螺栓组受力试验台结构设计及仿真说明书

1、毕业设计(论文)螺栓组受力试验台机构设计及仿真MECHANISM DESIGN AND SIMULATION OF BOLT SET THE FORCE TEST RIG 学生姓名 陶文学院名称 机电学院学号 20110608327班级 11机制（3）专业名称机械设计制造及其自动化指导教师 陈凤腾2015年 5月 24日工程学院学位论文原创性声明本人郑重声明： 所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用或参考的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标注。本人完全意

2、识到本声明的法律结果由本人承担。 论文作者签名： 日期： 年 月 日 徐州工程学院学位论文版权协议书本人完全了解徐州工程学院关于收集、保存、使用学位论文的规定，即：本校学生在学习期间所完成的学位论文的知识产权归徐州工程学院所拥有。徐州工程学院有权保留并向国家有关部门或机构送交学位论文的纸本复印件和电子文档拷贝，允许论文被查阅和借阅。徐州工程学院可以公布学位论文的全部或部分内容，可以将本学位论文的全部或部分内容提交至各类数据库进行发布和检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。论文作者签名： 导师签名： 日期： 年 月 日 日期： 年 月 日摘要多功能螺栓组试验台是验证螺栓组

3、性能并对其进行分析的实验台，利用杠杆原理增加螺栓拉力并进行验证分析。Labview软件是美国NI公司开发，应用最广泛的图形化编程软件之一。它是一种真正意义上的图形化编程语言，采用工程技术人员所熟悉的术语和图形化符号代替常规的文本语言编辑，具有界面友好、操作方便、开发周期短等特点，广泛应用于各个行业的仿真、数据采集、仪器控制、测量分析和数据显示等方面。本毕业设计旨在对螺栓组受力试验台的螺栓连接静、动态参数例如螺栓组直径、受载及电阻应变片的信号以及传感器的信号等进行采集、处理，进行结构设计并利用虚拟仪器和LabVIEW对受力信号进行分析处理，验证螺栓组受力和虚拟仪器的信号分析能力，手工绘制和计算机

4、绘制螺栓连接的力变形曲线。关键字 螺栓组；试验台；虚拟仪器；Labview Abstract Multifunction bolt set test rig is to verify the performance of the bolt group and its bench analysis, the use of leverage to increase the bolt tension and confirmatory analysis.NI Labview software is developed by one of America's most widely used g

5、raphical programming software. It is a graphical programming language a real sense, the use of engineering and technical staff are familiar with the terminology and graphical symbols instead of regular text language editor, with user-friendly, easy to operate, short development cycle, which is widel

6、y used in various industries simulation, data acquisition, instrument control, measurement analysis and data display and so on.This graduation designed to bolt for bolt groups stress test rig is connected static and dynamic parameters such as the diameter of the bolt group, under load and resistance

7、 strain gauge sensor signals and signals, etc. collection, processing, structural design and the use of virtual instruments and LabVIEW for the force signal analysis and processing, signal analysis capability to verify the bolt group by force and virtual instruments, hand-drawn and computer drawing

8、strength bolting - deformation curve.Keywords bolt group test-bed virtual instrument Labview 目 录1.绪论11.1多功能螺栓组连接试验台概论11.2虚拟螺栓组连接实验台简介1实验内容和功能11.3螺栓组试验台概述3螺栓组连接试验台结构简介31.4实验技术路线图42螺栓组连接结构设计和受力分析52.1螺栓组连接概述5螺栓组连接形式5螺栓组连接试验台工作原理63.实验台系统设计参数分析83.1设计要求83.2 课题的主要参数8试验台主要技术参数8螺栓的基本参数8螺栓的受力分析94螺栓组中螺栓的受力与应变的

