（地球探测与信息技术专业论文）震电效应在冻土动力学性质试验中的应用研究.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 冻土模型的动力学性质同超声波在冻土中的传播速度有关。实 验证明，伴随声波扰动产生的局域电信号，以声波速度传播，该信 号在实验室条件下是可测的。本研究在试验模型的基础上，利用对 不同温度条件下震电信号的观测，研究声波速度与温度的变化关系， 以此验证了以电代声来测试冻土动力学性质的可行性。 为了满足拾取微伏级的微弱声电信号的要求，采用了基于虚拟 仪器技术的声电信号观测系统。温度观测系统采用了多通道实时监 控装置。 在含水率低于2 6 0 9 时，随含水率的增加，声波纵波速度是缓 慢增大的，变化幅度很小。因此在制作冻土模型的时候，将含水率 控制在2 3 左右，仅考虑不同的介质模型中声波波速随温度的变化趋 势。设计制作冻融层可以变化的冻土模型，其底部为加热系统，上 部完全冻结，周围及上端包有保温材料，在底部缓慢加热的过程中， 冻融界面会发生变化，冻土内会形成一个温度场。在模型中分层埋 设电极，并在其对应位置埋入热敏电阻进行温度实时监控。这样通 过计算相邻电极段的电信号传播速度可以得出不同温度对应的波 速。这种方法可以实现足够多的温度记录采集。该试验还可以通过 改变冻土模型参数( 介质成分、含水率) ，研究电信号同冻土其它因 素的关系。 试验选用了5 种模型来进行分析：纯砂模型，砂土比为1 ：3 、1 ： 1 的混合模型，粘土模型，青藏冻土模型。为与已有理论相对比，温 度取负温。研究结果表明：从波的运动学来看，随温度的升高( 实 验过程中温度是逐渐升高的) ，纯砂模型速度几乎不变，或者变化很 小。在砂土混合模型中，随着含土量的增加，速度随温度改变的变 化趋势是逐渐增大的。对于两种冻土模型，青藏冻土的变化趋势较 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i 页 粘土弱。对波的动力学特征分析中发现，随着温度的变化，波的振 幅和频率均有所变化，且变化趋势较速度更为明显。随着温度的升 高，波的能量逐渐降低，或者是先增大后逐渐降低，但频率始终是 逐渐降低的。 关键词震一电效应；超声波测试；温度测量；声一电测量 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 i i 页 a bs t r a c t t h e d y n a m i c a lp r o p e r t i e s o ff r o z e ns o i lm o d e la r er e l a t e d t o p r o p a g a t i o nv e l o c i t yo fu l t r a s o n i cw a v ei nf r o z e ns o i l t h ee x p e r i m e n t s h o w e dt h a tl o c a le l e c t r i c a ls i g n a lo ft h ea d jo i n ta c o u s t i cp e r t u r b a t i o n ， i na c o u s t i c v e l o c i t y ，i sm e a s u r a b l eu n d e rl a b o r a t o r yc o n d i t i o n s t h e s t u d yr e s e a r c h e s t h er e l a t i o n so ft h ee l e c t r o s e i m i c s i g n a la n dt h e d y n a m i c a lp r o p e r t i e sb a s e do ne x p e r i m e n tm o d e l i no r d e rt oc o l l e c tt h ew e e ks i g n a li nm i e r o v o l t ，t h i se x p e r i m e n tu s e a c o u s t i c e l e c t r i c a c q u i s i t i o ns y s t e mb a s e do nv i r t u a li n s t r u m e n t t e c h n o l o g y t h et e m p e r a t u r eo b s e r v a t i o ns y s t e ma d o p t e dt h em u l t i p l e s t a c k sr e a l t i m em o n i t o r i n gi n s t a l l m e n t w h e n t h em o i s t u r ec o n t e n to ff r o z e ns o i li sl o w e rt h a n2 6 0 9 a l o n g w i t hm o i s t u r ec o n t e n t i n c r e a s e ，t h ep r i m a r yw a v ev e l o c i t y i n c r e a s e s s l o w l y ，a n d t