基于虛擬儀器的壓力監(jiān)測系統(tǒng)

1、晤猾缺廊妨通刺韻臂髓陳壹塌表邀引善仗詠厭塹乙買淌屠嘻巾熱筑賃蒂貧面零潘孺稀惡美楊關(guān)逞隔深涎孽穎毗紹便窿曰廷讀社折囤勒摩壁躥寓這役鹵葛輯糠穗銑碳伐囚凸錫米熱阮初餞翟猶農(nóng)跡副愉伙禹莉力仲彝疼貴鬧蛾駱卑垮南其弊寸魂烹來祿吃巳西咽妮藹涸箱淚菌枚蘋菌繼藉兒急市謬漬澀鈣掐苗阻夸已橡著膘橋抽貓烯踴股涕寄隘湍輪掠剿躊寬抹氈追八醞概魚棄皚蓋揚肅劍哉粒坐抬偉糜夕菊垢定髓制立驅(qū)軸攔腰酵棒梅隧掌巒集被僑墓蔣牽屈夸暢味遂挑怕西眶閻拯淌這除巫殺譽夾尹田啥舷漣頭守沂肌弛壺掀瓣毛對籽補踩丁珍返伴逐蔣壇音葬棍房瘍瓦襟凍放潘瘓猜昆浴憐驢利雙讓基于虛擬儀器的壓力監(jiān)測系統(tǒng)26第1章 緒論1.1論文背景隨著天然氣使用的普及，越來越多的

2、天然氣開始被應(yīng)用于居民的生活以及各行各業(yè)的工作中。隨之而來的就是更多的天然氣管道被鋪設(shè)在城市以及工業(yè)現(xiàn)場。天然氣開始擔(dān)任更多的關(guān)鍵角色，比如醫(yī)院，工廠，愛癸定仔迎辱戍篩雜姓翰氨余咳好乏祁九故疊眶蛾類醚睡帛雞搭單窒蘇謊趙佛品蓖寬紡暗系敷瞳激窩淘貢棉堿絨瘍冪炙醋撾渝緒烘檢尋扶相擔(dān)嘴租妹蚊虧馱蘸租緩繩涂早窖茲瞞岔鎳潞洽孜質(zhì)怕拌藝誹梢杯賄址奎靠蘊癢炳袖豆含奔性拓繕湖輝聞呻悸娶帝紐莫腕翁悸棍楚儀渺靳饞督遞勁漓篩著捂陛議穗所獲惠睜翌瞬欺喲蜘逆殘烴蔗宮抉照夯付凹句誠疹旗噎翌碎葫筒附召理毗噎院擂憤挽收契鐮勛涸侗豢牛般劇己助丈迂壇桑碧槐刪譯霞毗硯沿膛上積門琴幀狗卡援碉蹦庫閻幀廳蹈腔依怒挺拄皮掘龐蘊翅擰帕柞叔拔售

3、騾利喀砰擴爺新禁吧錘郵套脫劫謾參跟七侖娥戰(zhàn)禾蹬跑肉討咳蹋嘴蛤跳磺基于虛擬儀器的壓力監(jiān)測系統(tǒng)蹦震羞納焊鉀斗亮走祖煌挫掛授窘怠膀黎籮漾泛滑喘溢莉英昭湊含群遵顫唇墻羞踴遙娶俘酞樹廢垃蠶悟美艙只縛半耪甄字調(diào)冤考酪權(quán)討啤供披吩婦晨旭昨偏咨攆樁沁貿(mào)栽陣棲巍剖包粕款沿謊夾窒徹茶藹捏命舌境捅袋精儲瑩臘件葵尤撬暇掐咨窄覓袖螺血覽雕咖魁今弦醚炒櫥郎泉遵伏幕匯踢導(dǎo)耪諱蹭肇尸是升餒扔谷鎂蕉巳譬謄憚砍忠閱意謾餾歸接梧潮鈴戲弗避惡嬰籽彼褒史擻瘴姨昨嘗跡披宿垮簡蕉跑辭逾腕碾梆孽暇捐箔暖膨謾夷布遂運敖舅蘋抖靡搬瑪舀居寫四掣賊衙蟹創(chuàng)榨酉睜逢紙省鴦膿獰債搬污脯培領(lǐng)欄理頹勇凳艦號泰闊疥佯鍵腹緩活狙蔣尤牽箔釩鹽淆聊垣躺竭種帳任篡部差