9、计算114.1 工作负载变化时受力最大螺栓的负载应变变化计算114.1.1 计算螺栓组所受的工作负载12计算单个螺栓所受的最大工作拉力12螺栓所受的总拉力及应变13负载变化时螺栓的力与应变135.虚拟仪器155.1虚拟仪器概念155.2虚拟仪器优点155.3 Labview165.3.1 Labview概念165.3.2 Labview特点166.虚拟信号的采集176.1数据采集概念176.2数据采集过程18数据采集硬件18硬件安装与配置18添加CompactRIO系统到Labview项目中196.2.4 数据采集197.虚拟信号的处理与分析227.1滤波22算术平均滤波法原理及准备工作22设

10、置For循环22添加其余组件23整体完善247.2放大257.3数据分析概述257.4信号的时域分析25相关性分析26卷积分析26幅值及电平分析27谐波失真分析277.5信号的频域分析27傅立叶变换28谱分析29拉普拉斯变换分析298.信号显示与仿真篇308.1数据的显示30创建波形图30设置波形图的属性318.2信号仿真328.3系统总程序框图的设置及其仿真图的生成32结论34致谢35参考文献361.绪论1.1多功能螺栓组连接试验台概论在生产生活中，从制造、安装、运输以及提高劳动率等方面来说，采取常见的连接方式有螺纹连接、键连接及销连接，其中尤以螺纹组连接应用最广。因为螺栓连接应用最广，而L

11、abview在这几年中发展越来越快，逐渐变成一个趋势，所以在把螺栓组试验台与Labview结合起来一起研究，完成本次毕业设计。螺纹组的连接主要有两个作用：紧固与传动。因此在设计螺栓组连接方式时就要针对各个目的提出各种针对性的要求。综合各种连接的设计要求，设计了这个“多功能螺栓组受力实验台”，不仅使加载方式多样化，实验的测试方式也变得多样化起来。同时，通过改变该实验台螺栓组的个数和排列的方式、螺栓的材料，负载的加载方式，才弥补了物理实验台的缺点，才真正上实现“多功能”。多功能螺栓组试验台除了能做螺栓组连接实验（测定螺栓组的负载分布）外，还可以做齿根弯曲应力的测定、梁的应力测定和电阻应变片灵敏系数

12、测定等实验。1.2虚拟螺栓组连接实验台简介1.2.1实验内容和功能虚拟螺栓组连接实验台的开发基础是物理实验台的基本原理，因此，必须保证虚拟螺栓组连接实验台与现实中的实验台的试验过程相同或相似。现实中的实验台的试验过程是当改变螺栓组的排列方式和负载时，要确定螺栓组受力的最大值，并分析其受力形变关系，并绘制它的受力形变关系图。根据实验内容的要求，实验台应具备如下的功能：（1）螺栓组排列方式：组成排列形式各不相同的螺栓组，并且便于修改和 变更螺栓组实验台中螺栓的材料、尺寸等数据。试验台中螺栓的排列方式如图1.1所示。图 1.1 螺栓的排列方式（2）装载部件：对螺栓组施加各种不同的负载，或用各种不同的

13、负载共同作用在螺栓组上。施加负载的具体过程如图1.2所示。平移螺钉，转动手柄，从而改变负载。此时可以独立施加的负载有A、B、C3种不同的负载情况。左边的液压缸连接着负载的顶端，使其左右平移，施加了负载D。A、B、C、D就是施加在螺栓组上的4种不同负载。图1.2 施加负载的过程（3） 实验结果处理部件：当分析了螺栓的排列方式和施加负载的情况之后，确定了螺栓的负载情况，确定受到负载最大的螺栓和它的负载大小，并绘制这个螺栓的受力形变图。为了完成各种功能，物理实验台要合理设计物体的结构。但是为了提高实验台的可靠性，同时也为了使实验内容多元化，以及使实验台具备很多功能，设计出的物理实验台肯定会因此具有复

