測試系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框，它包括了被測對象、數(shù)據(jù)采集部分、振動(dòng)激勵(lì)部分及計(jì)算機(jī)。其中被測對象為機(jī)械工程測試實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的懸臂梁。通過激振器使其產(chǎn)生振動(dòng)，從而得到它的動(dòng)態(tài)特性。

　　系統(tǒng)硬件包括傳感器、電荷放大器、數(shù)據(jù)采集卡、激振器和計(jì)算機(jī)。

　�。�1）傳感器和電荷放大器：選用壓電加速度傳感。壓電加速度傳感器是一種機(jī)電傳感器，在其輸出端會(huì)產(chǎn)生與它所受加速度成正比的電壓或電荷。電荷放大器是針對壓電式加速度計(jì)的測量電路，是一種前置放大器，它的輸出電壓正比于輸入電荷。

　�。�2）數(shù)據(jù)采集卡：用來將傳感器的電信號(hào)采集到計(jì)算機(jī)的一種裝置。一個(gè)典型的數(shù)據(jù)采集卡的功能有模擬輸入（簡稱模入）、模擬輸出（簡稱模出）數(shù)字I/O、計(jì)數(shù)器/計(jì)時(shí)器等。本設(shè)計(jì)中選用了美國NI公司的Lab-PC-1200數(shù)據(jù)采集卡作為數(shù)據(jù)采集設(shè)備。它適用于PCAT及其兼容機(jī)的數(shù)據(jù)采集和控制設(shè)備。它可以直接插在計(jì)算機(jī)的ISA擴(kuò)展槽中。

　�。�3）本系統(tǒng)對計(jì)算機(jī)沒有特別的要求，為了降低系統(tǒng)成本，選擇性能比較穩(wěn)定、可以與Lab-PC-1200數(shù)據(jù)采集卡相配套使用的通用計(jì)算機(jī)。軟件設(shè)計(jì)軟件編程采用LabVIEW軟件，它是一種32位編譯型的圖形化編程語言，使用數(shù)據(jù)流的編程方法描述程序的執(zhí)行，用圖標(biāo)和連線編寫程序。其應(yīng)用程序由三部分組成：前面板、框圖程序和圖標(biāo)連接器。

　　本測試系統(tǒng)適用于機(jī)械工程振動(dòng)測試實(shí)驗(yàn)，為了便于每一個(gè)學(xué)生參與實(shí)驗(yàn)，本系統(tǒng)基于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，振動(dòng)實(shí)驗(yàn)測試的計(jì)算機(jī)是校園網(wǎng)的一部分，當(dāng)振動(dòng)測試主機(jī)進(jìn)行振動(dòng)實(shí)驗(yàn)，在校園網(wǎng)的其他計(jì)算機(jī)上就可通過網(wǎng)絡(luò)采集到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行振動(dòng)測試實(shí)驗(yàn)。所以軟件分成兩大部分，即數(shù)據(jù)采集部分和振動(dòng)測度實(shí)驗(yàn)部分。

　　教師在數(shù)據(jù)采集端上進(jìn)行振動(dòng)測試，學(xué)生在分機(jī)上進(jìn)行振動(dòng)測試實(shí)驗(yàn)時(shí)，為得到測試數(shù)據(jù)必須正確填寫主機(jī)的IP地址。

　　振動(dòng)測試數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)計(jì)測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集前面板數(shù)據(jù)采集部分前面板設(shè)計(jì)如所示。

　　軟件程序框圖設(shè)計(jì)如所示，主要功能包括數(shù)據(jù)采集、傳輸數(shù)據(jù)、加窗處理、圖形顯示等功能。在進(jìn)行測試前，首先要對系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，包括采樣頻率的設(shè)定、采樣通道的選擇、緩存區(qū)和采樣數(shù)的選定。

　　數(shù)據(jù)采集主要功能如下：（1）首先是設(shè)置采樣頻率。采樣頻率是信號(hào)處理的重要參數(shù)，為了使軟件具有通用性，采樣頻率由用戶明確。用戶可按動(dòng)數(shù)值欄左邊的上下鍵，或直接輸入數(shù)值測試系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集程序框圖來確定采樣參數(shù)，采樣頻率的單位是Hz.

