[硕士论文精品]基于虚拟仪器技术的转速计设计 毕业论文

1目录摘要3ABSTRACT4绪论50引言5第一章虚拟仪器技术611虚拟仪器的概念及发展概况612虚拟仪器的原理和组成713虚拟仪器的开发系统914虚拟仪器的特点10第二章数据采集121虚拟仪器中的数据采集系统概述1211数据采集系统的基本组成1212数据采集的特点12213数据采集系统中的总线技术1222DAQ数据采集系统13221DAQ系统的构成13222数据采集过程14第三章转速计设计1531转速测量概述1532传统转速计测量原理分析15321机械式转速测量15322光电式转速测量16323频闪式转速测量17324磁电式转速测量1833虚拟式转速计总体设计方案19331仪器的组成结构19332仪器的硬件总体设计19333仪器的软件总体设计19334虚拟式转速计转速测量原理20335传感器21336数据采集卡23第四章基于LABVIEW的软件编程2541LABVIEW软件简介2542转速计程序编写26421数据采集262422数据处理28423基于PULSEMEASUREMENTSVI的脉冲信号周期测量29424数据存储与显示31425前控制面板设计343测试结果分析34第五章结论37致谢39参考文献40附录433基于虚拟仪器技术的转速计设计摘要转速测量是各种机械产品研究开发、测试分析、质量检验、安全或优化控制等工作中不可缺少的。随着科技的发展，各种机械结构越来越复杂，结构越来越紧凑，传统的的转速测量装置由于硬件的局限性，功能单一，扩展性差等，已显得难以满足现代测量技术的要求。而采用基于虚拟仪器技术设计的转速计显示出了其相对传统硬件仪器的诸多优越性。论文介绍了虚拟仪器的概念及发展状况。数据采集作为虚拟仪器与外部世界联系的桥梁，是各种虚拟仪器设计中重要的一个环节，文中介绍了数据采集系统的组成及特点。针对基于虚拟仪器技术的转速计设计中使用的DAQ数据采集系统进一步讲解了数据采集的具体过程。论文深入了研究了基于虚拟技术的转速计设计，制定了一套合理的设计方案。具体讲解了转速计的设计原理以及整个系统的构架。对于硬件支持中较为重要的传感器和数据采集卡进行了分析。LABVIEW软件作为转速计软件部分的开发平台，显示出其强大的数据处理能力。论文对LABVIEW软件进行了简单介绍。在转速计的编程方面，分析了测量脉冲信号周期的原理及用LABVIEW软件实现的方法。最后，经过对电机实测结果分析表明，该虚拟式转速计具备较强的功能，精度符合一般机械测试的要求。成本低，扩展性好，数据存储读取方便等优点使其可推广应用。关键词虚拟仪器，转速计，LABVIEW4ABSTRACTSPEDMEASUREMENTISINDISPENSABLEINRESEARCHANDDEVELOPMENT,TESTING,ANALYSIS,QUALITYINSPECTION,SAFETYOROPTIMALCONTROLANDSOONWITHTHEDEVELOPMENTOFSCIENCEANDTECHNOLOGY,MECHANICALSTRUCTUREAREMORECOMPLEXANDCOMPACTTRADITIONALSPEDMEASURINGDEVICEISDIFICULTTOSATISFYTHEREQUIREMENTSOFMODERNMEASUREMENTTECHNIQUES,BECAUSEOFTHELIMITATIONSOFHARDWAREWITHTHEPORSCALABILITYANDTHESINGLEFUNCTIONRELATIVETOTHETRADITIONALINSTRUMENT,THETACHOMETERDESIGNBASEDONVIRTUALINSTRUMENTSHOWSMANYADVANTAGESTHISDISERTATIONINTRODUCESTHECONCEPTOFTHEVIRTUALINSTRUMENTANDTHEPRESENTDEVELOPMENTASAABRIDGEBETWENTHEVIRTUALINSTRUMENTANDTHEOUTSIDEWORLD,DATACOLECTIONISANIMPORTANTASPECTOFTHEVIRTUALINSTRUMENTDESIGNTHISDISERTATIONINTRODUCESTHECONCEPTOFDASANDITSCHARACTERISTICSTHEPROCESOFDATACOLECTIONOFTHEDAQDATAACQUISITIONSYSTEMHASBEFURTHEREXPLAINEDINTHISDISERTATIONAFTERRESEARCHTHETACHOMETERDESIGNBASEDONVIRTUALINSTRUMENT,WEWORKOUTAREASONABLESCHEMESPECIFICALYONEXPLAINTHEFRAMEWORKOFTHEENTIRETACHOMETERSYSTEMANDANALYZETHESENSORSANDDATAACQUISITIONCARDSLABVIEWASADEVELOPMENTPLATFORMFORDESIGNTHESYSTEMSOFTWAREOFTHETACHOMETERDESIGNBASEDONVIRTUALINSTRUMENT,SHOWINGHISPOWERFULDATAPROCESINGCAPACITYTHISDISERTATIONMADEABRIEFINTRODUCTIONTOTHISSOFTWAREANDFINDAMETHODFORMEASURETHEPULSECYCLEOFTHESIGNALWITHLABVIEWFINALY,THERESULTSOFTHETESTSHOWEDTHATTHETACHOMETERDESIGNBASEDONVIRTUALINSTRUMENTHASSTRONGFUNCTIONS,ANDTHEACURACYISENOUGHFORTESTTHEGENERALMACHINERYLOWCOST,SCALABILITY,ANDEASYTOSTOREDATAANDREADDATA,SOTHATITCANBEAPLIEDTOACTUALMEASUREMENTSKEYWORDSVIRTUALINSTRUMENT,TACHOMETER，LABVIEW5绪论0引言转速测量是各种机械产品研究开发、测试分析、质量检验、安全或优化控制等工作中必不可少的内容。通过测量机械设备的转速结合转矩、功率等可以分析和研究零件、机构或结构的受力情况和某些物理现象的机理。因此，它对设计理论的发展，保证安全运行及实现自动检测、自动控制都有重要作用。在传统的工业系统中，转速测量很好的一个应用范例就是用于测量大型轧钢厂中滚压机的转速。在这种类型的实际应用中，测出的转速RPM用于与设置点进行对比，然后通过伺服系统对电机的转速进行增速或减速处理以维持电机的正常运转。而目前转速测量主要用转速表显示，或通过箱式硬件仪表，把传感器输出的信号通过硬件电路计算后用数码管显示出来。这些方法经过多年的研究和实践在各地得到了广泛应用。其优点是测量稳定，单台体积小，操作简单。但随着用户要求的提高，这些方法越来越不能满足需要。1功能单一，只能显示数据，不能显示和打印波形，更无分析功能；2存储容量小，不能存放实时监控的大量数据；3测量多路信号需独立的多台转矩仪，体积大，占用空间大，成本高；4仪器除了原先设定的功能外，不能他用；5不具开放性，功能不能扩展，难以进行升级。随着计算机技术的飞速发展，基于计算机的虚拟仪器技术将逐渐取代传统的箱式硬件仪表。硬件仪器所面临的上述问题将得到圆满的解决。本文运用LABVIEW软件，开发出了虚拟式转速计，它利用计算机系统的强大功能，结合相应的硬件，突破了传统仪器在数据采集、处理、显示、传送等方面的限制，使用户可以方便地对其进行维护、扩展、升级等。