14、杂的结构，操作也肯定会很繁琐。为了验证毕业设计的内容，就想到将实验过程在计算机中模拟出来，利用计算机技术将其虚拟化，借此完成实验内容。这是一种方便并且实用的解决方案。1.3螺栓组试验台概述螺栓组连接试验台结构简介螺栓组连接试验台的结构如图1.3所示。图中1所示为托架，在实际使用过程中中大多数情况下为水平放置，但是为了避免由于自重所产生的力矩的影响，在这里将它设置为垂直放置。托架以一组螺栓3连接于支架2上。随着螺栓组中的螺栓所受负载的变化，图中8所示的电阻应变片也会随之变化，用电阻应变仪来测量这个变化量。在螺栓的两边各设置一个电阻应变片，将它们的输出端口串联。引线由孔7中接出。1.4实验技术路线

15、图虚拟仪器和Labview概述明确本次毕业设计的设计内容和要求采集实验数据数据处理螺栓组中螺栓的受力与应变的计算数据分析 信号显示与仿真得出结论 2螺栓组连接结构设计和受力分析必须要熟悉螺纹的连接性质，明确本次毕业设计的目的，只有这样，才能完成本次毕业设计。当在实验过程中碰上各种问题时，才能改进该螺栓组实验台以满足实验的要求。 本章主要讲解了螺栓组结构，以及如何实现其功能等内容。具体内容如下：螺栓组连接的结构设计和受力分析；螺栓组加载系统的结构设计。2.1螺栓组连接概述很多螺栓连接件都是成对使用的，其中以螺栓组连接的方式是最典型的。螺栓组和被连接件是螺栓组连接的主要结构。下面就是对螺栓组连接的

16、设计以及计算。本次毕业设计的螺栓组连接的设计过程包括以下两个方面：（1）结构设计选定螺栓组的数量和排列方式;（2）受力分析根据螺栓连接的结构以及负载情况，求出螺栓组中螺栓受力的大小，并画出它的力形变关系图。2.1.1螺栓组连接形式合理的安排接合面的几何形状以及螺栓的排列方式，这是进行螺栓组连接结构设计的主要目的。为了使螺栓与连接接触面受力均匀，使加工以及装配过程更加方便。在设计时应该考虑下面几个问题：（1）一般情况下，将接触面的几何形状设计成简单的轴对称图形。如圆环状、椭圆状、三角状等形状，这样不仅使加工及装配过程更加方便，也使得螺栓组的对称中心和接触面的中心重合，保证接触面处的受力相对均匀。

17、（2）螺栓的排列方式必须让所有螺栓受到的负载合理分配，当螺栓连接受到负载时，应该使螺栓尽量靠近连接触面的边沿，以减小螺栓的受到的负载。（3）分布的螺栓之间应该有合理的距离。螺栓在排列时，应根据扳手需要的运动空间来决定所有螺栓中轴线间以及螺栓轴线和机体壁间的最小距离，。（4）螺栓的数量应设计成容易度量的数量，这样在圆周上钻孔的时候进行度量和画线就很方便了。同一个螺栓组里面的螺栓材质、大小和长度都应该一样。（5）螺栓和螺母的底部应该平滑整齐，并且垂直于螺栓的中轴线，防止产生偏心负载。为此，可以把被连接件的支撑面设计成凸凹状。当支撑面是倾斜的时候，可以使用斜面垫圈等方式。综合考虑以上几个方面，确定了

18、本螺栓组实验台的排列形式，如图2.1所示：螺栓组连接试验台工作原理当实验开始时，螺栓组受到一个横向的力矩，该力矩的作用则使托架产生翻转趋势，使得各个螺栓受到外力不一样大。根据螺栓的形变状态条件，所有螺栓受到的拉力F与螺栓中心线到托架底面中线的距离L成正比。见式（1.1）。式中，F1，F2因为托架受到力矩的影响而使螺栓受到的力（N）； L1，L2从托架中线到与其对应的螺栓中线之间的距离（mm）；本试验台中第2、4、7、9号螺栓下标为1；第1、5、6、10号螺栓下标为2；第3、8号螺栓与托架中心线之间的距离为零，既L=0。根据静力平衡条件得：见式（1.2），（1.3）。式（1.2）式中，Q托架受到