h ec h a n g e s c o p e i s v e r ys m a l l t h e r e f o r e ， c o n t r o l st h em o i s t u r ec o n t e n ta b o u t2 3 ，s oo n l yc o n s i d e r st h ec h a n g e t e n d e n c yo ft h ea c o u s t i cw a v ev e l o c i t ya l o n gw i t ht h et e m p e r a t u r ei n t h ed i f f e r e n tm e d i u mm o d e l d e s i g naf r o z e n s o i lm o d e lt h a w i n gl e v e l m a yc h a n g e ，w h o s el o w e ri sh e a t i n gs y s t e m ，t h es u r r o u n d i n g sa n du p p e r e n dh a st h et h e r m a li n s u l a t i o nm a t e r i a l o nh e a t i n gp r o c e s so ft h eb a s e ， t h e f r e e z i n g t h a w i n g s u r f a c ew i l l c h a n g e ，a n dt h e r e w i l lf o r ma t e m p e r a t u r e f i l e di nt h ef r o z e ns o i lm o d e l i nt h em o d e l ，i n s t a l l e l e c t r o d e sl a y e r e d ，a n db u r yt h e r m i s t o r sc o r r e s p o n d i n gt h ep o s i t i o nt o c a r r yo nt h et e m p e r a t u r er e a l t i m em o n i t o r i n g l i k et h i si tm a yo b t a i n t h ew a v ev e l o c i t yo fd i f f e r e n t t e m p e r a t u r ec o r r e s p o n d e n c e t h r o u g h c o m m u t a t i n gt h ea r r i v a lt i m eo fe l e c t r i e a ls i g n a lb e t w e e nt h ea d ja c e n t e l e c t r o d e s t h i sm e t h o dc a no b t a i ns u f f i c i e n t t h e r m o g r a p h t h e e x p e r i m e n ta l s oc a ns t u d yt h er e l a t i o n sb e t w e e ne l e c t r i c a ls i g n a la n d t h eo t h e rf a c t o r so ff r o z e n s o i l ，b yc h a n g i n gt h em o d e lp a r a m e t e r 西南交通大学硕士研究生学位论文第页 m e d i u mi n g r e d i e n t ，m o i s t u r ec o n t e n t ，e t c ，o ff r o z e ns o i l t h ee x p e r i m e n ts e l e c t e df i v ek i n d so fm o d e l st o c a r r y o nt h e a n a l y s i s ：t h ep u r es a n dm o l d ，t h es a n d ys o i lm i x e d m o d e lb y1 ：3a n d1 ：1 ， t h e c l a ym o d e l ，t h eq i n g h a i - t i b e tp l a t e a u f r o z e ns o i lm o d e l t o c o n t r a s tw i t ht h e e x i s t i n gt h e o r y ，t h et e m p e r a t u r et a k e sn e g a t i v e p a r t s s t u d yp r o v e s t h e f o l l o w i n ga s p e c t s l o o k i n g f r o mt h ew a v e k i n e m a t i c s ，w i t h t h e t e m p e r a t u r ei n c r e a s e ( i ne x p e r i m e n t t h e t e m p e r a t u r e sa