6第一章虚拟仪器技术11虚拟仪器的概念及发展概况虚拟仪器（VIRTUALINSTRUMENT，VI）是日益发展的计算机硬件、软件和总线技术在向其他相关技术领域密集渗透的过程中，与测试技术、仪器仪表技术密切结合共同孕育出的一项全新成果。虚拟仪器的起源可追溯到20世纪70年代，那时计算机测控系统在国防、航天领域已经有了相当的发展。PC机的出现使仪器的计算机化成为可能。1986年美国的国家仪器公司NATIONALINSTRUMENTCORPORATION简称NI首先提出了虚拟仪器的概念，认为虚拟仪器技术是由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通讯及图形用户界面的软件组成的测控系统，是一种由计算机操纵的模块化仪器系统。这一概念的核心是以计算机作为仪器统一的硬件平台，充分利用计算机独具的运算、存储、回放、调用、显示以及文件管理等智能化功能，同时把传统仪器的专业化功能和面板控件软件化，使之与计算机结合起来融为一体，这样便构成了一台从外观到功能都完全与传统硬件仪器相同，同时又充分享用计算机智能资源的全新的仪器系统。由于仪器的专业化功能和面板控件都是由软件形成的，因此在国际上把这类新型的仪器称为“虚拟仪器”或称“软件即仪器”。自20世纪80年代来，NI公司已研制和推出了多种总线系统的虚拟仪器，特别是它推出的LABVIEW图形编程环境已享誉世界，成为这类新型仪器开发系统的世界生产大户。在NI公司之后，著名的美国惠普HP公司紧紧跟上。该公司推出HPVE编程系统可提供数十至数百种虚拟仪器的组建和整机，用户可用它组建或挑选自己所需的仪器。除此之外，世界上陆续有数百家公司，如TEKTRONIX公司、RACAL公司等也相继推出了多种总线系统多达数百个品种的虚拟式仪器。作为仪器领域中最新兴的技术，虚拟仪器的研究、开发在国内起步较晚,最早的研究也是从引进消化NI的产品开7始。但经过多年研究,我国已经在虚拟仪器开发方面形成了自己的特色，国家自然科学基金委员会已将虚拟仪器研究作为现代机械工程科学前沿学科之一。如今我国的虚拟仪器研究已经过了起步阶段，相信在不久的将来，国内将会推出种类更多、性能更优、功能更强的并具有自主版权的虚拟仪器产品。虚拟仪器的出现和兴起，改变人们对仪器观念。据“世界仪表与自动化”杂志报道，21世纪初，虚拟仪器的生产厂家超过千家，品种将达到数千种，市场占有率将占到电测仪器的50。这一预测对整个仪器仪表领域，不啻是一次强烈的震撼。使从事电测仪器、分析仪器、科学技术研究与开发的科学家和工程师们都看清了虚拟仪器对传统仪器的巨大挑战，认识到在21世纪虚拟仪器将成为仪器的发展方向，而且必将逐步取代传统仪器，使成千上万种传统的电测与分析仪器都演变成计算机软件式的虚拟仪器。12虚拟仪器的原理和组成虚拟仪器以PC机为仪器统一的硬件平台，将测试仪器的功能和形象逼真的仪器面板控件均形成相应的软件并以文件形式存放于机内的软件库中，同时在计算机的总线槽内插入对应的、可实现数据交换的模块化硬件接口卡，使库内仪器测试功能、仪器控件的软件和由接口卡输入至机内的数据，在计算机系统管理器的统一指挥和协调下运行，便构成了一类全新概念的仪器虚拟仪器。由于虚拟仪器的测试功能、面板控件都实现了软件化，故虚拟式仪器被认为是“软件即仪器”。这是对仪器概念的延伸，是仪器领域中的一次革命。任何测量测试仪器的主要功能都是由三大部分组成数据采集数据测试和分析结果输出显示。而虚拟仪器也是由这三大部分组成,不同的是虚拟仪器的数据分析和结果输出完全由计算机的软件系统来完成。因此,只要提供一定的数据采集硬件,就构成了基于计算机组成的虚拟测量测试仪器。虚拟仪器通常是有计算机、硬件接口电路和软件这三部分构成。以下是典型的虚拟仪器组建方案8一、虚拟仪器的硬件系统虚拟仪器的硬件系统一般分为计算机硬件平台和测控功能硬件。