基于虚拟仪器的应变测试系统

基于虚拟仪器的应变测试系统1基于虚拟仪器的应变测试系统—毕业论文摘要：应变测试技术是机械工程中应用最广泛的技术之一,传统的应变测试技术已逐渐不能适应测试技术发展的需求。虚拟仪器技术以计算机为核心,是目前测试技术的发展方向,但其软件开发过程较复杂,限制了虚拟仪器技术在应变测试领域的应用与发展。为了解决这一问题,本文以LabVIEW8.0为平台开发了虚拟应变测试软件系统。首先,在与传统系统作对比研究后,系统设计为由功能模块组建,功能模块的设计模型为“事件-循环-状态机”。其次,参考传统应变测试流程,设计了软件系统的执行流程。再次,从底层开发了完成基本测试与控制功能的模块:初始化参数、调平衡、并联标定、滤波、应力及载荷显示、时域分析、频域分析、信号的保存、回放、生成试验报告、系统的静态标定。最后,利用测试系统进行了测试实验。在连接硬件系统后,测控人员根据测试需求在本系统的主面板上选择相应的功能模块组建软件系统,即可进行应变测试及分析,避免了测控人员在虚拟应变测试过程中繁琐的软件开发工作。关键词：虚拟仪器;，应变;，测试系统，LabVIEW的;功能模块基于虚拟仪器的应变测试系统2AbstracStraintestisoneofthemostwidelyappliedtechnologiesinmechanicalengineering.Nowadays,theconventionalstraintesttechnologygraduallycan’tkeepupwiththestepofmoderntesttechnology’sdevelopment.VirtualInstrument,whosecoreiscomputer,isbecomingthemaintrendoftesttechnologyinsteadofconventionalinstruments.ButthesoftwaredevelopmentofvirtualInstrumentisrathercomplicate,itlimitstheapplicationanddevelopmentofvirtualinstrumenttechnologyinstraintestfield.Inordertosolvetheproblemmentionedabove,astraintestsoftwaresystemwasdevelopedinLabVIEW8.0.First,functionalmoduledesignmethodwasadoptedtoconstructthesoftwaresystembasedonstudyingthetestmethodusingtraditionalinstruments.Intheprocessofrealizingfunctionalmodule,“event-loop-statemachine”modelwasdesigned.Second,therunningprocedureofsoftwaresystemwasdesignedbasedonstudyingtheconventionaltestprocess.Third,basedonthestraintesthardwaresystemconsistingofNISCXI-1520etc.,themodulesincludingparameterinitialization,bridgebalance,shuntcalibration,filter,stressandloaddisplay,timedomainanalysis,frequencydomainanalysis,datastorage,signalreplay,experimentreportgenerationandstaticcalibrationofsystemweredevelopedtoimplementthetestandcontrolassignment.Finally,someexperimentsweredonetovalidatethesystem’sreliability.Theuserwascapableofcarryingoutthestraintestandanalysistaskusingthecorrespondingsoftwaretestsystemconstructedonlythroughclickingthefunctionalbuttonsonthesystem’smainboardaccordingtothetestrequirement.Itmakesuserfarawayfromthecomplicatesoftwaredevelopment.Keywords：VirtualInstrument;;Strain;;Testsystem;;LabVIEW;;Functionalmodule基于虚拟仪器的应变测试系统3目录摘要3-4Abstract41引言9-141.1应变测试技术现状9-101.2虚拟仪器技术概述10-111.3虚拟仪器技术的应用和发展前景11-131.4论文的研究意义13-141.5论文的主要任务142电阻应变测试技术基础14-172.1基本原理14-162.2系统结构16-173虚拟应变测试软件系统开发环境17-203.1虚拟应变测试系统硬件17-203.2虚拟应变测试系统开发工具204虚拟应变测试系统的程序设计20-434.1总体设计思路20-234.2系统的总体结构与功能23-254.3数据采集25-274.4各功能模块的设计27-434.5本章小结435系统的测试试验43-475.1静态标定试验43-455.2动态应变测试试验45-476总结47-486.1结论476.2建议基于虚拟仪器的应变测试系统4第一章引言（一）应变测试技术应变测量是机械工程中分析零件或结构受力状态、验证设计的正确性、确定整机在实际工作时负载情况和研究某些物理现象机理的重要手段之一。