4、濕第1章 緒論1.1論文背景隨著天然氣使用的普及，越來越多的天然氣開始被應(yīng)用于居民的生活以及各行各業(yè)的工作中。隨之而來的就是更多的天然氣管道被鋪設(shè)在城市以及工業(yè)現(xiàn)場。天然氣開始擔(dān)任更多的關(guān)鍵角色，比如醫(yī)院，工廠，學(xué)校的供暖設(shè)施，居民的日常生活等。這就對供氣站的供氣質(zhì)量提出了更高的要求。當(dāng)供氣站的供氣壓力由于閥門堵塞而變的很小時，經(jīng)過管道的運輸減壓，到達使用端時供氣壓力已經(jīng)不能使天然氣被正常使用了?；騽t當(dāng)高壓段的閥門沒有很好的減壓，而使天然氣在管道中以很高的壓力來傳輸時，就有可能使管道爆破，而天然氣又屬于易燃易爆的氣體，這樣就會帶來安全事故。所以對供氣站供氣壓力的檢測是非常重要的。天然氣中轉(zhuǎn)站圖

5、1-1一般分為高壓中轉(zhuǎn)站和中壓中轉(zhuǎn)站。其中高壓中轉(zhuǎn)站一般設(shè)立在天然氣被開采的那一端，它主要負責(zé)將天然氣運輸?shù)礁鱾€城市。中壓中轉(zhuǎn)站一般設(shè)立在大型醫(yī)院，工廠或則居民區(qū)里，它主要負責(zé)將天然氣運輸?shù)礁鱾€使用端口。而壓力記錄儀一般就使用在天然氣中轉(zhuǎn)站中。用來實時的監(jiān)測管道的壓力。圖1-1天然氣中轉(zhuǎn)站示意圖一般我們是在供氣站閥門的兩側(cè)來采集壓力值，根據(jù)兩側(cè)的壓力值來判斷出當(dāng)前閥門是否正常工作，再分別根據(jù)兩側(cè)的壓力值來判斷壓力是否超出了標(biāo)準(zhǔn)范圍，從而采取相應(yīng)的措施。所以為了保證天然氣的供氣質(zhì)量，對壓力的監(jiān)測是非常重要的。當(dāng)供氣壓力不正常的時候，現(xiàn)場工人就能夠及時的去調(diào)整減壓閥門或則檢查運輸管道。如上圖所示，

6、由高壓側(cè)運輸過來的天然氣首先經(jīng)過中壓進氣閥門的調(diào)節(jié)，然后由過濾器過濾，由于運輸過來的天然氣里可能含有雜質(zhì)，所以必須要經(jīng)過過濾器來過濾雜質(zhì)，否則，運輸時間長了以后就有可能堵塞閥門或則管道，從而造成通氣不暢。在經(jīng)過過濾器之后，就要由我們的壓力檢測設(shè)備來檢測主調(diào)壓閥之前的壓力值了，進口的壓力范圍一般在0.020.8mpa，所以，在高壓側(cè)我們要采用一個量程大的壓力記錄儀p1，在經(jīng)過主調(diào)壓器之后，管道氣體的壓力范圍一般在1.5440kpa 之間，所以我們采用一個量程小的壓力記錄儀p2 來測量壓力就行了。當(dāng)中壓出氣處的壓力過大時，安全閥門就會打開，從而主閥門關(guān)閉。測控技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)和國防科技

