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系;第二個環(huán)節(jié)為信號的轉換和調理;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、相關分析等。
二、虛擬儀器技術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以計算機為中心，計算機的發(fā)展必然促進測試技術和儀器的發(fā)展，虛擬儀器的產生也就水到渠成。
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體系結構組建虛擬儀器。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)生產中有著廣泛的應用，是機械量檢測的基礎，將機械量轉化成位移量來檢測是機電一體化技術的重要組成部分之一。對位移的檢測不僅為提高產品質量和生產安全提供了重要數(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)的結構變得越來越復雜，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，易于調節(jié)。在多功能液壓測試試驗臺中，流量調節(jié)控制涉及到電機、變量泵、流量調節(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)總體結構：
1.機械工程測試系統(tǒng)采用模塊化結構，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，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‘堞單選擇結構”。在后面板中利用case結構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)構成。
五、結論
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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