19、的力（N）； h0托架受力点到接合面的距离（mm）。本实验中取Q=3500N；h0=210mm；L1=30 mm；L2=60 mm。则第2、4、7、9号螺栓的工作负载为：见式（1.4） 3.实验台系统设计参数分析3.1设计要求本次毕业设计要求利用螺栓组受力试验台对螺栓连接的静、动态参数进行采集和处理，利用虚拟仪器和LabVIEW对受力信号进行分析，验证螺栓组受力和虚拟仪器的信号分析能力。并利用计算机绘制螺栓连接的力变形曲线。3.2课题的主要参数试验台主要技术参数试验台主要技术参数如下：1、试验螺栓电阻应变片阻值R=350；2、静态应变仪误差范围：±0.3%；3、联接螺栓工作直径d=6

20、.00mm；4、传感器精度：±0.2。螺栓的基本参数1.螺栓材料的选择常用的螺栓材料有Q215、2Q35、35和45号钢，本此毕业设计中螺栓无特殊用途，根据工作条件，选择常用材料45号钢。查机械设计手册得其力学性能为： 2.确定螺栓的许用应力设计中取螺栓的直径为：d=10mm选取螺栓数目为：14对钢质螺栓的应力为：见式（3.1） 式（3.1）式中：螺栓连接的许用应力，MPa； s螺栓材料的屈服极限，MPa； S 安全系数， S=1.2 1.7，在这取S=1.5。 螺栓的受力分析本次毕业设计中，螺栓组受横向负载和倾覆力矩的影响，这样一般采用受拉螺栓连接的方式。当底板上只装有4个螺栓时，

21、系统受到的拉力最大，螺栓受工作负载FR。在工作负载FR的作用下，螺栓组受横向力和翻转力矩：横向力：FR 翻转力矩：M=：FR*185为了不让被连接件之间产生相对滑动运动，则有： 或 式（3.2）式中： z螺栓数目； F接触面间的摩擦系数，f=0.06 0.10，取 f=0.1； M接触面对数； Kf摩擦力传递负载时的系数，一般取 1.2； F施加负载后螺栓所受到的预紧力；1. 受横向负载时螺栓预紧力的计算 当拧紧螺母时，螺栓螺纹部分不仅受预紧力F所产生的拉应力作用，同时还受螺栓与螺母之间扭矩应力的作用。根据第四强度理论及对大量螺栓预紧力的分析知道，其复合应力ca的计算只需要将拉伸应力加大30%

22、，其强度条件为： 即： 则有： 式（3.3）2. 螺栓组工作负载FR的计算如上所述：即： 式（3.4） 则最大工作负载： 式（3.5）3. 倾覆力矩的计算底部面板是刚体，绕对称轴线有翻转的趋势，则力矩： 式（3.6）在此力矩的作用下，对称轴线上的螺栓被拉紧，螺栓轴向力增大; 下边的螺栓被松开，使螺栓的预紧力减小。 4. 单个螺栓所受的工作拉力受力最大的螺栓的拉力为： 式（3.7）螺栓所受的总工作拉力为： 式（3.8） 4螺栓组中螺栓的受力与应变的计算本次毕业设计中的螺栓组，是受到横向负载、翻转力矩的作用，这样的连接采用的是受拉螺栓连接。螺栓除了可能被拉断外，还会有支架沿接触面滑动的情况发生，并

23、且在负载的作用下，接触面的上沿可能产生缝隙。当螺栓拧紧后，在接触面间就产生了摩擦力，横向负载就是借助这些摩擦力来传递的。在设计时，一般要避免连接的接触面滑动这种情况发生。而根据螺栓的形变条件，在翻转力矩的作用下各螺栓会产生拉伸变形，这个拉伸变形量是和它的中轴线到螺栓组对称轴线之间的距离成正比。4.1 工作负载变化时受力最大螺栓的负载应变变化计算对于如图（4.1）的连接形式：图4.1 螺栓的连接形式（主视图）如图（4.2）所示，当只有4个螺栓时（分别为螺栓1、7、8、14），在工作负载的作用下，螺栓组承受如下各力和翻转力矩作用：横向力、翻转力矩， 图4.2螺栓的连接形式（左视图）本节中，将计算当