计算机硬件平台是各种类型的计算机，如PC机、便携式计算机、工作站、嵌入式计算机等。计算机管理着虚拟仪器的硬软件资源，是虚拟仪器的硬件支撑。计算机技术在显示、存储能力、处理性能、网络、总线标准等方面的发展，推动着虚拟仪器技术的发展。按照测控功能硬件的不同，虚拟仪器可分为GPIB、VXI、PXI、DAQ四种标准体系结构。二、虚拟仪器的软件系统虚拟仪器的核心思想是利用计算机的硬件和软件资源，使本来由硬件实现的功能软件化（虚拟化），以便最大限度的降低成本，增加系统的功能与灵活性。VP系统联盟提出了系统框架、驱动程序、VISA、软面板、部件知识库等一系列VP软件标准，推进了软件标准化的进程。虚拟仪器的软件框架从底层到顶层，包括三部分VISA库、仪器驱动程序、仪器开发软件。被测对象信号调理数据采集卡数据处理虚拟仪器面板9仪器软件仪器硬件（1）VISA虚拟仪器软件体系结构VISA（VIRTUALINSTRUMENTATIONSOFTWAREARCHITECTURE）体系结构是标准的I/O函数库及相关规范的总称。一般称这个I/O函数库为VISA库。它驻留于计算机系统之中执行总线的特殊功能，这是计算机与仪器之间的软件层连接，以实现对仪器的程控。它对于仪器驱动程序开发者来说是一个可调用的操作函数集。（2）驱动程序每个仪器模块都有自己的仪器驱动程序，仪器厂商以源代码的形式提供给用户。（3）应用软件应用软件建立在仪器驱动程序之上，直接面对操作用户，通过提供直观友好的测控操作界面、丰富的数据处理功能，来完成自动测试任务。13虚拟仪器的开发系统应用软件开发系统是设计开发虚拟仪器所必须的软件工具。目前，较为流行的虚拟仪器软件开发环境有两类一类是图形化编程语言，具有代表性的有LABVIEW、HPVE系统；另一类是文本式编程语言，如C、VISUALC、LABWINDOWS/CVI等。图形化的编程语言具有编程简单、直观、开发效率高系统管理虚拟仪器开发软件虚拟仪器驱动程序DAQ接口信号调理DAQA/D卡D/A卡10的特点。文本式编程语言具有编程灵活、运行速度快等特点。14虚拟仪器的特点虚拟仪器充分利用了计算机强大的运算处理功能，突破了传统仪器在数据处理、显示、传输、存储等方面的限制。随着计算机的发展，传感器以及信号调理设备的模块化、标准化，虚拟仪器技术已日渐成熟。虚拟仪器具有以下特点1、具有可变性、多层性、自助性的面板虚拟仪器的面板可以做到与传统仪器一样，可以有显示器显示波形，有LED指示数字，有指针式的表头指示刻度，有旋钮、滑动条、开关按钮，有报警指示灯和声音等。虚拟仪器的优秀之处在于传统仪器面板上的元器件都是硬件，是由厂商决定的，一旦生产出来就不可改变了。而虚拟仪器面板上各种元器件都可以随时根据使用者的要求增添、删除或改变位置。2、强大的信号处理能力用适当的硬件接口电路，对信号进行采集、放大、滤波、隔离、A/D转换后，虚拟仪器就可以充分利用计算机的性能来对信号进行计算、分析。3、虚拟仪器的功能、性能、指标可由用户定义虚拟仪器制作完成后，其功能、性能、指标等都还能根据用户的不同要求进行修改，彻底的打破了传统仪器一经制作完成后，则不可改变的封闭性、单一性。用户还可以调用虚拟仪器库内的模块，随时增添仪器的功能，大大提高了仪器的灵活性。4、虚拟仪器具有开发周期短、成本低，维护方便。易于应用的特点这些特点决定了应用“虚拟仪器技术”可以快速、低成本的开发出具有相当大柔性的仪器，而且这种仪器易于维护和升级。1第二章数据采集21虚拟仪器中的数据采集系统概述数据采集就是将被测对象（仪器外部）的各种参量通过各种传感元件做适当转换后，再经信号调理、采样、量化、编码、传输等步骤，最后送到计算机进行数据处理或存储记录的过程。用于数据采集的成套设备称为数据采集系统（DATAACQUISITIONSYSTEM，DAS）,它是虚拟仪器与外部世界联系的桥梁，是获取信息的重要途经。211数据采集系统的基本组成数据采集系统框图如图所示，它的输入信号分为模拟信号和数字信号两类。