1數(shù)字高壓兆歐表綜合測試系統(tǒng)

　　隨著虛擬儀器技術的飛速發(fā)展，對測控平臺進行“虛擬化”改造已成為一種潮流。在這種潮流的影響下，我們在原有測控平臺的基礎上結合虛擬儀器技術，建立基于虛擬儀器結構的綜合測試系統(tǒng)，以改善實驗條件，提高測試效率，使得數(shù)據(jù)處理更加快捷準確。虛擬儀器及技術將成為工業(yè)自動控制領域的重要方法和手段，具有非常廣闊的發(fā)展前景。[1]

2 數(shù)字高壓兆歐表綜合測試系統(tǒng)

　　本系統(tǒng)主要由硬件和軟件兩大部分組成。其中硬件平臺采用PXI（PCI extensions for instrumention）總線系統(tǒng)，軟件平臺采用NI公司的LabVIEW（laboratory virtual instrument engineering workbench）可視化圖形編程平臺。

　　2.1 系統(tǒng)硬件結構

　　系統(tǒng)的硬件主要由傳感器、信號調(diào)理模塊、PXI主機、PXI-4472數(shù)據(jù)采集卡和網(wǎng)絡服務器等組成。

　　（1）PXI主機的選擇：PXI*初只能使用內(nèi)嵌式控制器（零槽控制器），后來NI公司又發(fā)布了MXI-3接口，擴展了PXI的系統(tǒng)控制。包括直接PC控制、多機箱擴展和更長的距離控制，擴大了PXI的應用范圍。由于一個零槽控制器就需要好幾萬的價格，比臺式機要貴

　　上好幾倍，因此選用臺式機加MXI3作為控制方案。從而需要配置PXI8335, PCI8335和兩者通信的光纜連接線。

　?。?）數(shù)據(jù)采集卡和調(diào)理模塊的選擇：由于綜合測試系統(tǒng)涉及的參數(shù)是很豐富的，有溫度、壓力、振動參數(shù)等模擬量，也有數(shù)字信號量，有些情況下對信號測量的同步性要求比較高，所以我們選擇選擇NI公司的PXI-4472多功能數(shù)據(jù)采集卡和SCXI1121信號調(diào)理模塊。PXI-4472多功能數(shù)據(jù)采集卡基于PXI總線，將Compact PCI的集成式觸發(fā)功能與 Windows操作系統(tǒng)結合在一起，在保留PCI總線與Compact PCI模塊結構功能的基礎上，增加了系統(tǒng)參考時鐘與觸發(fā)器總線等，使得PXI系統(tǒng)更加適合構建工業(yè)自動化測控系統(tǒng)。對于輸出是非標準的輸出信號，需要選擇調(diào)理模塊，針對壓力傳感器和溫度傳感器以及速度傳感器分別選用SCXI1121的模塊。

　　（3）網(wǎng)絡服務器件的選擇：考慮到網(wǎng)絡遠程數(shù)據(jù)瀏覽和控制的需要，要給系統(tǒng)配置一臺服務器和客戶端（調(diào)試用）以及集線器。在系統(tǒng)設計的時候把和PXI通過MXI3連接的PC機作為服務器。

　　PXI主機和PXI-4472多功能數(shù)據(jù)采集卡是整個測試系統(tǒng)的核心，在系統(tǒng)中擔負著接收用戶命令、數(shù)據(jù)采集、波形顯示、數(shù)據(jù)存儲和數(shù)據(jù)分析等任務。

　　2.2系統(tǒng)軟件結構

　　軟件是虛擬儀器的靈魂。一個高效的軟件開發(fā)平臺有利于構建功能強大的虛擬儀器系統(tǒng)。本綜合測試系統(tǒng)軟件部分設計采用NI公司的LabVIEW作為開發(fā)平臺，LabVIEW主要用于儀器控制、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析等領域，是一個很好的虛擬儀器開發(fā)環(huán)境，它使用圖形化的編程語言，具有形象、直觀、集成度高等特點。LabVIEW程序中包含豐富的函數(shù)庫，同時集成了GPIB、 VXI、RS-232、RS-485等通信模塊，可以方便的進行模塊化編程;LabVIEW還具有內(nèi)置程序庫，提供了大量的聯(lián)結機制，通過DLLs、共享庫、OLE等途徑實現(xiàn)與外部程序代碼或軟件的連接[2,3]。

　　為實現(xiàn)測試系統(tǒng)軟件的可擴展和易維護，需要在系統(tǒng)軟件的設計階段仔細地設計軟件結構，使系統(tǒng)軟件能夠適應新的硬件模塊和算法。采用通用框架的處理方法，把數(shù)據(jù)和測試流程分開，從而實現(xiàn)測試軟件的通用性和靈活性。測試儀器、測試項目的配置參數(shù)由項目配置文件來保存，測試結果數(shù)據(jù)由數(shù)據(jù)庫來管理，而測試流程的任務則是讀取配置文件的數(shù)據(jù)，配置測試儀器，并進行相應的數(shù)據(jù)采集、分析計算，以及把測試結果寫到測試結果數(shù)據(jù)庫中。