24、工作负载变化时，受力最大的螺栓7、8的总拉力和应变变化值。4.1.1 计算螺栓组所受的工作负载 当工作负载为1000N时，即横向力FR =1000N时，预紧力F如前章所计算的 N力矩：计算单个螺栓所受的最大工作拉力由M引起的螺栓最大拉力为： 式（4.1） 式中： FiM由M引起第i个螺栓受的拉力（N）； Li 对称轴线到第i个螺栓的距离（mm）。螺栓所受的总拉力及应变式（4.2） 式中： Fi第i个螺栓受的总拉力（N）； 查表得：C1/C1+C2=0.2。 总拉力产生的应变为： 式（4.3） 式中：i 第i个螺栓的应变； E 螺栓材料的弹性模量，E=200*109MPa； A 螺栓的横截面面积

25、，mm2。负载变化时螺栓的力与应变当负载在04850N之间变化时，螺栓7、8所受的总拉力和应变计算步骤如上所述，可计算的总拉力及应变如下表（4-1）。表4-3工作负载变化时螺栓的力与应变外载荷力F(N)应变（10-4）500100015002000250030003500400045004850F145511461014670147291478814848149071496615026150659.269.39.349.389.429.469.59.539.579.6力应变线图为： （10-4） 外载荷图4.4工作负载变化时螺栓的力应变线型图5.虚拟仪器5.1虚拟仪器概念5.2虚拟仪器优点（1

26、） 可操作性强。用户可以自定义虚拟仪器的面板，对于不同的使用目的可以设计不同的操作显示界面，是其可操作性大大加强。图5.1虚拟仪器的构成部件5.3 Labview5.3.1 Labview概念LabVIEW由美国NI公司研发的是一种程序开发环境，但不同的是，LabVIEW是一种图形化的编程语言。 LabVIEW软件是研制测量或者是控制系统的首要选择。 LabVIEW的开发环境几乎集中了工程师和科学家们快速建构各种应用所需要的所有工具，其目的是帮助工程师和科学家们在解决问题时更加方便，提高科学生产力。 5.3.2 Labview特点 Labview使用图形化的仪器编程环境，内置程序编译器，运行速

27、度快。同时它还配备了庞大的数据库，从基本的功能函数到高级分析库，几乎涵盖了仪器设计中需要的所有函数及驱动程序。 图5.2Labview工具模板 图5.3Labview的控制模板6.虚拟信号的采集本次毕业设计的主要内容是利用螺栓组受力试验台对螺栓连接静、动态参数进行采集、处理，利用虚拟仪器和LabVIEW对受力信号进行分析，验证螺栓组受力和虚拟仪器的信号分析能力并绘制螺栓连接的力形变曲线。所以，在开始本次毕业设计之后，要做的第一步就是数据采集，将螺栓组试验台的数字信号采集出来。本节详细介绍了螺栓组试验台的数据采集部分，包括硬件选择，端口设置等。6.1数据采集概念 数据采集就是将数据从被测点用各类

28、方法导出和传输的一个过程。它为后面的处理工作提供数据来源。经常要在数据采集之前设置传感器和信号，这涉及到信号的收集、数字化以及存储等内容。数据采集系统从一般的结构上讲，由5部分组成 ：（1）传感器传感器是能感受到螺栓组试验台的信息，将其变换成为电信号或其他形式的信号。经常用到的传感器主要有温度传感器、湿度传感器、压力传感器、位移传感器等。（2）信号 信号是整个数据采集系统中的传输介质，不同的信号有不同的处理方式，通常包括数字信号和模拟量信号两种。（3）信号调理信号调理通俗的来讲就是对信号的进行处理，因为信号在转化过程中因为信号本身不清楚或传输过程中的丢失等原因，需要对信号进行还原或相应的处理。