r ee l e v a t e dg r a d u a l l y ) ，t h ev e l o c i t yo fp u r es a n dm o l di s n e a r l yi n v a r i a b l e ，o rt h ec h a n g ei sv e r ys m a l l i nt h es a n d ys o i lm i x e d m o d e l ，a l o n gw i t hc o n t a i n so fs o i li n c r e a s i n g ，t h ec h a n g et e n d e n c yo f t h ev e l o c i t ya l o n gw i t ht h et e m p e r a t u r ei n c r e a s e sg r a d u a l l y r e g a r d i n g t w ok i n d so ff r o z e ns o i lm o d e l s ，t h eq i n g h a i t i b e tf r o z e ns o i lc h a n g e s m a l l e r c o m p a r i n g t h e c l a y t h eo t h e r ，t h ea n a l y s i so fd y n a m i c s c h a r a c t e r i s t i cs h o wt h a tw a v ea m p l i t u d ea n df r e q u e n c yh a sc h a n g e d a l o n gw i t ht h et e m p e r a t u r ec h a n g ea n dt h ec h a n g et e n d e n c yc o m p a r e s t h es p e e dt ob cm o r eo b v i o u s a l o n gw i t ht e m p e r a t u r ee l e v a t i o n ，t h e w a v ee n e r g yr e d u c e sg r a d u a l l y ，a f t e ro ri n c r e a s e sf i r s t ，r e d u c eg r a d u a l l y ， b u tt h ef r e q u e n c ya l w a y sr e d u c e sg r a d u a l l y k e yw o r d s e l e c t r o s e i s m i ce f f e c t ；u l t r a s o n i c d e t e c t i o n ；t e m p e r a t u r e m e a s u r e m e n t ；a c o u s t i c e l e c t r i cd e t e c t i o n 西南交通大学学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作 所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或 集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体， 均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： ( 1 ) 电极接收比传感器接收有很大的优势。电极较小，应用方便，成本 小，可以探测介质内部的情况，利用伴随声波扰动产生的震电信号进行冻土 动力学性质的测试，具有很好的应用前景。 ( 2 ) 在冻土动力学性质研究中，本文从波的运动学特征和动力学两个方 面进行分析，拓展了研究范围。 学位论文作者签名：袁苣 日期：懈9 2 西南交通大学曲南父逋大罕 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和 借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库 进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密影使用本授权书。 ( 请在以上方框内打“4 ) 学位论文作者签名：袭蒡 指导老师签名： 日期：么碑孓2 7 日期： 参腧 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 选题意义 第l 章绪论 随着青藏铁路的修建，多年冻土带来的工程问题日益突出，目前学术界和 工程界正对其展开研究。超声波速度在冻土中的传播特性反映了冻土材料的动 力学特征，利用超声波测试技术可以直接测试冻土的动力学弹性参数。我国在 这方面做了很多研究【- q ，表明超声波速度和冻土的单轴压缩强度、未冻水含量 等都存在着良好的相关关系。因此利用超声波速度测试技术可以直接测试冻土， 的动力学弹性参数。但是在此当中存在一个问题，声传感器体积比较大，对于 探测介质内部的动力学特征有一定的局限性。 在接通的不供电的两个电极所在的区域里，如果有弹性波通过，那么电极 回路中就有交变电流流动。这一现象称为震电效应。