第十一章基于PXI总线仪器应用

第十一章基于PXI总线仪器应用11.1基于PXI总线的压力传感器标定1案例简介一般的，各类传感器在出厂时，生产厂家必须对其进行全面的、严格的性能鉴定，给用户明确的技术性能指标，用户在使用过程中，按照相关的测试要求，需要经常性地对传感器的性能指标进行校准实验，以对传感器出厂时的技术性能指标进行修正或按实测技术数据重新确定传感器的性能指标。这种用实验方法确定传感器性能参数的过程称之为标定。本案例中使用活塞式压力发生器作为静压发生装置，将压力传感器接在压力发生器的传感器接头上。根据传感器的贴片形式，将其输出端以全桥的形式接到电桥盒上，接好应变仪，调节好倍率等参数，将电桥调平。应变仪的输出端接入带有数采卡PXI工控机上操作压力发生器时，压力的变化会使得传感器的电压发生变化，将采集到的电压信号与压力发生器的标准压力做线性拟合，可以得到该压力传感器的性能参数。2软件实现压力传感器的标定软件需要实现电压信号的采集与保存、数据的计算拟合功能。根据软件功能可以将软件大致分为寻找文件、数采卡参数设置、数据采集、数据处理、数据保存等部分。（1）寻找文件寻找文件主要是用来验证文件名与文件路径是否正确，方便后续数据保存的操作。其程序面板如图11.1所示，其中seek_file子vi的程序面板见图11.2。图11.1寻找文件程序面板图图11.2seek_file子vi程序面板图（2）数采卡参数设置数采卡参数的设置要与数采卡的型号相符，根据数采卡的配置说明书来设置参数。一般需要设计触发源、触发方式、触发电平采样速度、采样长度、预延数、量程等一系列数采参数，具体情况以实际应用为准。本案列数采卡采用纵横公司的JV58114型，通过调用库函数节点来完成参数设置。详细配置程序面板见图11.3（a）—11.3（e），其中1.3（a）为数采的整体设置，（b）—（e）为四个通道的具体设置。虽然此案例只需要一个通道来采集数据，但是为了方便以后的测试，最好将数采卡的全部四个通道配置好。（a）（b）（c）（d）（e）图11.3数采卡的参数设置程序面板图当然，在程序面板设计的同时，也要保证前面板的美观大方，对于工程应用来说，还要求所涉及的前面板能够使用方便。本案例设计出的数采参数设置前面板如图11.4所示，仅供各位读者参考。由前面板图可以清晰地看到数据采集卡的各参数设计，大体可以将数采参数划分为三大块。第一大块主要包括触发源的选择、触发方式、触发电平、内触发通道、系统触发线号的选择，这一部分主要用来控制触发的实现；第二大块则由采样速度、采样长度、预延数、存盘起始、存盘长度这五项数采工作状态构成，这一部分可以控制采样的基本状态；第三大块则是各通道的具体参数设置，即量程、耦合方式、信号地选择、内触发电平设置，这一块能够具体到每一通道的参数设置，特别是内触发电平的设置经常用到。图11.4数据采集参数设置前面板图（3）数据采集数采参数配置完毕之后，就可以根据参数来编写数据采集程序。采样的顺序一般依次为：采样开始、采样触发、获取采样状态、获取采样时钟、采样长度、采样延时等。同时，为了在界面更好的展示采样进度，一般可采用滑条来显示。具体的程序面板见图11.5（a）—（e）所示。（a）（b）（c）（d）（e）图11.5数据采集程序面板图数据采集部分设计完成之后，便可以通过事件结构来统一测量的完成。在本例中，以“鼠标按下”作为事件的触发源，执行整个测量任务，具体程序面板如图11.6所示。其中sub_wave子vi为数据采集程序，即图11.5中全部程序，mean子vi为求数组的平均值程序。图11.6“开始测量”程序框图（4）数据保存数据保存时，可以根据用户要求保存的数据来设计。本案例中对数采卡采得的原始信号、采样频率、采样长度进行保存，其具体的程序面板如图11.7（a）所示，其中save子vi为数据保存的具体操作流程，一般为通用程序，可以在其他数据保存的设计中用到，详细程序面板见图11.7（b）。（a）（b）图11.7数据保存程序面板图（5）数据处理应用Labview实现测试一般分为数据采集与数据处理。根据不同的工程需求，数据处理程序亦大相径庭。