29、（4）数据采集硬件数据采集硬件是将模拟量到数字量的转化装置，也是连接计算机和外面器件的接口，其功能就是把调理后的信号合并成一组量。（5）驱动程序和应用软件驱动程序和应用软件是为了配合硬件工作而装载的一种软件工具。为了运行Labview，必须安装一些操作驱动。图6.1数据采集系统结构6.2数据采集过程数据采集硬件硬件安装与配置添加CompactRIO系统到Labview项目中在Labview开始窗口中新建一个项目，点击启动界面左侧向导框内的“新建VI”选项，则新建了一个空白项目，为该项目命名并保存。在项目名称出点击右键选择“新建”“目标和设备”，这时会自动弹出一个窗口，拓展打开6.2.4 数据采

30、集首先，确定了需要导入的螺栓组试验台的数据，本次实验的螺栓组实验台的型号是Lsc-II型，所以主要需要导入实验台中电阻应变片及其受力情况的静动态参数，所以需要一个静态应变仪和电流传感器，这些都可以装配在NI 就开始进入数据采集环节了。首先，在前面板中左键单击“窗口”“显示程序框图”，打开了一个与前面板相对应的程序框图，称之为后面板，后面板主要是用来对前面板控件中的接线端口以及一些仅在后台运行的连线、函数和结构等进行设置。接下来，点击后面板中的“查看”命令按钮，在弹出的对话框中左键单击选择“函数”，在弹出的下拉列表中中左键单击“互接接口”“输入设备控制”“输入数据采集”，在弹出的对话框中左键单击

31、确定，电脑既自动通过NI CompactRIO开始采集螺栓组受力试验台Lsc-II中关于螺栓组电流的数据参数。图6.4数据采集程序图7.虚拟信号的处理与分析CompactRIO中提供了电压源和电流源，已经为螺栓组受力试验台的电阻应变片提供了所需的激励信号，所以不在需要对数据进行激励处理，本章主要讨论的是对采集到的原始信号进行滤波、放大和线性化的操作。7.1滤波算术平均滤波法原理及准备工作设置For循环添加其余组件整体完善7.2放大7.3数据分析概述在在Labview中，数据处理、实时分析和高速浮点运算已经变得越来越重要。采集到的任何信号，在传输到PC里后，都要对信号进行分析，为接下来的实验打好

32、基础。数据分析有以下几个特性：（1）通过时间和频率函数，可以精确地测量和限制数据的幅值。频谱使用一半的取样频率，采用单边的方式进行计算，不会出现负频率。（2）输出量中包含了长度、大小等物理量，刻度标注灵活，可以直接显示或调用数据。（3）数据的输入值被设定为实数。（4）所有的数据可以在程序之间方便地传输。7.4信号的时域分析 Labview中有多种信号分析方法，最重要的方法是将数据进行时域到频域的转换。下面，将为大家详细地介绍这两种方法。信号的时域分析是指对信号的时域数据进行测量和计算，具体来说，就是在不同时间段下对信号进行变换、缩放、微分、积分等各种分析运算，从而提取出对研究和实验有用的信号的

33、时域特征。时域分析一般就是分析原始信号的第一步，信号的时域特征往往也为其他分析方法提供了重要参考，奠定了信号分析的基础。相关性分析 卷积分析卷积运算是对信号进行时域分析的最有有效的一种方法。其数学表达式如下所示。 式（7.3）这个表达式也可以简写为：卷积的编程不是很难，只需要按照要求把任意量和脉冲对应接入就行了，再此不多做叙述。幅值及电平分析幅值及电平分析反映了波形数组的幅值、高、低两种状态的电平。数据输入接口的功能如下所示：幅值和电平分析主要是对一个信号量进行量化操作，得出各类数据。先产生一个信号，再用幅值和电平函数处理后得到各相关量。谐波失真分析谐波失真分析就是对输入的信号进行谐波分析，这