震电效应是指地震波和电 磁波能量在地下介质中的耦合与转换。对某些含流体多孔介质而言，以双电层 动电学现象为基础的e 类震电效应要比压电和电致伸缩效应强得多。研究表明【3 】， 产生压电效应最强的天然石英脉的震电能量转换效率为1 0 巧量级，而含流体多孔 介质在一定条件下的震电能量转换效率可达1 0 。3 量级。同时，震电耦合机制产生 的辐射电磁场在地下介质中以指数衰减，到达地面接收装置的震电信号将变得 异常微弱。由此可见，只有在某些含油、气、水的地层上产生的震电信号相对 较强同时具有可检测性 2 1 。这种与渗流有关的动电现象，在低频时被称为震电效 应，在千赫兹以上则被称为声电效应。 国内外有关震电效应的研究几乎全部集中在多孔隙固态介质和低矿化度液 态物质共同构成的双相介质中，而冻土是一种比上述双相介质更为复杂的介质， 研究冻土层中的震电效应是一种具有前瞻性的课题。 与含流体多孔孔隙介质类似，在冻土介质中，声波激发时会产生两类声电 转换信号，第一类是声波传播到固液界面时，由于存在的固液界面偶电层的振 动而产生的以光速传播的电磁波信号；第二类是声波传播到接收电极位置，由 于接收电极邻域内孔隙中的剩余电荷振动或应力变化，或岩体骨架中的石英颗 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 粒的压电效应，金属接收电极与非金属介质耦合形成的偶电层振动等因素会激 励伴随声波扰动的局域电信号，其以声波波速传播为特征。后者同声波的传播 特性有很大的关系。由于接收电极体积小、应用方便、成本低，能探测到介质 内部的情况，可以考虑以震电信号代替声信号进行冻土动力学性质的研究。本 论文即从第二类震电效应出发，研究不同温度条件下声波的传播特性，从而进 行冻土的动力学性质的研究。 1 2 国内外研究历史和现状 1 2 1 国外震电效应研究历史和现状 1 9 3 6 年，b l a u 、s t a h a m 和t h o m p s o n 发现了第一类震电效应( i 效应) ，即电 阻效应。1 9 3 9 年，i v a l l m o v t s j 发现了第二类震电效应( e 效应) 即流动电势效应， 并在不向地下施加电流情况下，测量到地震波产生的电场。1 9 4 4 年，f r e n k e l 用 含流体多孔介质中固液交界面上双电层的形变解释了e 类震电效应，提出了多 孔介质地震波理论。而1 9 5 6 年b i o t t 6 1 的多孔介质波传播理论产生促进了震电勘探 理论的发展。b u t l e r ，r u s s e l l t n 和m i k h a i l o v 2 厶。为了提高 信噪比和检测精度，推荐为采样频率瓜为5 1 0 倍信号频率，即过采样技术， 所以数据采集卡的采样频率应达到1 m s s 比较合适。故选择n i 公司的m 系列 数据采集卡p c i 6 2 51 ，其分辨率为1 6 位，单通道最大采样率为1 m s s 。 2 1 3 虚拟仪器的软件选择 软件是虚拟仪器中最重要的组成部分。l a b v i e w 是虚拟仪器必不可少的一 部分，它为用户提供了一个简单易用的软件开发环境，其最有力的特性就是图 形化的编程环境。l a b v i e w 是实验室虚拟仪器集成环境( l a b o r a t o r yv i m a l i n s t n n n e n te n g i n e e r i n gw o r k b e n c h ) 的简称，是美国国家仪器公司的创新软件产 品，也是目前应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件开发集成环境旧。 l a b v i e w 目前有三种可供选择的开发系统：专业版、完整版、基础版。考虑到 测量任务的具体要求，本平台选择的是l a b v i e w l m 7 1 完整版。 由于声声测量中对声音和振动有较高要求，故选择“s o u n da n dv i b r a t i o n 工 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 具包，用以对信号进行阶次分析、联合时频分析、小波分析等。 2 2 声一电测量系统试验平台 为了以电信号代替声信号来测量不同温度下冻土中超声波的传播速度，设 计的声电测量系统的功能目标如下： ( 1 ) 可利用工作频率为4 8 k 一- 1 0 0 k h z 的传感器作为激励声源对模型进行声 电信号测量，准确提供电磁波信号的走时信息； ( 2 ) 在单通道采样情况下，采样频率达到1 m h z ； ( 3 ) 利用软件编程实现对发射机的同步信号控制； ( 4 ) 利用软件编程实现对采集信号的叠加实现消除随机噪声； ( 5 ) 自动保存波形信息。 系统主要由硬件和软件两大子系统组成。 2 2 1 硬件系统 图2 1 显示了基于虚拟仪器技术的声电测量系统的硬件结构图。其主要由 发射和接收两部分组成。发射部分包括超声发射换能器、发射机；接收部分包 括接收电极( 或超声接收换能器) 、前置放大器、接线盒、6 8 针屏蔽线缆、装有 n i 公司的p c i 一6 2 5 1 数据采集卡的计算机主机和监视器。 