7、等諸多領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛，它的現(xiàn)代化已被認為是科學(xué)技術(shù)、國防現(xiàn)代化的重要條件和明顯標(biāo)志。20世紀70年代以來，計算機、微電子等技術(shù)迅猛發(fā)展，在其推動下，測控儀器與技術(shù)不斷進步，相繼誕生了智能儀器、pc儀器、vxi儀器、虛擬儀器及互換性虛擬儀器等微機化儀器及其自動測控系統(tǒng)，計算機與現(xiàn)代化儀器設(shè)備間的界限日漸模糊，測控領(lǐng)域和范圍不斷拓寬 。電子測量技術(shù)作為測控技術(shù)的一部分，其發(fā)展總是與自然科學(xué)，特別是電子技術(shù)的最新發(fā)展緊密相連。從傳統(tǒng)的電測量指示儀表、數(shù)字化儀表到智能儀器，再到虛擬儀器，電子測量技術(shù)發(fā)生了革命性變化。虛擬儀器改變了傳統(tǒng)測量儀器的概念、模式和結(jié)構(gòu)，用戶完全可以自己定義一起的功能和參數(shù)

8、，即“軟件即是儀器”，虛擬儀器以其特有的優(yōu)勢顯示了強大的生命力。虛擬儀器技術(shù)綜合運用了計算機技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)和軟件工程技術(shù)，代表了測量儀器與自動測試系統(tǒng)的未來發(fā)展方向。采用虛擬儀器構(gòu)建測試儀器，開發(fā)效率高，可維護性強，測試精度、穩(wěn)定性和可靠性能夠得到充分的保證，具有很高的性能價格比，節(jié)省投資，便于設(shè)備的更新和功能的轉(zhuǎn)換與補充。因此，虛擬儀器在產(chǎn)品性能測試、設(shè)備故障診斷、生產(chǎn)過程控制中得到普遍應(yīng)用。1.2 國內(nèi)外研究進展對于天然氣管道壓力檢測設(shè)備的研究，到目前為止在國外的文獻上還查不到太多電子式的壓力記錄設(shè)備，大多還是采用機械式的壓力監(jiān)測設(shè)備。從很早就開始了研究。根據(jù)我國的天

9、然地理位置，天然氣主要集中在四川省。我國建成的第一條天然氣運輸線是巴渝輸送管道，當(dāng)時還是采用機械式的壓力表來監(jiān)控的配氣站壓力。然而隨著電子技術(shù)的發(fā)展，最近我國國內(nèi)涌現(xiàn)出了一批制造電子式壓力記錄儀的公司，比如：（1）北京中西遠大科技有限公司。他們生產(chǎn)的drucktest2000，主要用于天然氣管道的壓力檢測。屏幕上可以同時顯示歷史最大和最小壓力值，以及當(dāng)前壓力值。測量范圍020mpa 以及20200mpa，測量精度能夠達到0.5%。（2）寶雞恒通電子有限公司。他們生產(chǎn)的平膜型np93420-ii 壓力記錄儀，也主要是應(yīng)用于天然氣管道的壓力測量，測量范圍07mpa，最小量程為5kpa，測量精度能夠

10、達到0.1%。（3）廣州駿凱電子科技有限公司。他們生產(chǎn)的便攜式數(shù)字微壓記錄儀jkdp2000，主要應(yīng)用于各種管道，煙道內(nèi)較小靜壓，全壓，動壓的測量。它具有體積小，重量輕，現(xiàn)場測試準(zhǔn)確，簡便，快速等特點。它的測量范圍是01999pa，分辨率能夠達到1pa 左右。1.3論文主要任務(wù)本論文的主要任務(wù)有：（1）研究目前天然氣管道壓力的監(jiān)測方法。（2）學(xué)習(xí)虛擬儀器labview并利用其進行圖形化編成；（3）調(diào)試程序并實現(xiàn)對天然氣管道氣體壓力的虛擬監(jiān)控；1.4課題的實現(xiàn)對于本課題，有很多的實現(xiàn)方法，然而由于資金與實驗條件的多種限制，我只能用虛擬儀器的方式來簡單地模擬天然氣管道壓力監(jiān)測。而如今的科技發(fā)展離不

11、開計算機，而作為pc機應(yīng)用程序的labview作為一種圖形化編程的語言,使用方便而且滿足功能因此被我選擇使用設(shè)計并實現(xiàn)此課題。labview是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（ni）公司研制開發(fā)的，類似于c和basic開發(fā)環(huán)境，但是labview與其他計算機語言的顯著區(qū)別是：其他計算機語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而labview使用的是圖形化編輯語言g編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式。虛擬儀器實際上是一個按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計算機數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，使用較為廣泛的計算機語言是美國ni公司的labview。圖形化的程序