模拟信号由模拟类传感器输出的信号经调理后得到，数字信号则由数字类传感器输出的数字信号或开关得到。传感器的作用是把非电量转变成电量（如电压，电流或频率），例如，本设计中的传感器为接近开关，可以获得随电机转速而变化的电压信号。计算机是数字化设备，只能处理数字信息，所以使用计算机处理信息时要12将信号的模拟量转换为数字量。完成模拟量到数字量的转换，称为模数A/D转换或数据采集。212数据采集的特点数据采集系统具有如下主要特点1）数据采集系统一般都由计算机控制，使得数据采集的质量和效率等大为提高，也节省了硬件投资。2）软件在数据采集系统中的作用越来越大，这增加了系统设计的灵活性。3）数据采集与数据处理相互结合日益紧密，形成数据采集与处理系统，可实现从数据采集，处理到控制的全部工作。4）数据采集过程一般都具有“实时”特性，实时标准是能满足实际需要，对于通用数据采集系统一般希望尽可能高速度，以满足更多应用环境。5）随着微电子技术的发展，电路集成度的提高，数据采集系统的体积越来越小，可靠性越来越高。6）总线在数据采集系统中有着广泛的应用，总线技术对数据采集系统的结构的发展起着重要作用。213数据采集系统中的总线技术总线就是传送信息的公共通路，它是数据采集的重要组成部分。总线的性能对数据采集系统的性能具有举足轻重的作用。采用总线技术，可大大简化系统结构，增加系统的开放性、兼容性、可靠性和可维护性，易于标准化和组织规模生产，从而降低系统造价。随着虚拟仪器的出现和普及，市场上有许多数据采集模块，可供用户选择用来设计自己的数据采集系统。虽然虚拟仪器的功能是由用户自己定义的，但其所能达到性能指标和系统能力不仅与采集系统的数字化能力有关，而且与其体系结构有关，以下是不同体系的虚拟仪器系统的性能比较13平台特性GPIBVXI、PXIPCDAQ传输宽度8位8、16、32、64位8、16、32位吞吐率1MB/S（3WIRE）8MB/S（HS48）40MB/S80MB/SVME6412MB/SISA132MB/SPCI定时与控制能力无8路TL触发2路ECL触发无产品种类100100100扩展能力一般强一般结构大小大中等小表21虚拟仪器系统的性能比较22DAQ数据采集系统此次基于虚拟仪器技术的转速计设计，采用的LABVIEW软件平台来制作转速计的软件部分，相应的数据采集系统用的是DAQ系统。221DAQ系统的构成图22基于LABVIEW的数据采集系统一个DAQ系统通常包括插入式DAQ卡，传感器，转换器，信号调节及一套用于获得、处理数据和分析显示、存储数据的软件。驱动程序的用户接口MEASUREMENT为数据分析提供了各种常用的包括信号时域分析、相关分析、曲线拟合、信号仿真、数字滤波、频谱变换、小波分析等信号分析、处理的库函数和工具箱；为网络远程通信提供了DATASOCKET、REMOTEDEVICEACES、REMOTOPANEL、WEBSERVER、VISERVER等技术,具有强大的INTERNET功能,支持常用的网络协议,方便网络、远程测控仪器的开发。与C和BASIC一样，LABVIEW也是通用的编程系统，有一个能完成任何编程任务的庞大函数库。LABVIEW的函数库包括数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储等。LABVIEW也有传统的程序调试工具，如设置断点、以动画方式显示数据及其子程序（子VI）的结果、单步执行等等，便于程序的调试。2642转速计程序编写421数据采集由于此项目是横向研发项目的组成部分，目的是开发出一台转速计，所以数据采集模块用的是已有的模块，并未另行开发。图41数据采集模块的前面板此模块为多通道采样模块，可以用于检测多个通道的信号，本次测试只选择了与电机信号相连的第二通道用于采样。根据香农定理对于一个有限频谱（MAXMAX）的连续信号，当采样频率S2MAX时，采样才能不失真的恢复到原来的连续信号。