　　經(jīng)過分析，可以按照如下功能對系統(tǒng)進行架構：

　?。?）測試項目配置：完成測試項目的工作參數(shù)配置，采用結構化的通用設計思想，把測試過程中用到的硬件參數(shù)，軟件參數(shù)以及一些特殊的要求存到一個配置文件里，并把必要的參數(shù)存入數(shù)據(jù)庫，測試的時候只要調(diào)用各項目的配置文件，就能完成相應的測試任務，這樣操作人員不需要對系統(tǒng)有太深的指示，或?qū)τ嬎銠C要有太多的了解，只需按照測試流程用鼠標進行簡單的操作即可。綜合測試系統(tǒng)中的信號分析系統(tǒng)采用模塊化的軟件編程設計思想，每個分析功能的實現(xiàn)都由一個模塊來完成。信號分析系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集與存儲、波形顯示、參數(shù)測量和信號分析等部分，*終能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的采集、存儲、分析和顯示等功能。

　?。?）物理通道的標定：由于數(shù)據(jù)采集卡采來的是電壓或電流信號，并不直接反映物理量的大小，他需要通過一個轉(zhuǎn)換的過程，這個過程就叫標定。比如從壓力傳感器采到的數(shù)據(jù)是100mv，而實際上加載在傳感器上的壓力是1Mpa，那么標定的結果就是10Mpa/V。系統(tǒng)實際工作的過程中存在非線性的誤差，所以在標定的時候要考慮如何進行校正，本文在實現(xiàn)該功能時應用了非線性的校正的方法。

　?。?）系統(tǒng)自檢和數(shù)據(jù)采集卡配置：系統(tǒng)在工作之前需要確保各個部分都正常工作，所以要對通道進行檢測，對系統(tǒng)進行自檢。否則當實驗進行到后來才發(fā)現(xiàn)出了問題，那樣既浪費了人力，又浪費的時間。

　?。?）數(shù)據(jù)采集：這個部分是系統(tǒng)的重點，也是系統(tǒng)*為復雜的一個部分，它包括錄波，數(shù)據(jù)存盤，數(shù)據(jù)實時發(fā)布，簡單的數(shù)據(jù)處理等諸多功能。

　?。?）數(shù)據(jù)回放：這個部分是系統(tǒng)的核心，所有數(shù)據(jù)分析和處理都在這個部分完成，它包括處理結果入庫，報表自動生成，打印報表等功能。

　　（6）數(shù)據(jù)管理：由于所有的測試結果都是要求存入數(shù)據(jù)庫，所以對測試數(shù)據(jù)的管理其實就成了對測試數(shù)據(jù)庫的管理，管理的內(nèi)容包括測試記錄的檢索等功能，即可以在本地機管理，也可以在網(wǎng)絡上進行管理。

　　（7）使用幫助：一個應用軟件系統(tǒng)如果沒有一個清晰明了的幫助系統(tǒng)就不會是一個好的系統(tǒng)，通過瀏覽幫助可以讓一個新手很快熟練使用。

　　在綜合考慮系統(tǒng)功能的基礎上，把整個軟件劃分為主控模塊、通道標定配置模塊、系統(tǒng)自檢模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)回放模塊、數(shù)據(jù)管理模塊、幫助模塊等，各模塊又可分別劃分為更小的子模塊來實現(xiàn)。

3 信號的分析與處理[5,6]

　　數(shù)據(jù)的分析處理是綜合測試系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)。對采樣數(shù)據(jù)進行分析和處理的方法有很多，它們各有不同的功能，實際工程測試中常常需要同時采用多種不同的方法才能得到滿意的結果。因此，綜合測試系統(tǒng)利用LabVIEW開發(fā)了信號分析處理軟件包，對采集的信號進行分析和處理。主要分析包括數(shù)據(jù)預處理、時域分析、頻域分析和聯(lián)合時頻分析。

　　傳感器采集到的輸出信號經(jīng)過采樣和A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，在送入分析處理系統(tǒng)前，還要對采樣信號進行數(shù)據(jù)預處理。數(shù)據(jù)預處理的目的是盡可能地去除混雜在信號中的噪聲，以提高信號的信噪比。數(shù)據(jù)預處理的范圍很廣，通常包括加窗、數(shù)字濾波、去除均值、提取趨勢項、標準化處理等，然后，再根據(jù)需要對數(shù)據(jù)進行分析處理。

4 數(shù)字高壓兆歐表綜合測試系統(tǒng)

　　為了實現(xiàn)遠程測控，我們利用虛擬儀器技術中的DataSocket技術，將不同地域不同功能的設備聯(lián)系起來，實現(xiàn)資源共享，使數(shù)據(jù)采集和遠程傳輸成為可能。具體步驟如下：利用網(wǎng)絡上單獨的一臺計算機作為DataSocket Server，即服務器，用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)發(fā)布的功能，即作為 DataSocket Publisher;連接在網(wǎng)絡上的其他計算機作為DataSocket Subscriber。服務器采集數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)發(fā)送端，設置數(shù)據(jù)采集卡的設備號和采集通道，選擇合適的采樣數(shù)及采集速度，采用AI Sample Channel. vi采集信號，利用 DataSocket Publisher把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)布到DataSocket Server中，客戶端利用 DataSocket Subscriber從DataSocket Server中接收數(shù)據(jù)。應用DataSocket技術進行數(shù)據(jù)采集和傳輸程序流程