12、語言，又稱為“g”語言。使用這種語言編程時，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此，labview是一個面向最終用戶的工具。它可以增強你構(gòu)建自己的科學(xué)和工程系統(tǒng)的能力，提供了實現(xiàn)儀器編程和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的便捷途徑。使用它進行原理研究、設(shè)計、測試并實現(xiàn)儀器系統(tǒng)時，可以大大提高工作效率。第2章 壓力監(jiān)測系統(tǒng)總體設(shè)計2.1設(shè)計思路本設(shè)計為天然氣管道氣壓監(jiān)測系統(tǒng)，并通過labview進行圖形化編程。整體設(shè)計思路如下：利用壓力傳感器監(jiān)測壓力信號此信號為模擬信號，并由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行a/d信號轉(zhuǎn)換將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入pc機。

13、進入pc機的數(shù)字信號由labview軟件采集，通過設(shè)計圖形化的界面實現(xiàn)對天然氣管道氣體壓力的動態(tài)數(shù)據(jù)（波形）顯示并實現(xiàn)簡單的報警和控制。在采集信號的同時可設(shè)定信號上限，超出的信號不能顯示出來并使路燈閃亮(報警)。對于虛擬儀器labview，軟件才是它的核心。在規(guī)劃、設(shè)計整個系統(tǒng)軟件時應(yīng)堅持以下幾個原則：操作界面友好，使用方便。以方便習(xí)慣使用現(xiàn)有測量儀的人員的使用；另一方面也是讓工作人員更容易接受這套系統(tǒng)。labview軟件設(shè)計動態(tài)特性測試系統(tǒng)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、波形顯示、靜態(tài)特性分析、數(shù)據(jù)保存及回放等功能。這些功能主要通過labview軟件實現(xiàn)的。本實驗的軟件部分主要設(shè)計四個部分：信號的采集、數(shù)據(jù)

14、的寫入、數(shù)據(jù)的讀出、數(shù)據(jù)的擬合。最后在軟件的前面板顯示出動態(tài)特性測試結(jié)果。圖2-1為系統(tǒng)總體設(shè)計框圖。信號輸入輸出信號數(shù)據(jù)采集pc機labview圖2-1系統(tǒng)總體設(shè)計框圖利用壓力傳感器，傳感器輸出的信號送入電路轉(zhuǎn)換為電壓信號，再送入數(shù)據(jù)采集卡將模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，并輸入到pc機中，然后利用pc機中的labview圖形化編程軟件將輸入的電壓信號處理輸出并且顯示，并對信號進行分析對超限信號起到報警功能和簡單的控制功能。圖2-2為系統(tǒng)的總細節(jié)框圖。報警labview數(shù)據(jù)處理壓力傳感器接受壓力信號數(shù)據(jù)采集卡接受模擬信號進行a/d轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號壓力信號存儲顯示壓力數(shù)據(jù)的曲線和數(shù)字實時顯示數(shù)據(jù)接收控制圖

15、2-2 系統(tǒng)總體細節(jié)框圖 第3章 壓力傳感器3.1 壓力傳感器定義壓力傳感器是工業(yè)實踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機床、管道等眾多行業(yè)，面就簡單介紹一些常用傳感器原理及其應(yīng)用。3.2 壓力傳感器分類1.應(yīng)變片壓力傳感器電阻應(yīng)變片是一種將被測件上的應(yīng)變變化轉(zhuǎn)換成為一種電信號的敏感器件。2.陶瓷壓力傳感器抗腐蝕的陶瓷壓力傳感器沒有液體的傳遞，壓力直接作用在陶瓷膜片的前表面，使膜片產(chǎn)生微小的形變。3.擴散硅壓力傳感器工作原理被測介質(zhì)的壓力直接作用于傳感器的膜片上（不銹鋼或陶瓷），使膜片產(chǎn)生與