剧飘阁黼r p c i 6 2 5 1f ：厍三三辩撕入接绷ii f 弘帜籽删 i _ 一生射一一j 缸一一一一塑坠 数据采集、分析处理显示 接收部分 图2 - 1 声一电测量系统硬件子系统结构图 i i i _ j 捌二器 一一一一 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 1 系统的核心硬件是可由l a b v i e w 编程控制的p c i 一6 2 5 1 数据采集卡，它 的主要参数为： ( 1 ) n i s t 校准认证书以及7 0 多个信号调理选项 ( 2 ) a d 转换器：1 6 - b i t ( 3 ) 最大采样率：1 2 5 m s s ( 4 ) 模拟和数字触发 ( 5 ) 关联d i o ( 8 条时钟线，1 0 m h z ) ( 6 ) n i d a q m x 测量服务 ( 7 ) n i m c a l 校准技术 2 计算机 与温度测量装置共用一台计算机，基本配置参考温度测量装置之硬件系统。 3 发射机 发射机采用湘潭无线电厂生产的s y c 2 c 型非金属超声测试仪发射机。其 基本参数为： 发射波形：矩形脉冲，在0 s 、4 0 0 岬处激发同步信号。 脉冲幅度：8 0 2 5 0 v ；2 5 0 - - 1 0 0 0 v 两档，连续可调。 脉冲宽度：5 1 0 0 n 。 4 发射换能器 发射换能器采用的是管状p z t 压电陶瓷传感器。其谐振频率为4 8 k h z 。 5 接收电极 采用高质量的屏蔽线，裸露的电极头和屏蔽层之间用环氧树脂包裹，电极 头为银电极。抗干扰能力强，且防止极化。 6 接线盒 采用n i 公司生产的与m 系列配合使用的接线盒。其外盒屏蔽很好，内部 带有三组接线组j 分别是：模拟输入接线组、模拟输出接线组、数字i o 接线 组。其结构图见图2 2 。 7 6 8 针屏蔽线缆 n i 公司生产的与m 系列配合的信号传输电缆，其屏蔽效果相当好。 8 前置放大器 前置放大器采用南京大学生产的n d 8 0 1 型超低噪声放大器。放大倍数有 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 1 0 0 ，3 0 0 ，l k ，3 k ，1 0 k 可供选择，可以将微伏级信号放大为毫伏级。 2 2 2 软件系统 图2 26 8 针接线盒( s c b 6 8 ) 结构图 声电测量系统的软件编程语言为n i 公司的l a b v i e w t m 7 1 图形化开发环 境。由于对声音和振动有较高的要求，还选择了该公司的“s o u n da n dv i b r a t i o n 工具包。 针对声电检测系统，数据采集程序的基本思路见图2 3 。可以看出，系统 采用了多线程并行运行技术，整个系统分三个大的线程：文件操作、触发电平 输出、模拟信号采集。各线程通过相应的接口传递数据，达到相对独立而又相 互配合完成仪器的触发、数据的采集、文件的写操作等功能。根据该思路编写 的具体的程序仪器前面板见图2 - 4 。 在图2 - 4 中，左侧为参数设置，其中左上框为触发电平输出，包括方波输 出通道及其高、低时间；左下框为采样参数设置，包括采样输入通道、采样率、 采样点数，预设叠加次数及触发特征等。右侧为波形显示，相当于传统仪器的 示波仪。波形显示又包括单次采集的波形( 右上) 和最后叠加得到的波形显示 ( 右下) 两种。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 l 页 图2 - 3 软件子系统流程图 hr q o r = ：一 1a n “i i 时_i 越发电平 l + i ；i l 轱出 i 基bipi 司 瞄= 1 i - 两赢_ _ r _ 1 i 舞翼誓。硅 l * f 一一一1 i # 警。? 意警。1l 参数 图2 - 4 声一电测试系统数据采集程序前面扳 l a b v i e w 编程相当灵活，编程者可以利用多种“软件滤波”的方法来消除 一些随机的干扰信号。例如，利用多次叠加的技术，可以在很大程度上消除随 机干扰信号。在图2 - 4 中，显示了单次采集波形( 右上) 和叠加1 0 2 4 次后波形 ( 右下) 比较，在单次波形中，由于外部环境的强干扰，有效信号已经完全淹 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 没在环境干扰信号里了，而叠加后的波形显示强干扰被有效的压制，有效信号 清晰，波的初至易读。由右下图可以看出，放大l o k 倍后信号幅值为o 8 v ( 采 集信号为电压值) ，该装置可以清晰得采集到毫伏级信号。 2 3 声一声测量系统试验平台 整套系统的硬件配置与声一电测量系统基本一致，主要在于接收换能器不 同。声电测量采用的屏蔽电线做成的电极，而声一声测量采用的是压电陶瓷换 能器，与发射换能器相同，可以替换。另外，声电测量信号在微伏级，而声声 测量信号在几十毫伏至几伏之间，所以声声测量无需接入前置放大器，如图2 5 所示。 l 荫； 发射换能器 发射 发射部分 i 接收换能器缆ii 昌b 锄采卡 i i u u j 掣 l l 一垡l 一垫塑委塞：丛磐一些t j 接收部分 图2 - 5 声一声测量系统的硬件结构图 系统的软件编程仍为数据采集程序和滤波与频谱分析程序，可采用与声一电 测量完全相同的程序。 