　　信號(hào)采樣使用循環(huán)緩沖區(qū)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)對信號(hào)連續(xù)采集，實(shí)時(shí)分析。根據(jù)采樣定理，測量的采樣頻率應(yīng)該滿足fs2fc.

　　其中fs為采樣率（單位Hz），fc為信號(hào)頻率（單位為Hz）。

　�。�2）選擇采樣通道以及緩存區(qū)和采樣數(shù)，通道選擇通過在數(shù)據(jù)采集前面板上直接輸入數(shù)值來選定。

　�。�3）數(shù)據(jù)采集使用實(shí)用函數(shù)AIContinuousScan，使用循環(huán)緩沖方式輸入。帶緩存設(shè)置的連續(xù)采集每次讀出一個(gè)二維數(shù)組的數(shù)據(jù)。數(shù)組列數(shù)是設(shè)定的信道數(shù)目，數(shù)組行數(shù)是設(shè)定的每次讀取數(shù)據(jù)數(shù)目。

　�。�4）在服務(wù)器端設(shè)置電荷放大器增益參數(shù)和采樣率，各數(shù)據(jù)通過Datasocketwrite函數(shù)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上。振動(dòng)測試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)測試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)前面板振動(dòng)測試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)部分前面板設(shè)計(jì)如示。軟件程序框圖設(shè)計(jì)如示。

　　軟件的各功能模塊調(diào)用了LabVIEW中相關(guān)的子VI，通過數(shù)據(jù)流的正確連接即可實(shí)現(xiàn)各功能。如：（1）數(shù)據(jù)采集是調(diào)用的DatasocketRead函數(shù)從網(wǎng)絡(luò)上接收數(shù)據(jù)，數(shù)字濾波部分采用Analyze-SignalProcessing-filters函數(shù)子模板的巴特沃斯濾波函數(shù)ButterworthFilter，設(shè)置為低通濾波，濾除測試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)程序框圖信號(hào)中的噪聲和不需要的頻率成分。（2）窗函數(shù)選用了LabVIEW的Analyze-SignalProcessing-Windows子模板中用于處理寬帶隨機(jī)信號(hào)的漢寧窗。

　　（3）頻譜分析選用了Analyze-SignalProcessing-FrequencyDomain函數(shù)子模板中的三個(gè)函數(shù)。AutoPoewrspectrum函數(shù)用快速傅立葉變換計(jì)算出時(shí)域信號(hào)的自功率譜；SpectrumUnitConversion函數(shù)將自功率譜轉(zhuǎn)換為需要的格式；PowerFrequencyEstimate函數(shù)計(jì)算出自功率譜中的頻率峰值。

　�。�4）本系統(tǒng)中構(gòu)造了一個(gè)DetrendVI消除趨勢項(xiàng)。DetrendVI調(diào)用了以最小二乘法擬合直線的LinearFit函數(shù)擬合趨勢項(xiàng)，然后在數(shù)據(jù)中減去趨勢項(xiàng)。這也是目前工程上消除趨項(xiàng)最常用的方法。

　　（5）數(shù)據(jù)存取應(yīng)用Function-FileI/O子模板中的WritetoSpreadsheetFile函數(shù)，把測試數(shù)據(jù)作為一個(gè)電子表格格式文件存盤，可以用Excel程序打開進(jìn)行打印、分析、制作曲線圖等。

　　結(jié)束語傳統(tǒng)的振動(dòng)測試中使用示波器顯示振動(dòng)加速度的電壓波形，測試其時(shí)域信號(hào)，使用頻譜儀顯示其頻域信號(hào)。而本文介紹的虛擬振動(dòng)測試系統(tǒng)充分發(fā)揮了計(jì)算機(jī)與軟件設(shè)計(jì)的靈活性。改變了傳統(tǒng)的儀器操作方式，儀器界面直觀易用，儀器功能還可擴(kuò)展。測試數(shù)據(jù)可以統(tǒng)一顯示、記錄。提高了測試效率，降低了測試成本，性價(jià)比高。

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