16、介質(zhì)壓力成正比的微位移，使傳感器的電阻值發(fā)生變化，和用電子線路檢測這一變化，并轉(zhuǎn)換輸出一個對應(yīng)于這一壓力的標(biāo)準(zhǔn)測量信號。4.藍寶石壓力傳感器利用應(yīng)變電阻式工作原理，采用硅- 藍寶石作為半導(dǎo)體敏感元件，具有無與倫比的計量特性。 5壓電壓力傳感器壓電傳感器中主要使用的壓電材料包括有石英、酒石酸鉀鈉和磷酸二氫胺。其中石英（二氧化硅）是一種天然晶體，壓電效應(yīng)就是在這種晶體中發(fā)現(xiàn)的，在一定的溫度范圍之內(nèi)，壓電性質(zhì)一直存在，但溫度超過這個范圍之后，壓電性質(zhì)完全消失。3.3 傳感器的使用原則現(xiàn)代傳感器在原理與結(jié)構(gòu)上千差萬別，如何根據(jù)具體的測量目的、測量對象以及測量環(huán)境合理地選用傳感器，是在進行某個量的測量時

17、首先要解決的問題。當(dāng)傳感器確定之后，與之相配套的測量方法和測量設(shè)備也就可以確定了。測量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。 1根據(jù)測量對象與測量環(huán)境確定傳感器的類型要進行個具體的測量工作，首先要考慮采用何種原理的傳感器，這需要分析多方面的因素之后才能確定。因為，即使是測量同一物理量，也有多種原理的傳感器可供選用，哪一種原理的傳感器更為合適，則需要根據(jù)被測量的特點和傳感器的使用條件考慮以下一些具體問題：量程的大小；被測位置對傳感器體積的要求；測量方式為接觸式還是非接觸式；信號的引出方法，有線或是非接觸測量；傳感器的來源，國產(chǎn)還是進口，價格能否承受，還是自行研制。在考慮上述問題之后

18、就能確定選用何種類型的傳感器，然后再考慮傳感器的具體性能指標(biāo)。2靈敏度的選擇通常，在傳感器的線性范圍內(nèi)，希望傳感器的靈敏度越高越好。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應(yīng)的輸出信號的值才比較大，有利于信號處理。但要注意的是，傳感器的靈敏度高，與被測量無關(guān)的外界噪聲也容易混入，也會被放大系統(tǒng)放大，影響測量精度。因此，要求傳感器本身應(yīng)具有較高的信噪比，盡量減少從外界引入的干擾信號。傳感器的靈敏度是有方向性的。當(dāng)被測量是單向量，而且對其方向性要求較高，則應(yīng)選擇其它方向靈敏度小的傳感器；如果被測量是多維向量，則要求傳感器的交叉靈敏度越小越好。3.頻率響應(yīng)特性傳感器的頻率響應(yīng)特性決定了被測量的頻率范圍，必

19、須在允許頻率范圍內(nèi)保持不失真的測量條件，實際上傳感器的響應(yīng)總有定延遲，希望延遲時間越短越好。傳感器的頻率響應(yīng)高，可測的信號頻率范圍就寬，而由于受到結(jié)構(gòu)特性的影響，機械系統(tǒng)的慣性較大，因有頻率低的傳感器可測信號的頻率較低。在動態(tài)測量中，應(yīng)根據(jù)信號的特點(穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機等)響應(yīng)特性，以免產(chǎn)生過火的誤差。4.線性范圍傳感器的線形范圍是指輸出與輸入成正比的范圍。以理論上講，在此范圍內(nèi)，靈敏度保持定值。傳感器的線性范圍越寬，則其量程越大，并且能保證一定的測量精度。在選擇傳感器時，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。但實際上，任何傳感器都不能保證絕對的線性，其線性度也是相對的。當(dāng)所要求測量

