡化了儀器的控制，縮短了測試開發(fā)時(shí)間，提高了生產(chǎn)效率。</p><p><b>　　開放的平臺(tái) </b><

100、/p><p>　　提供DLL接口和CIN節(jié)點(diǎn)，使用戶能在它的平臺(tái)上使用其他軟件平臺(tái)編譯的模塊。能調(diào)用C 語言程序及已存在的DLL庫函數(shù)，是一個(gè)開放的開發(fā)平臺(tái)。</p><p>　　LabVIEW 的應(yīng)用范圍</p><p>　　LabVIEW幾乎可以滿足各個(gè)方面的應(yīng)用要求，如自動(dòng)檢測、過程控制、實(shí)驗(yàn)室自動(dòng)化、工廠自動(dòng)化等。它為各行各業(yè)提供了三個(gè)最基本的功能：數(shù)據(jù)采集和控

101、制、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)描述。在數(shù)據(jù)采集和控制方面，LabVIEW提供了對(duì)GPIB（如IEEE-488.E等）、RS-232、VXI-VEM（擴(kuò)展儀器系統(tǒng)）以及DAQ（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）設(shè)備的控制。用戶可以在同一個(gè)系統(tǒng)中任意組合這幾種設(shè)備，而且LabVIEW使得它們的驅(qū)動(dòng)程序具有模塊化，可以重復(fù)使用，最大限度地減少軟件開發(fā)的工作量。</p><p>　　LabVIEW擁有豐富的分析模塊，可以滿足用戶從統(tǒng)計(jì)過程控制到數(shù)字信號(hào)

102、處理（DSP)等方面的要求。分析庫中還包括信號(hào)發(fā)生、信號(hào)處理、數(shù)組和矩陣運(yùn)算、線性估計(jì)、復(fù)數(shù)算法、數(shù)字濾波、曲線擬合等功能模塊。模塊總數(shù)超過200個(gè)。</p><p>　　在數(shù)據(jù)描述方面，LabVIEW 提供了開發(fā)圖形用戶接口（GUD的手段。用戶可以在前面板上放置各種各樣的圖表、開關(guān)、按鈕等。在Windows支持下的LabVIEW，提供了與Windows一致的窗口功能。用戶還可以將數(shù)據(jù)輸出到打印機(jī)或繪圖機(jī)上。它的

103、文件處理功能也很完善．</p><p>　　基于LabVIEW的數(shù)據(jù)采集</p><p><b>　　概述</b></p><p>　　LabVIEW的數(shù)據(jù)采集（Data Acquisition）程序庫包括了許多NI公司數(shù)據(jù)采集（DAQ）卡的驅(qū)動(dòng)控制程序。通常，一塊卡可以完成多種功能--模/數(shù)轉(zhuǎn)換，數(shù)/模轉(zhuǎn)換，數(shù)字量輸入/輸出，以及計(jì)數(shù)器/定時(shí)

104、器操作等。用戶在使用之前必須DAQ卡的硬件進(jìn)行配置。這些控制程序用到了許多低層的DAQ驅(qū)動(dòng)程序。</p><p>　　LabVIEW的數(shù)據(jù)采集</p><p>　　在任何平臺(tái)上進(jìn)行數(shù)據(jù)采集</p><p>　　使用LabVIEW，您可以從插入式板卡、USB接口設(shè)備及以太網(wǎng)系統(tǒng)中快速采集并生成信號(hào)。這些I/O功能結(jié)合了特殊的數(shù)據(jù)類型和測量分析VI程序，旨在為幫助您從物

105、理傳感器中以最快的速度獲得測量數(shù)據(jù)。 </p><p>　　LabVIEW包括使用NI-DAQmx技術(shù)的NI-DAQ驅(qū)動(dòng)軟件縮短編程時(shí)間、減少繁瑣的配線--對(duì)多數(shù)數(shù)據(jù)采集硬件均可使用交互式向?qū)Ш妥詣?dòng)化LabVIEW代碼生成。</p><p>　　使用LabVIEW執(zhí)行各種測量</p><p>　　可測量溫度、張力、振動(dòng)、聲音、電壓、電流、頻率、光、阻抗、脈沖、周期、