采样定理所规定的最低采样频率，是数据采集系统必须遵守的规则。在实际应用中，由于信号的最高频率难以确定，特别是有其他干扰存在的时候。采样理论要求在取得全部采样值后才能求得被采样对象的参数，而实际上在某一采样时刻，计算机只能取得本次采样和以前的采样值，但是很多时候计算机必须在以后采样值未获取的情况下进行计算分析。27因此，在实际的采样过程中所取的采样频率要高于理论值，一般为信号最高频率的510倍。本次测试采用的采样率为100HZ。由此模块输出的信号为一波形数组。主程序转速计的信号来源就是这个波形数组。图42数据采集模块的程序框图数据采集图43数据采集模块程序框图关闭数据采集卡28422数据处理数据处理的核心内容是计算出由数据采集卡获得的脉冲波形的周期。LABVIEW自带有多个VI，使用他们可以方便的测量连续波形的时间周期。其中针对脉冲信号的PULSEMEASUREMENTSVI能够从一个波形矩阵中测量周期、脉冲持续时间和占空比。本文中使用的改编后的PULSEMEASUREMENTSVI测出周期后，取倒数得到频率，在乘上60就可得到电机的每分钟转速（RPM）。虚拟式转速计的核心数据处理编程如下图44转速计算程序框图图45周期测量程序框图29423基于PULSEMEASUREMENTSVI的脉冲信号周期测量脉冲波形测量需要在测量波形特征时确定位置。通过状态和参考电平可确定位置，并产生测量时间间隔，以此为基础可进行各种时域测量。参考电平可使用户通过确定参考电平交叉获取波形信息。两个相邻波形采样可通过参考电平交叉中的参考电平对幅度进行划分。线性插值用于给出对参考电平交叉的精确时刻的逼进，如下图所示。图46获取波形信息参考电平可指定为状态电平的百分比，低状态和高状态分别对应于0和10。最常见的低、中和高参考电平分别为10、50和90。下图显示了对脉冲波形的状态和参考电平的典型选择。图47理论参考电平设置30LABVIEW计算波形高低状态电平的方法有三种HISTOGRAM用波形上下区域中具有最多波形点的直方图区间的中心高度做为状态电平的高度。波形的上下区域分别为从波峰波谷开始算起、包含峰峰值40的上下范围。PEAK搜索整个波形的最大和最小高度。AUTOSELECT确定高低状态电平相应的直方图区间是否分别有超过5的总波形点。如满足，LABVIEW将返回这些结果。否则，使用PEAK方法。这可保证对方波或三角波返回一个有效的结果。LABVIEW通过参考电平定义一个完整周期内的测量间隔。中间参考电平和高参考电平之间的距离必须等于低参考电平和中间参考电平之间的距离。如两个距离不相等，LABVIEW将对高参考电平或低参考电平进行调整，使距离等于较小的值。例如，如高参考电平为90，中间参考电平为50，低参考电平为20，LABVIEW将使用80替代90作为高参考电平。高参考电平指定波形的高参考电平，单位为百分比（默认）或绝对单位。信号上升穿过中间参考电平后，必须再穿过高参考电平，才可对下一次下降穿过中间参考电平进行计数。中间参考电平指定波形的中间参考电平，单位为百分比（默认）或绝对单位。波形与中间参考电平的每两个交点之间至少包含波形与高/低参考电平的一个交点。低参考电平指定波形的低参考电平，单位为百分比（默认）或绝对单位。信号下降穿过中间参考电平之后，必须再穿过低参考电平，才可对下一次上升穿过中间参考电平进行计数。由数据采集卡得到的实际信号波形如下图48实际输入信号波形参考电平设置示意31根据实际信号波形图，选取高参考电平为60，中间参考电平为50，低参考电平为40。信号上升与中间参考电平交于点1，然后必须依次通过与高电平的交点2，通过下降沿与中间参考电平的交点3，通过与低参考电平的交点4后才会对下一次信号上升沿与中间参考电平的交点1计数。波形的周期就是相邻两个中间参考电平与上升波形交点1与点1之间的时间间隔。