教学材料《LabVIEW实验与应用》-第１１章

１１.１基于ＰＸＩ总线仪器静态标定１１.１.１案例简介一般，各类传感器在出厂时，生产厂家必须对其进行全面的、严格的性能鉴定，给用户明确的技术性能指标，用户在使用过程中，按照相关的测试要求，需要经常性地对传感器的性能指标进行校准实验，以对传感器出厂时的技术性能指标进行修正或按实测技术数据重新确定传感器的性能指标。这种用实验方法确定传感器性能参数的过程称为标定。本案例中使用活塞式压力发生器作为静压发生装置，将压力传感器接在压力发生器的传感器接头上。下一页返回１１.１基于ＰＸＩ总线仪器静态标定根据传感器的贴片形式，将其输出端以全桥的形式接到电桥盒上，接好应变仪，调节好倍率等参数，将电桥调平。应变仪的输出端接入带有数据采集卡（以下简称数采卡）的ＰＸＩ工控机上操作压力发生器时，压力的变化会使传感器的电压发生变化，将采集到的电压信号与压力发生器的标准压力做线性拟合，可以得到该压力传感器的性能参数。１１.１.２软件实现压力传感器的标定软件需要实现电压信号的采集与保存、数据的计算拟合功能。根据软件功能，可以将软件大致分为寻找文件、数采卡参数设置、数据采集、数据保存、数据处理等部分。上一页下一页返回１１.１基于ＰＸＩ总线仪器静态标定１.寻找文件寻找文件主要是用来验证文件名与文件路径是否正确，方便后续数据保存的操作。其程序框图如图１１.１.１所示，其中ｓｅｅｋ＿ｆｉｌｅ子ＶＩ的程序框图如图１１.１.２所示。２.数采卡参数设置数采卡参数的设置要与数采卡的型号相符，根据数采卡的配置说明书来设置参数。一般需要设计触发源、触发方式、触发电平采样速度、采样长度、预延数、量程等一系列数采参数，具体情况以实际应用为准。上一页下一页返回１１.１基于ＰＸＩ总线仪器静态标定本案例数采卡采用纵横公司的ＪＶ５８１１４型，通过调用库函数节点来完成参数设置。详细配置程序框图如图１１.１.３（ａ）～（ｅ）所示，其中图１１.１.３（ａ）为数采卡的整体设置，图１１.１.３（ｂ）～（ｅ）为四个通道的具体设置。虽然此案例只需要一个通道来采集数据，但是为了方便以后的测试，最好将数采卡的四个通道都配置好。当然，在程序框图设计的同时，也要保证前面板的美观大方，对于工程应用来说，还要求所涉及的前面板能够使用方便。本案例设计出的数采卡参数设置前面板如图１１.１.４所示，仅供各位读者参考。上一页下一页返回１１.１基于ＰＸＩ总线仪器静态标定由前面板可以清晰地看到数采卡的各参数设计，大体可以将数采卡参数划分为三大块。第一大块主要包括触发源的选择、触发方式、外触发电平、内触发通道、系统触发线号、触发信号到背板的选择，这一部分主要用来控制触发的实现；第二大块则由采样速度、采样长度、预延数、存盘起始、存盘长度这五项数采工作状态构成，这一部分可以控制采样的基本状态；第三大块则是各通道的具体参数设置，即量程、耦合方式、信号地选择、内触发电平的设置，这一块能够具体到每一通道的参数设置，特别是内触发电平的设置经常用到。３.数据采集上一页下一页返回１１.１基于ＰＸＩ总线仪器静态标定数采卡参数设置完毕后，就可以根据参数来编写数据采集程序。采样的顺序一般依次为：采样开始、采样触发、获取采样状态、获取采样时钟、采样长度、采样延时等。同时，为了在界面上更好地展示采样进度，一般可采用滑条来显示。具体的程序框图如图１１.１.５（ａ）～（ｅ）所示。数据采集部分设计完成之后，便可以通过事件结构来统一测量的完成。在本例中，以“鼠标按下”作为事件的触发源，执行整个测量任务，具体程序框图如图１１.１.６所示。其中ｓｕｂ＿ｗａｖｅ１子ＶＩ为数据采集程序，即图１１.１.５中全部程序，ｍｅａｎ子ＶＩ为求数组的平均值程序。上一页下一页返回１１.１基于ＰＸＩ总线仪器静态标定４.数据保存数据保存时，可以根据用户要求保存的数据来设计。本案例中对数采卡采得的原始信号、采样频率、采样长度进行保存，其具体的程序框图如图１１.１.７（ａ）所示，其中ｓａｖｅ子ＶＩ为数据保存的具体操作流程，一般为通用程序，可以在其他数据保存的设计中用到，详细程序框图如图１１.１.７（ｂ）所示。５.数据处理应用ＬａｂＶＩＥＷ实现测试一般分为数据采集与数据处理两部分。根据不同的工程需求，数据处理程序亦大相径庭。上一页下一页返回１１.１基于ＰＸＩ总线仪器静态标定本案例的数据处理相对简单，主要是利用采集的电压信号来拟合数据，而ＬａｂＶＩＥＷ程序附有相当丰富的拟合程序可以调用，可以便捷地进行数据拟合处理。其程序框图和前面板如图１１.１.８（ａ）和（ｂ）所示。１１.１.３软件分析与总结本案例的软件需要实现电压信号采集以及数据拟合功能，因此可以用选项卡控件将电压采集和数据处理分割开来。其前面板如图１１.１.９所示。由于标定需要重复多次完成，还需要对数据取平均值之后再拟合，于是将三个操作放在一个选项卡内，通过选项卡左上角来选择操作。