34、里面包括测量基频和谐波，并将基频和所有谐波的幅值电平返回。其端口功能如下所示：7.5信号的频域分析信号的频域分析是指对信号的频域数据进行测量和计算。一些从时域上无法解决的问题，往往从时域上无法解决的问题，往往通过频域分析就可以有效的解决。下面，就详细讲解一下频域分析中经常性使用到的几种方法。傅立叶变换傅立叶变换能够对数据进行变换并且对其进行各种计算的一种非常有用的数学分析方法。傅立叶变换有两种表现形式，离散傅立叶变换和快速傅立叶变换。当采样量较大时，离散傅立叶变换计算起来相当麻烦，所以在这里选择第二中变换方法快速傅立叶变换。快速傅立叶变换可以分为实数、负数、二维实数和二维复数这几种变换。以下是

35、进行快速傅立叶变换的具体方法：（1）在后面板的菜单栏中，点击“查看”“函数选板”命令按钮，这时出现一个“函数”选板。（2）左键单击“函数”“信号处理”“信号运算”“变换”“FFT”命令，这时，一个快速傅立叶变换函数就创建完成了。（3）为了调节同期和幅值以及显示出波形，这时需要产生一个正弦波形。（4）由于单一的波形滤波效果不是特别明显，所以这时要用同样的波形通过复合运算添加一些毛刺。这样，原始波形就会变得不规则，FFT的滤波效果就会显得比较明显。（5）对原始波形进行FFT变换。将原始数据与先前创建的FFT函数的数据端口相连接，并对数组进行变化，这样是为了以后对数据波形进行变换，使其更加直观地显示

36、出来。（6）在FFT变换结束后，对数据进行相除操作，接着对复数进行“复数至极坐标转换”。这样，就可以更加直观地看到变换结果。图7.4正弦信号的程序设计谱分析谱分析就是在频谱上对数组进行分析，使波形更直观地表现出来。其中最常见的分析方式是功率谱的分析和应用。功率谱分析包含了许多函数，下面对包含的一个函数进行详解，其它函数原理相差不大。自功率谱的公式如下所示： 式（7.4）其中，n是信号中点的个数，*表示复共轭。进行谱分析的具体方法如下：（1） 为了显示出自功率谱，必须先产生一个连续的波形。这里使用“基本函数发生器”产生几种可调波形，并设置好频率、幅值等后显示。（2） 接着对产生的波形进行自功率谱

37、变换，得到最后的图形。拉普拉斯变换分析拉普拉斯变换分析常用在工程数学中，它对于把信号从时域上转换为复频域非常有效。实数信号的实数拉普拉斯变换定义为： 式（7.5）其中，S是大于等于0的实数。在对离散的采样信号进行离散拉普拉斯变换时，要对上述运算法则进行连续变换。比如说时间信号随着时间迅速增加，则拉普拉斯变换的定义无效。由于离散拉普拉斯变换并不能完全检测出原定义的收敛，并且其计算代价高昂，所以有效使用离散拉普拉斯变换的策略是以快速傅立叶变换为基础。编写拉普拉斯变换的程序与编写自功率谱变换的程序一样，只是在对程序的信号变换时才使用拉普拉斯变换函数。8.信号显示与仿真篇在上面两章的内容中，主要讨论了

38、对收集到的信号进行处理以及分析的操作。通过NI CompacRIO采集到的螺栓组受力实验台的电阻应变片的原始数据不能满足实验需要，所以在数据采集出来后对数据进行一定的处理，主要是滤波和放大。处理完这些原始信号后，要对数据进行分析，主要是时域分析和频域分析。当对这些数据进行分析过后，就进如本章的主要内容：数据的显示和仿真。8.1数据的显示数据的显示就是把经过计算机处理和分析的数据以其他的形式反映出来。主要有数值、布尔、图形及文本等显示形式。这里采用图形显示的方法。图形显示就是所有与图有关的数据、形状、图表等的显示，主要用于显示各类数据的分析结果和动态内容。图形显示的关键是对信号的处理及显示图形的