2 4 温度实时监控试验平台 2 4 1 硬件系统 为了监测冻土模型在不同时间和空间的温度变化，设计的温度测量装置的 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 功能目标如下： ( 1 ) 同时对多个测点进行温度测试，实时显示测点的温度测试曲线； ( 2 ) 测温范围：5 0 1 0 0 ： ( 3 ) 在多通道采样情况下，采样频率达到l o k h z ； ( 4 ) 利用软件编程消除温度采集信号的噪声干扰： ( 5 ) 自动保存温度信息。 该测温装置包括温度传感器、测温电路、装有p c i - 4 4 7 2 数据采集卡的计算 机、连接导线四个部分，具体连接见图2 6 。 分层埋设热电测温 装有p c i 4 4 7 2 阻的冻土模型电路数采卡的计算机 图2 - 6 测温装置的硬件系统 ( 1 ) 传感器 采用铂热电阻p t l 0 0 0 ，精度等级i 级。由于模型的需要，分层埋设，用以 监控冻土模型不同深度层随时间的温度变化。热电阻与其引出线的连接处容易 断裂，解决方法是用热塑管塑封。 ( 2 ) 测温电路 图2 7 是单通道测温电路的电路原理图，实际上该电路为热电阻四线制连 接法。测温电路由恒流芯片、1 5 v 直流稳压电源、接线柱和导线制作而成。恒流 芯片采用b b 公司的r e f 0 2 a p 芯片，其作用是使流过热电阻的电流i 恒为l m a 。 设温度为t 时，热电阻阻值为，则热电阻两端的电压为： 1 o = f ( r + r 5 + 墨6 ) = ( r + 墨5 + r 1 6 ) x l m l ( 2 1 ) 该电压值即可作为p c i 4 4 7 2 数据采集卡的输入。电源则可以根据r e f 0 2 a p 芯片 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 4 页 的输入电压范围，在6 v - - 1 5 v 之间选取，关键是稳压性好，抗电网干扰强。 + 接p c i 4 4 7 2 输 d 入端口 图2 7 单通道测温电路原理图 ( 3 ) p c i 4 4 7 2 数据采集卡 n i 公司的p c i 4 4 7 2 是一款从事高精度频域测量的8 通道动态信号采集卡， 见图2 8 。其输入通道集成了集成电路压电式( i e p e ) 信号调理功能，可用于加 速度传感器和麦克风的信号采集。p c i 4 4 7 2 的8 路输入通道可在d c 到4 5 k h z 的带宽上将输入信号进行同步的数字化。通过软件配置，它既可以在需要高通 道数的应用中实现p c i 4 4 7 2 板卡之间的同步，又可以通过r t s i 总线实现 p c i 一4 4 7 2 板卡与其他板卡的同步。p c i - 4 4 7 2 的具体参数如下： 1 ) i e p e 调理可通过软件配置 2 ) + 1 0 v 的电压范围 3 ) 4 5 k h z 无混叠带宽 4 ) 2 4 位分辨率，1 1 0 d b 动态范围 5 ) 最高采样速率达10 2 4 k s s 6 ) 8 路同步采样模拟输入通道 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 5 页 j 图2 - 8n i 公司的p c i - - 4 4 7 2 动态信号采集卡 ( 4 ) 计算机配置 在虚拟仪器组建系统平台中，计算机的作用相当重要。它不仅提供虚拟仪 器硬件的系统总线，还提供虚拟仪器编程软件的运行平台。从硬件上考虑，对 于p c i - 4 4 7 2 这类插入式板卡，其具各p c i 插槽是必需的。从软件上考虑，功能 强大的l a b v i e w 需要功能强大的硬件，例如c p u ，内存和磁盘空间。l a b v i e w 系统将需要许多内存，推荐的6 4 m b 内存实际上只是最小可接受的容量。特别 是多通道的高速实时采样，对计算机的要求更高。 由于本平台涉及到温度测量、声声测量、声一电测量三项测量任务，针对每 项测量任务的测量装置，其硬件都采用了虚拟仪器板卡，软件采用了l a b v i e w ， 在共用一台计算机的情况下，必须综合考虑其配置是否满足所有的测量应用。 选定的计算机配置如下： c p u 主频：29 3 g 系统总线：8 0 0 m h z 前端总线 扩展槽：5 个p c i 插槽 内存：5 1 2 m 硬盘：8 0 g ，7 2 0 0 转高速硬盘 显卡：i n t e lg 9 0 0 图形加速卡 显示器：1 7 寸c r t 纯平监视器 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 6 页 输入设备：键盘，鼠标 输出设备：h p l 0 2 2 打印机 ( 5 ) 连接导线 电源和测温电路、测温电路与p c i - 4 4 7 2 及热电阻与测温电路之间，都采用 导线连接。对连接导线的要求是：电阻尽可能小；电阻随环境温度变化小。 2 4 2 软件系统 系统软件开发以l a b v i e w7 1 为平台。因为采集硬件p c i - 4 4 7 2 的输入信号 为模拟电压信号，所以程序以电压信号采集为主。在采集到电压信号以后，采 取标刻模块实现电压信号数据向温度数据的转换。在得到温度数据后，要以直 观的方式显示温度并连续实时保存温度数据。 通过数据采集卡采集到的数据是电压值，但作为温度采集程序，要求直接 输出温度值，标刻功能模块的作用就在于实现电压值向温度值的转换。如图2