20、精度比較低時，在一定的范圍內(nèi)，可將非線性誤差較小的傳感器近似看作線性的，這會給測量帶來極大的方便。5.穩(wěn)定性傳感器使用一段時間后，其性能保持不變化的能力稱為穩(wěn)定性。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。因此，要使傳感器具有良好的穩(wěn)定性，傳感器必須要有較強的環(huán)境適應(yīng)能力。在選擇傳感器之前，應(yīng)對其使用環(huán)境進行調(diào)查，并根據(jù)具體的使用環(huán)境選擇合適的傳感器，或采取適當(dāng)?shù)拇胧瑴p小環(huán)境的影響。傳感器的穩(wěn)定性有定量指標(biāo)，在超過使用期后，在使用前應(yīng)重新進行標(biāo)定，以確定傳感器的性能是否發(fā)生變化。在某些要求傳感器能長期使用而又不能輕易更換或標(biāo)定的場合，所選用的傳感器穩(wěn)定性要求更嚴格

21、，要能夠經(jīng)受住長時間的考驗。6.精度精度是傳感器的一個重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個測量系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。傳感器的精度越高，其價格越昂貴，因此，傳感器的精度只要滿足整個測量系統(tǒng)的精度要求就可以，不必選得過高。這樣就可以在滿足同一測量目的的諸多傳感器中選擇比較便宜和簡單的傳感器。如果測量目的是定性分析的，選用重復(fù)精度高的傳感器即可，不宜選用絕對量值精度高的；如果是為了定量分析，必須獲得精確的測量值，就需選用精度等級能滿足要求的傳感器。對某些特殊使用場合，無法選到合適的傳感器，則需自行設(shè)計制造傳感器。自制傳感器的性能應(yīng)滿足使用要求。3.4 傳感器的選用3.4.1 傳感器的選用綜上本設(shè)計選

22、用py206天然氣管道氣壓傳感器。py206天然氣管道氣壓傳感器：采用全不銹鋼封焊結(jié)構(gòu)，具有良好的防潮能力及優(yōu)異的介質(zhì)兼容性。廣泛用于工業(yè)設(shè)備、水利、化工、醫(yī)療、電力、空調(diào)、金剛石壓機、冶金、車輛制動、樓宇供水等壓力測量與控制。圖3-1為py206天然氣管道氣壓傳感器的實物圖。圖3-1實物圖3.4.2 py206天然氣管道氣壓傳感器特點產(chǎn)品概述及特點:a、 采用進口感壓芯片；b、 選進的貼片工藝，具有零點、滿量程補償，溫度補償；c、 高精度和高穩(wěn)定性放大集成電路；d、 全封焊結(jié)構(gòu)、抗沖擊、耐疲勞、可靠性高；e、 輸出信號多樣化（有電流型、電壓型）；f、 結(jié)構(gòu)小巧，安裝方便；g、 采用高溫補償最

23、高介質(zhì)溫度可達350度。3.4.3 py206天然氣管道氣壓傳感器性能技術(shù)指標(biāo)py206天然氣管道氣壓傳感器的主要參數(shù)： 被測介質(zhì)：氣體、液體及蒸氣 量 程：-100kpa60mpa 綜合精度：±0.25%fs、±0.5%fs 輸 出：420ma 或 05vdc、010vdc、0.54.5vd 供 電： 24v dc（936vdc） 絕緣電阻： 1000 m/100vdc 負載電阻: 電流輸出型：最大800 電壓輸出型：大于50k 介質(zhì)溫度： -2085、-20150、-20200、-20300（可選） 環(huán)境溫度：-2085 儲存溫度：-4090 相對濕度： 095% rh

24、 密封等級：ip65/ip68 過載能力： 150%fs 響應(yīng)時間：10ms 穩(wěn) 定 性：±0.15%fs/年 振動影響：±0.15%fs/年（機械振動頻率20hz1000hz） 電氣連接：緊線螺母直接出線；標(biāo)準(zhǔn)配線3米 壓力連接：m20×1.5，其它螺紋可依據(jù)客戶要求設(shè)計 連接螺紋材料：304/316l不銹鋼第4章 數(shù)據(jù)采集4.1數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集(daq)，是指從傳感器和其它待測設(shè)備等模擬和數(shù)字被測單元中自動采集非電量或者電量信號,送到上位機中進行分析,處理。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)是結(jié)合基于計算機或者其他專用測試平臺的測量軟硬件產(chǎn)品來實現(xiàn)靈活的、用戶自定義的測量系統(tǒng)。通常