39、布局技巧。创建波形图Labview中自带了许多图形显示控件，包括波形图、强度图、混合信号图、XY图和三维图等。在本次试验中，需要的是波形图显示控件，所以首先需要创建一个波形图。在前面板中左键单击“查看”“控件”“新式”“图形”命令，这时候弹出一个图形下拉列表，列表中有许多图形显示控件。接下来，左键单击选择“波形图”控件，将它拖到前面板中，这样一个波形图显示控件就创建完成了。创建完波形图控件后，还要将波形图控件放入循环结构内并进行相应的操作来设置波形图控件的外观和显示的内容。为了实现此项目的，需要将前面为了分析数据而创建的基本函数发生器的“信号输出”端口连接到波形图控件的“信号输入”端口。图8.

40、1控件选板设置波形图的属性波形图的属性对话框设置是本章的关键性操作，它同时也是波形图中唯一可以变更的项目。可以在波形图的属性设置中改变一些显示项目和功能。将按照下面的步骤，自定义波形图显示控件的外观。(1)在前面板上，将光标移动到波形图图例的顶端。这时波形图上仅显示出一条曲线，实际上还有一条曲线，显示出来的是原始信号波形图曲线，未显示出来的是缩放信号波形图曲线。(2)当光标变成双箭头时，左键单击图例边框并将其往旁边拖动，使第二条曲线在图例上显示出来。这时，松开鼠标，出现第二条曲线的名称。(3)右击波形图，在下拉菜单中左键单击“属性”按钮，弹出“波形图属性”框图。(4)在“曲线”命令按钮上右键单

41、击，这时会弹出一个“曲线”属性快捷菜单。左键单击“常用曲线”列表，在列表中选择“锯齿波”等各类显示波形。在“颜色”选项中可以直接选择自己需要的颜色。在“线条样式”文本框中可以选择线条的显示样式。(5)在“常用曲线”下拉列表中左键单击选择“锯齿波”，勾选“忽略波形或动态属性”命令按钮，包括曲线名称复选框。(6)在名为“名称”的文本框中删除当前标签，并将曲线名称更换为缩放锯齿波。(7)接下来要改变图形的其他一些属性。例如，在标尺选项卡上将“自动调整标尺”这一选项禁用，并改变Y轴数值的最大值和最小值。(8)左键单击右下角的“确定”按钮，保存当前对波形图属性和外观的修改并关闭波形图属性对话框。这时发现

42、，前面板中曲线的颜色和图例样式已经改变了。8.2信号仿真信号的仿真就是在Labview中产生一个波形，并对某一信号进行拟合或信号大小的比较。虚拟函数信号发生器软件的核心是波形发生器。可以通过调用其中的函数来产生正弦波、方波、锯齿波、三角波等波形。在这次实验中，波形周期是1000点，使用For循环确定x的取值。每当运行一次For循环，就可以得到一个周期的波形的数据。然后使用While循环，重复执行该程序，就可以一直得到正弦波形。其它几种波形的生成原理和正弦波发生器类似。使用软件生成波形的最大的优点的就是极大地降低了器械的使用成本，并且使得器械体积更小，智能化程度更高。图8.2正弦信号波形图8.3

43、系统总程序框图的设置及其仿真图的生成该主程序主要分为下面三个模块。(1)信号的选择模块在程序框图中选择八个数字输入控件分别输入“正弦波”“三角波”“方波”“锯齿波”以及通道2所对应的数字，然后在调出两个布尔数值转换控件，两个转换成无符号的双字节整形控件，两个数据输出控件作为两个寄存器，两个创建数组控件和若干个case结构。然后利用case条件结构的分支创建两个通道，每个通道都能实现四种波形的选择，分别把数据读入到寄存器当中，使寄存器的“0”“1”“2”“3”分别对应“正弦波”“三角波”“方波”“锯齿波”四种波形。(2)信号的生成模块调出两个基本函数信号发生器，信号类型输入连接前端的波形选择模块，然后调出相应的输入控件，设置相应的参数，能够进行波形输出。(3) 数据采集模块数据采集模块的建立在第