基于虚拟仪器的平面机构创意组合实验台测控系统设

2．1 系统硬件设计
本系统采用PXI-1024组合式机箱，为系统提供了坚固的模块化封装结构，其具有8个PXI／Compact PCI插槽，第一槽是系统控制器，其余7个插槽是外围扩展槽，可用于安装数据采集卡，示波器等；机箱还具有高性能PXI背板，可以独立地向每个外围扩展槽提供PXI10 MHz(PXI-CLKl0)系统时钟信号，用于多模块的同步测量或是系统控制。
同时选取了PXI-6251型多功能数据采集卡，插入机箱的左端第三个插槽。
物理信号的获得通过传感器实现，其中编码器采集转角信号，角位移传感器采集摆角信号，直线位移传感器采集线位移信号。
对于数据采集系统来说，由于来自于电力线或机器的影响，会产生噪声信号，对于这种情况，采用低通滤波器来实现最大程度的抑制。另外，由于采样率低而产生信号混叠，奈奎斯特定理指出，如果对一种模拟信号进行采样，所有频率超过1／2采样率的信号都会以一种低频率信号的方式出现。只有在采样前把所有频率超过1／2采样率的信号消除才能避免这种失真。基于以上两种可能出现噪声信号的原因，本系统采用模拟低通滤波器、数字滤波器两者的结合。模拟滤波器通常放在A／D转换器的前面，用来消除信号通道位于A／D转换之间的高频噪声和干扰。数字滤波器被放在A／D转换器的后面，通过采用平均技术来减少通带内频率上的噪声。
本系统采用双二阶环滤波电路，利用两个以上的加法器、积分器等组成的运算放大电路，根据要求的传递函数，引入适当的反馈，构成滤波电路。其突出特点是电路灵敏度低，特性非常稳定，并可实现多种滤波功能，这里使用低通滤波抑制部分噪声信号。具体电路如图4所示。

构成低频滤波器时，电路固有频率(单位：Hz)和通带增益如下：

2．2 软件实现
软件是检测系统的灵魂。本实验台测控系统应用虚拟仪器图形化软件LabVIEW，该软件具有运算速度快、界面友好、人机交换便捷、操作直观方便等特点。该测试系统的主程序界面如图5所示：实现对所测试的不同项目进行有效选择，并在选择好输入项目的基础上，从主程序界面中选择所要测试的项目，点击，则系统进入所要进行的性能测试系统的功能模块仪器软件面板。

其中，每一个功能模块又分别调用其子模块，主要包括数据采集模块、传感器标定模块、误差处理模块、数据分析处理模块、数据波形输出模块、输出数据保存模块和数据恢复模块。
2．2．1 数据采集
数据采集模块将各种硬件仪器的驱动程序模块封装在组件中，当测试要求改变需要更换新的仪器硬件时，只需更新相应参数，并且保证它对上层的接口保持不变，那么新的仪器硬件就能在原来的系统中正常运行。
2．2．2 传感器数据的标定
传感器的标定就是通过试验建立传感器输入量与输出量之间的关系。利用已知的标准值输入到待标定的传感器中，传感器得到相应的输出量，将输出量与输入的标准量绘制成曲线即得标定曲线，通过标定曲线可以得出输入量与输出量之间的关系式，从而可以确定标定系数。利用标定的数据作为测量数据输入提高了传感器的使用精度。