本案例的数据处理相对较简单，主要是利用采集的电压信号来拟合数据，而labview程序附有相当丰富的拟合程序可以调用，可以便捷的进行数据拟合处理。其程序面板图和前面板图如图11.8（a）和（b）所示。（a）（b）图11.8数据处理的程序面板图及前面板图3软件分析与总结本案例的软件需要实现电压信号采集以及数据拟合的功能，因此可以用选项卡控件将电压采集和数据处理分割开来。其前面板如图11.9所示。由于标定需要重复多次完成，还需要对数据取平均值之后再拟合，于是将三个操作放在一个选项卡内，通过选项卡左上角来选择操作。图11.9程序主面板图当然，对于该标定来说，数据的采集是整个程序的关键点。虽然上文已经详细介绍了数据采集实现的主要程序，仍需要与其它诸如菜单选择、颜色设定以及界面设计等相衔接贯通，这样才能实现软件设计的初衷。由于篇幅有限，读者可以通过阅读源程序并对照前文的介绍来熟悉整个软件的思想。11.2基于PXI总线的枪弹速度及膛压测试1案例简介本案例需要测量子弹的膛压及速度，将两个压力传感器布置在枪膛内来获取膛压，一对线圈靶安放在合适的位置以测试弹速，并通过接口接入到PXI上。数采卡依然是JV58114型号。由于上个案例11.1中已经标定了压力传感器的各个参数，因此可以直接将标定的参数代入，通过采集到的电压来计算膛压。子弹在快速穿过线圈靶时，会产生一个类正（余）弦信号，通过测试两个线圈靶产生信号的时间差与已知距离可以算出子弹的飞行速度。而且膛压先于子弹速度发生，可以将膛压作为触发信号完成整个测试的采样。2软件实现子弹膛压及速度的测试软件需要实现电压信号的采集与保存、数据的计算处理功能。案例11.1中已经详细的介绍了数据采集与保存部分，这里不再一一赘述，相较于案例11.1，本案例对数据的处理要求更多。有了案例11.1的认识基础，有助于更好更全面的熟悉程序。因此笔者按照程序的顺序结构来介绍整个软件，以不同的角度展示软件的设计思想。（1）程序面板主界面如图11.10所示，程序面板的主界面最外端是一个while循环，通过与“退出labview”函数的搭配可以退出程序。显然，程序的关键在于while循环里的事件结构。该事件结构结构由四个事件分支构成，即：[0]“关闭”鼠标按下；[1]菜单选择（用户）；[2]：“开始测量”鼠标按下；[3]“保存数据”鼠标按下。图11.10程序面板主界面图顾名思义，其中事件0通过按下“关闭”键来跳出程序；事件1提供菜单供用户选择；事件2通过按下“开始测量”进入测量程序；事件3在按下“保存数据”后开始数据保存。下面对事件1-3进行详细分析。（2）事件[1]菜单选择（用户）如图11.11（a）所示，事件1包含了一个条件结构，该条件结构内嵌有四个子条件分支，分别为默认、退出、读入数据与数据采集卡参数设置。条件结构的退出分支与事件结构0的退出分支功能相似，一起完成程序的跳出功能；读入数据分支可以将保存的数据读取出来，即将保存的数据解除捆绑，然后根据数据来计算膛压和速度，其程序图如图11.11（b）所示，其中xianquanba子vi为线圈靶数据处理程序，由于线圈靶的信号为类正（余）弦，通过信号波峰波谷的索引值的平均值定位出线圈的触发时间，程序如图11.11（c）所示；数采卡参数设置（见图11.11（d））中的pamameter子vi与案例11.1完全一致，不再赘述。（a）（b）（c）（d）图11.11事件1程序面板图（3）事件[2]“开始测量”鼠标按下“开始测量”就是数据的采集，案例11.1对于数据的采集已经做了充分的说明，在此基础上，可以把信号的颜色设置放进去，这样就可以免掉如案例11.1中的寻找文件部分，使程序变得更加精简。具体的程序面板见图11.12所示。当然，该案例的数据处理部分与案例11.1不同，在sub_wave子vi中应当做出合理的修改。图11.12数据采集程序面板图（4）事件[3]“保存数据”鼠标按下本案例中对数采卡采得的四个通道的原始信号、两个压力传感器的标定系数、线圈靶靶距进行保存，其具体的程序面板如图11.13所示，实质上与案例11.1的数据保存方法大同小异。都是按照顺序捆绑数据、创建数据、写入数据、关闭文件，属于成熟的规范操作。图11.13数据保存程