106、數(shù)字信號(hào)、壓力等。</p><p><b>　　儀器控制和連接</b></p><p>　　LabVIEW簡化了與數(shù)百家儀器廠商的數(shù)千種儀器設(shè)備的連接和通信。使用LabVIEW中的儀器驅(qū)動(dòng)程序、交互式儀器I/O助手和內(nèi)置儀器I/O函數(shù)庫，您可以從GPIB、串口、以太網(wǎng)、PXI、USB接口儀器及VXI儀器中快速采集數(shù)據(jù)。</p><p><

107、b>　　機(jī)器視覺</b></p><p>　　為測量應(yīng)用系統(tǒng)輕松添加世界一流的機(jī)器視覺組件，并快速開發(fā)帶自動(dòng)代碼生成和內(nèi)置圖像分析庫的應(yīng)用軟件。將圖像采集與NI數(shù)據(jù)采集和運(yùn)動(dòng)控制設(shè)備集成使用以組建一套完整的系統(tǒng)。可使用LabVIEW RT(實(shí)時(shí))模塊發(fā)布嵌入式實(shí)時(shí)機(jī)器視覺系統(tǒng)。 </p><p><b>　　運(yùn)動(dòng)控制</b></p>&

108、lt;p>　　LabVIEW可將各種運(yùn)動(dòng)控制軟件與各種運(yùn)動(dòng)控制軟件、運(yùn)動(dòng)控制器及動(dòng)力驅(qū)動(dòng)器簡單集成到自動(dòng)化測試和機(jī)器控制應(yīng)用系統(tǒng)中。從簡單的重復(fù)運(yùn)動(dòng)控制到復(fù)雜的多軸運(yùn)動(dòng)控制，從實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)臺(tái)到實(shí)際生產(chǎn)線，LabVIEW都可以為應(yīng)用程序的開發(fā)提供解決方案。</p><p><b>　　模塊化儀器</b></p><p>　　使用最新的PC和標(biāo)準(zhǔn)商業(yè)科技開發(fā)混合信號(hào)測

109、試應(yīng)用系統(tǒng)。要加速用戶產(chǎn)品的上市時(shí)間，可將資金投入在一套靈活、自定義的儀器平臺(tái)上，它包含RF(射頻信號(hào))儀器、高速數(shù)字化儀、信號(hào)發(fā)生器、數(shù)字萬用表、高速數(shù)字I/O等。</p><p><b>　　工業(yè)監(jiān)控</b></p><p>　　LabVIEW為分布式監(jiān)控系統(tǒng)提供一套功能強(qiáng)大的工具，它可與各種各樣的分布式I/O設(shè)備連接，包括PLC和NI Compact Field

110、 Point。Compact Field Point提供工業(yè)級(jí)的工作性能，且與LabVIEW RT(實(shí)時(shí))模塊完美集成，因此，用戶可以輕松地配置、創(chuàng)建并維護(hù)可靠的分布式I/O應(yīng)用系統(tǒng)。 </p><p>　　開關(guān)(Switching)方案</p><p>　　LabVIEW集成了各種高質(zhì)量的開關(guān)方案，包括通用的繼電器、多路復(fù)用器和矩陣開關(guān)。</p><p><

111、b>　　數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)</b></p><p>　　圖5.1 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)[10]</p><p>　　在數(shù)據(jù)采集之前，程序?qū)?duì)DAQ板卡初始化，板卡上和內(nèi)存中的Buffer是數(shù)據(jù)采集存儲(chǔ)的中間環(huán)節(jié)。需要注意的兩個(gè)問題是：是否使用緩沖？是否使用外觸發(fā)啟動(dòng)、停止或同步一個(gè)操作。</p><p>　　DAQ系統(tǒng)的基本任務(wù)是物理信號(hào)的產(chǎn)生或測量。但

112、是要使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)能夠測量物理信號(hào)，必須要使用傳感器把物理信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（電壓或者電流信號(hào)）。有時(shí)不能把被測信號(hào)直接連接到DAQ卡，而必須使用信號(hào)調(diào)理輔助電路，先將信號(hào)進(jìn)行一定的處理。總之，數(shù)據(jù)采集是借助軟件來控制整個(gè)DAQ系統(tǒng)--包括采集原始數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)、給出結(jié)果等。</p><p>　　LabVIEW中的數(shù)據(jù)采集程序[9]</p><p>　　現(xiàn)今，在實(shí)驗(yàn)室研究、測試和測量以及工業(yè)自