上一页下一页返回１１.１基于ＰＸＩ总线仪器静态标定当然，对于该标定来说，数据采集是整个程序的关键点。虽然上文已经详细介绍了数据采集实现的主要程序，但需要与其他诸如菜单选择、颜色设定以及界面设计等衔接贯通，这样才能实现软件设计的初衷。由于篇幅有限，读者可以通过阅读源程序并对照前文的介绍来熟悉整个软件的思想。上一页返回１１.２基于ＰＸＩ总线的枪弹速度及膛压测试１１.２.１案例简介本案例需要测量子弹的膛压及速度，将两个压力传感器布置在枪膛内来获取膛压，一对线圈靶安放在合适的位置以测试弹速，并通过接口接入ＰＸＩ上。数采卡依然采用ＪＶ５８１１４型。由于案例１１.１中已经标定了压力传感器的各个参数，因此可以直接将标定的参数代入，通过采集到的电压来计算膛压。子弹在快速穿过线圈靶时，会产生一个类正（余）弦信号，通过测试两个线圈靶产生信号的时间差与已知距离可以算出子弹的飞行速度。而且膛压先于子弹速度发生，可以将膛压作为触发信号完成整个测试的采样。下一页返回１１.２基于ＰＸＩ总线的枪弹速度及膛压测试１１.２.２软件实现子弹膛压及速度的测试软件需要实现电压信号的采集与保存、数据的计算处理功能。案例１１.１中已经详细介绍了数据采集与保存部分，这里不再赘述，相较于案例１１.１，本案例对数据的处理要求更多。有了案例１１.１的认识基础，有助于更好更全面地熟悉程序。因此笔者按照程序的顺序结构来介绍整个软件，以不同的角度展示软件的设计思想。１.程序面板主界面上一页下一页返回１１.２基于ＰＸＩ总线的枪弹速度及膛压测试如图１１.２.１所示，程序面板主界面的最外端是一个Ｗｈｉｌｅ循环，通过与“退出ＬａｂＶＩＥＷ”函数的搭配可以退出程序。显然，程序的关键在于Ｗｈｉｌｅ循环里的事件结构。该事件结构由四个事件分支构成，即：［０］“关闭”：鼠标按下；［１］菜单选择（用户）；［２］“开始测量”：鼠标按下；［３］“保存数据”：鼠标按下。顾名思义，其中事件［０］通过按下“关闭”键来跳出程序；事件［１］提供菜单供用户选择；事件［２］通过按下“开始测量”进入测量程序；事件［３］在按下“保存数据”后开始数据保存。下面对事件［１］～［３］进行详细分析。上一页下一页返回１１.２基于ＰＸＩ总线的枪弹速度及膛压测试２.事件［１］菜单选择（用户）如图１１.２.２（ａ）所示，事件［１］包含一个条件结构，该条件结构内嵌有四个子条件分支，分别为默认、退出、读入数据与数据采集卡参数设置。条件结构的退出分支与事件结构０的退出分支功能相似，一起完成程序的跳出功能；读入数据分支可以将保存的数据读取出来，即将保存的数据解除捆绑，然后根据数据来计算膛压和速度，其程序框图如图１１.２.２（ｂ）所示，其中ｘｉａｎｑｕａｎｂａ子ＶＩ为线圈靶数据处理程序，由于线圈靶的信号为类正（余）弦信号，通过信号波峰波谷的索引值的平均值定位出线圈的触发时间，程序如图１１.２.２（ｃ）所示；上一页下一页返回１１.２基于ＰＸＩ总线的枪弹速度及膛压测试数据采集卡参数设置（见图１１.２.２（ｄ））中的ｐａｍａｍｅｔｅｒ子ＶＩ与案例１１.１完全一致，不再赘述。３.事件［２］“开始测量”：鼠标按下该结构用于对数据进行采集，案例１１.１对于数据的采集已经做了充分的说明，在此基础上，可以把信号的颜色设置放进去，这样就可以免掉案例１１.１中的寻找文件部分，使程序变得更加精简。具体的程序框图如图１１.２.３所示。当然，该案例的数据处理部分与案例１１.１不同，在ｓｕｂ＿ｗａｖｅ１子ＶＩ中应当做出合理的修改。上一页下一页返回１１.２基于ＰＸＩ总线的枪弹速度及膛压测试４.事件［３］“保存数据”：鼠标按下本案例中对数据采集卡采得的四个通道的原始信号、两个压力传感器的标定系数、线圈靶靶距进行保存，其具体的程序框图如图１１.２.４所示。实际上与案例１１.１的数据保存方法大同小异，都是按照顺序捆绑数据、创建数据、写入数据、关闭文件，属于成熟的规范操作。１１.２.３软件分析与总结结合前面的程序，把所有控件放置在选项卡控件上，本着简便美观的设计原则编写软件。上一页下一页返回１１.２基于ＰＸＩ总线的枪弹速度及膛压测试在此，笔者给出前面板设计以供参考，如图１１.２.５所示。将压力传感器的标定系数ｋ１、ｂ１、ｋ２、ｂ２以及靶距输入控件中，当软件触发采样后，就可以实现膛压和速度的测试。建议读者在看完本案例的基础上阅读源程序，这样可以更好地加深理解。上一页返回图１１.１.１寻找文件程序框图返回图１１.１.２ｓｅｅｋ＿ｆｉｌｅ子ＶＩ程序框图返回图１１.１.３数采卡参数设置的程序框图返回图１１.１.３数采卡参数设置的程序框图（续）返回图１１.１.４数采卡参数设置前面板返回图１１.１.５数据采集程序框图返回图１１.１.５数据采集程序框图（续）返回图１１.１.５数据采集程序框图（续）返回图１１.