应变测量对发展设计理论、保证机械设备安全运行以及实现自动检测和自动控制等都具有重要的作用。以应变测量为基础的机械量测量的内容极其广泛，例如测量对象的受力、变形、应力、位移、扭矩以及材料的力学性质等等。传统的应变测量仪器以应变仪为主。它由电桥、放大器、相敏检波器、低通滤波器、稳压电源和振荡器等组成,如果要显示和记录数据可再配备指示仪表、示波器和记录仪等。构成这样一个测试系统需要多台设备,设备之间必须很好地匹配。设备的选型、调试和使用比较麻烦,而且设备功能单一、固定。因此,虽然传统应变仪在测量的精度、稳定性和可靠性等方面都已经比较成熟,但是难以满足应变测量内容的多样性对应变测量仪器提出的各种不同的要求。（二）虚拟仪器技术概述1虚拟仪器的概念虚拟仪器（VI）是计算机辅助测试（CAT）的最新发展，它充分利用快速发展的计算机及通信网络技术来提高测试计量仪器设备的功能、性能和应用范围，为用户定义和构造自己的测试仪器系统提供了全新的解决方案。虚拟仪器并不完全等同于计算机辅助测试，它是一种基于信号采集与分析理论、具有标准化软硬件及其接口和良好集成性与柔性的仪器系统，是一种新的测试仪器标准和技术规范.2虚拟仪器技术的优势虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。自1986年问世以来，世界各国的工程师和科学家们都已将NILabVIEW图形化开发工具用于产品设计周期的各个环节，从而改善了产品质量、缩短了产品投放市场的时间，并提高了产品开发和生产效率。使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连，分析数据以获取实用信息，共享信息成果，有助于在较大范围内提高生产效率。虚拟仪器提供的各种工具能满足我们任何项目需要。20年来，无论是初学乍用的新手还是经验丰富的程序开发人员，虚拟仪器在各种不同的工程应用和行业的测量及控制的用户中广受欢迎，这都归功于其直观化的图形编程语言。虚拟仪器的图形化数据流语言和程序框图能自然地显示您的数据流，同时地图化的用户界面直观地显示数据，使我们能够轻松地查看、修改数据或控制输入。同其他技术相比，虚拟仪器技术具有四大优势：1、性能高基于虚拟仪器的应变测试系统5虚拟仪器技术是在PC技术的基础上发展起来的，所以完全继承了以现成即用的PC技术为主导的最新商业技术的优点，包括功能超卓的处理器和文件I/O，使您在数据高速导入磁盘的同时就能实时地进行复杂的分析。此外，不断发展的因特网和越来越快的计算机网络使得虚拟仪器技术展现其更强大的优势。2、扩展性强NI的软硬件工具使得我们不再受限于当前的技术中。这得益于NI软件的灵活性，只需更新计算机或测量硬件，就能以最少的硬件投资和极少的、甚至无需软件上的升级即可改进整个系统。在利用最新科技的时候，我们可以把它们集成到现有的测量设备，最终以较少的成本加速产品上市的时间。3、开发时间少在驱动和应用两个层面上，NI高效的软件构架能与计算机、仪器仪表和通讯方面的最新技术结合在一起。NI设计这一软件构架的初衷就是为了方便用户的操作，同时还提供了灵活性和强大的功能，使我们轻松地配置、创建、发布、维护和修改高性能、低成本的测量和控制解决方案。4、无缝集成虚拟仪器技术从本质上说是一个集成的软硬件概念。随着产品在功能上不断地趋于复杂，工程师们通常需要集成多个测量设备来满足完整的测试需求，而连接和集成这些不同设备总是要耗费大量的时间。NI的虚拟仪器软件平台为所有的I/O设备提供了标准的接口，帮助我们轻松地将多个测量设备集成到单个系统，减少了任务的复杂性。3虚拟仪器的分类虚拟仪器的发展随着微机的发展和采用总线方式的不同，可分为五种类型：1、PC总线——插卡型虚拟仪器这种方式借助于插入计算机内的数据采集卡与专用的软件如LabVIEW相结合（注：美国NI公司的Labview是图形化编程工具，它可以通过各种控件自己组建各种仪器。Labview/cvi是基于文本编程的程序员提供高效的编程工具，通过三种编程语言VisualC++,VisualBasic,Labviews/cvi构成测试系统，它充分利用计算机的总线、机箱、电源及软件的便利。但是受PC机机箱和总线限制，且有电源功率不足，机箱内部的噪声电平较高，插槽数目也不多，插槽尺寸比较小，机箱内无屏蔽等缺点。另外，ISA总线的虚拟仪器已经淘汰，PCI总线的虚拟仪器价格比较昂贵。2、并行口式虚拟仪器最新发展的一系列可连接到计算机并行口的测试装置，它们把仪器硬件集成在一个采集盒内。仪器软件装在计算机上，通常可以完成各种测量测试仪器的功能，可以组成数字存储示波器、频谱分析仪、逻缉分析仪、任意波形发生器、频率计、数字万用表、功率计、程控稳压电源、数据记录仪、数据采集器。美国LINK公司的DSO-2XXX系列虚拟仪器,它们的最大好处是可以与笔记本计算机相连，方便野外作业，又可与台式PC机相连，实现台式和便携式两用，非常方便。由于其价格低廉、用途广泛，特别适合于研发部门和各种教学实验室应用。3、GPIB总线方式的虚拟仪器基于虚拟仪器的应变测试系统6GPIB技术是IEEE488标准的虚拟仪器早期的发展阶段。它的出现使电子测量独立的单台手工操作向大规模自动测试系统发展，典型的GPIB系统由一台PC机、一块GPIB接口卡和若干台BPIB形式的仪器通过GPIB电缆连接而成。在标准情况下，一块GPIB接口可带多达14台仪器，电缆长度可达40米。GPIB技术可用计算机实现对仪器的操作和控制，替代传统的人工操作方式，可以很多方便地把多台仪器组合起来，形成自动测量系统。GPIB测量系统的结构和命令简单，主要应用于台式仪器，适合于精确度要求高的，但不要求对计算机高速传输状况时应用。4、VXI总线方式虚拟仪器VXI总线是一种高速计算机总线VME总线在VI领域的扩展，它具有稳定的电源，强有力的冷却能力和严格的RFI/EMI屏蔽。由于它的标准开放、结构紧凑、数据吞吐能力强、定时和同步精确、模块可重复利用、