具体编程如下图49改编后的脉冲测量仪程序框图周期返回相邻两次同方向穿过中间参考电平的时间间隔，以秒为单位。424数据存储与显示在实际的测试应用中，通常需要将采集到的信号数据保存起来，本设利用WRITELABVIEWMEASUREMENTFILE节点将测试结果写入到测试数据文件。利用此节点将测试数据文件写入硬盘中，存储路径可供使用者自己选择，但要注意的是读取测试数据的时候要注意读取的路径一定要和写入的路径相同。研究人员不需要大量的数据记录工作，而且随时可以直接调用出来进行数据分析，这显然要比传统的测试仪器方便得多。32图410数据存储与显示程序框图图41数据存储、显示前面板3425前控制面板设计这部分设计主要包括速度曲线、速度盘、采样信号监测、测量参数设定、数据存储及显示的面板窗口。速度表盘中的指针的抖动能够很直观的模拟转速的变化，能很方便的知道转速的粗略值和当前电机转速的增减趋势，而其上的数字显示窗口则能准确的读出当前的转速值。速度曲线窗口，记录了转速信号在最近一段时间的变化趋势，其纵坐标代表速度值，横坐标则反映速度随时间的变化规律，当时间超过横坐标最大值即时，显示器中的波形将会随时间的推移而沿着时间轴滚动。数据存储显示窗口供使用者将测试结果存储在指定的文件中，同时数据表格窗口可以读取前面测试获得的数据。输入信号监测窗口是为了方便使用者在测量不同的电机转速时，能根据获取的信号，恰当的设置参考电平、极性、电平计算方法等测试参数，使仪器能更精确的测量。图412转速计前面板3443测试结果分析在完成上述硬件和软件的设计和构架后，进行了实际测量。使用的电机标准转速为959RPM。初始测试时低参考电平设置为20，中参考电平为50，高参考电平为80，计算波形高低状态电平的方法为AUTOSELECT，经过多次测试，从虚拟式转速计上得出一组数据94，105，121，96，95，98，96，97，101，103。从数据可以看出，转速计测试的结果误差较大。经过对数采卡输入信号的检测分析，发现由数据采集卡采集的输入信号，干扰很大，干扰波形的幅值达到125V，而脉冲信号的幅值为45V,将低参考电平设置为20，其所在的位置为452009V处，干扰信号的波峰处于低参考电平上，这严重干扰了脉冲的识别，因此产生的结果误差较大。根据信号采集卡输入的信号，通过不停的调试，最终将低参考电平设置在40，中间参考电平为50，高参考电平设置则为60，计算波形高低状态电平的方法为PEAK，测试表明这样就能有效避免干扰信号对测试结果的影响。通过转速计测得的一组数据为94，95，95，96，95，95，94，96，95，95。数据误差范围2，能满足一般的测试需要。误差来源主要是来自于数据采集部分，由于测试所用电机并非固定，转动后会产生轻微的偏移，传感器采集信号时产生误差。相信在固定电机与传感器的相对位置，或采用高精度的传感器能大大提高精度。由于测试条件的限制，本设计中没有深入测试下去。设计中使用模拟信号发射模块，将一周期为02S的脉冲波形加上干扰模拟实际输入信号输入到转速计中进行测量，发现转速计的精度范围能达到001,这个精度达到传统硬件式转速计中超高精度型的级别。因此，在解决掉数据采集方面的精度限制后，虚拟式转速计也能推广到高精度测量中。35图413转速计后面板程序框图36图414转速计实测电机转速前面板显示图（注图上数据为电机超速状态下获得）37第五章结论转速测量技术随着科学技术的飞速发展，在旋转物体速率测量方式上应用了各种新的技术，实现了测量的准确高效、安全便捷。传统硬件式转速测量范围一般为几十转至几万转，测量精确度大多为1以下，极少高精度型产品能达到001。本设计中基于虚拟仪器技术开发的转速测试系统，使用传感器、数据采集卡等简单的硬件，结合LABVIEW开发的软件测试系统，实现了电机的转速测量，精度可以达到2。虽然精度还不及硬件式转速计，但也能达到一般的机械测试要求，而其成本却较硬件式转速计大大减少。况且其还具有很大的提升空间，使用高效的数据处理模块实现编程的简洁，使用高精度的传感器等都能带来精度的提升。但相应的开发成本也会上升，如何保证提低成本下提高其精度还有待研究。本虚拟式转速计还具有开发周期短、操作灵活、易于修改、可靠性高等优点；该系统不仅可以进行信号的测量,并具有数据自动记录存储功能,可进一步地扩展如数据分析、数据打印和网络远程监控等。在测试过程中可通过软件处理将电机运行过程的特性曲线实时显示出来。兼容性强，升级方便。基于虚拟仪器技术的转速计能根据被测电机的不同，进行相应的测试参数设置，以适应各类电机的测试。随着LABVIEW库函数的发展，可应用的编程模块将越来越多，所能实现的功能也将随之增多，基于虚拟仪器的转速计易于修改的特点将使其能方便的升级，避免了重复开发，节约了开发时间。因此，作者认为，基于虚拟仪器的转速计还是具有很大的推广价值的。设计达到了最初的指标要求。作者认为在测速的理论和实践工作中，还有许多工作有待完成1，本文设计的虚拟式转速计只对低速电机进行了测试，而对高速电机并未进行实际测试，因此在高速环境下本转速计的性能和精度还有待进一步的测试。382，转速的测试只在一台电机上进行，对于测试其它不同转速电机的测试参数设置上只做了理论说明，并未实际数据操作，这部分工作还可进一步探讨。3，对于改进传感器，提高数据采集精度以便于提高转速计的精度方面，本文只是进行了理论性的预测，具体实现的效果还有待研究。总之，使用虚拟仪器技术来实现转速测量还是一个较新的问题，还有许多问题需要研究，而且如何将实验室研究成果应用到实际工程中等一系列问题均等待有志者进行进一步的研究和探讨。39致谢在此论文完成之际，首先向我的导师余光伟教授表示深深的谢意，感谢导师在我毕业设计期间给予的学术上的指导，感谢导师为我提供的实验环境，培养了我实际动手能力。余老师深厚的理论功底，丰富的实践经验，讲解问题清晰明了，使我终身受益。感谢郑敏学姐，在我设计期间，在实验、调试方面对我的大力支持和帮助，是她提供了尽可能多的实验条件和工作经验方面的指导。在她精心的指导下，使我顺利的完成了毕业设计，在这里，我向她表示衷心的感谢。感谢同学们在我课题研究和论文撰写过程中，给我提供的合理建议，以及整个毕业设计期间给予我的帮助。感谢所有曾经帮助和关心我的人。40参考文献【1】陈锡辉,LABVIEW820程序设计从入门到精通M,第1版，北京清华大学出版社，2071148【2】BISHOP，RH，LEARNINGWITHLABVIEW7EXPRESM，第1版，2032856【3】杨智，袁媛，贾延讲虚拟仪器教学实验简明教程M,第1版，北京北京航空航天大学出版社，208132137【4】柏林，王见，秦树人虚拟仪器及其在机械测试中的应用M，第1版，北京科学出版社，207160【5】王磊，陶梅精通LABVIEW80M,第1版，北京电子工业出版社，207【6】侯国屏，王琨，叶齐鑫LABVIEW71编程与虚拟仪器设计M,第1版，北京清华大学出版社，205【7】李继平,黄育雁虚拟仪器的研究现状及分析J海南广播电视大学学报,207,4890【8】张建宏虚拟仪器技术及其应用前景J电力学报,207,235435【9】敖传宝虚拟仪器技术及其发展趋势J山西电子技术,207,69295【10】安静贤,莫秋云,王震虚拟仪器技术在振动测试中的应用J北京林业大学学报,202,36770【1】李铁,刘时风,李路明基于LABVIEW的虚拟仪器技术在无损检测中的应用J无损检测,201,6240248【12】刘光明，林谋有基于虚拟仪器技术的发动机转速测量系统的应用J农机化研究,206,7182184【13】CSVELDMANCALIBRATIONOFTACHOMETERSSANASW/S197【14】于梅,孙桥,薛淑英转速计量检测技术的发展现状与存在的问题J41计量技术,203,13839【15】肖斌高精确度数字式转速测