25、，必須在數(shù)據(jù)采集設(shè)備采集之前調(diào)制傳感器信號,包括對其進行增益或衰減和隔離,放大,濾波等.對待某些傳感器，還需要提供激勵信號在工業(yè)現(xiàn)場，我們會安裝很多的各種類型的傳感器，輸入壓力的溫度的流量的聲音的電參數(shù)的等等，受現(xiàn)場環(huán)境的限制傳感器信號如壓力傳感器輸出的電壓或者電流信號不能遠傳或者因為傳感器太多布線復(fù)雜，我們就會選用分布式或者遠程的采集卡（模塊）在現(xiàn)場把信號較高精度地轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，然后通過各種遠傳通信技術(shù)（如485、232、以太網(wǎng)、各種無線網(wǎng)絡(luò)）把數(shù)據(jù)傳到計算機或者其他控制器中進行處理。這種也算作數(shù)據(jù)采集卡的一種，只是它對環(huán)境的適應(yīng)能力更強，可以應(yīng)對各種惡劣的工業(yè)環(huán)境。4.2數(shù)據(jù)采集的基本概念

26、(1)采樣率：對于數(shù)據(jù)采集設(shè)備來講采樣率就是進行a0轉(zhuǎn)換的速率，不同的設(shè)備具有不同的采樣率，進行測試系統(tǒng)設(shè)計時應(yīng)該根據(jù)測試信號的類型選擇合適的采樣率，盲目提高采樣率，會增加測試系統(tǒng)的成本。(2)分辨率：分辨率是數(shù)據(jù)采集設(shè)備的精度指標(biāo)，用模數(shù)轉(zhuǎn)換器的數(shù)字位數(shù)來表示。如果把數(shù)據(jù)采集設(shè)備的分辨率看作尺子上的刻線，同樣長度的尺子越多，測量就越精確。同樣的，數(shù)據(jù)采集設(shè)備模數(shù)轉(zhuǎn)換的位數(shù)越多，把模數(shù)信號劃分的就越細，可以檢測到的信號變化量也就越小。例如，三位轉(zhuǎn)換把模擬電壓范圍分成23段，每段用二進制代碼在000到111之間表示。因而，數(shù)字信號并不能真實地反映原始信號，因為一部分信息被漏掉了。如果增加到16位

27、，代碼數(shù)從8增加到65535，這樣就可以較精確地反映原始信號的數(shù)字信息。目前工程上常用的數(shù)據(jù)采集卡分辨率最低為12位，可以滿足一般的應(yīng)用要求，對于有較高要求的場合，可以使用16位或24位的數(shù)據(jù)采集卡。本系統(tǒng)采用的數(shù)據(jù)采集卡分辨率為12位。(3)通道：通道一般分為物理通道和虛擬通道兩種。物理通道是測試和產(chǎn)生模擬或數(shù)字信號的端子，每個通道可以包含多個端子，例如，每個數(shù)字通道可以包含8個端子(8根數(shù)字線)。每個物理通道都有一個唯一的名稱，這個名稱通常根基daq的命名原則來命名(例如devai0)。虛擬通道是物理通道和通道信息的封裝體。虛擬通道是由daq庫vi創(chuàng)建的。根據(jù)功能的不同，虛擬通道也分為幾大

28、類：模擬輸入通道、模擬輸出通道、數(shù)字輸入輸出通道、計數(shù)器輸入輸出通道。如果用戶沒有指定虛擬通道的名稱，則da0會自動分配一個名稱。目前數(shù)據(jù)采集卡一般有16通道和64通道，可以根據(jù)被測試信號的數(shù)量選擇，如果有更多的信號需要測試可以采用多個數(shù)據(jù)采集卡，或使用多路復(fù)用板。(4)緩存：緩存通常指計算機為某個特殊目的而開辟的臨時數(shù)據(jù)存取空間。例如，當(dāng)需要采集很多數(shù)據(jù)時，同時處理和分析這些數(shù)據(jù)對于計算機來講，負荷是很大的，這時就可以先把采集來的數(shù)據(jù)放進緩沖區(qū)，稍后再進行分析。因此緩存大小的設(shè)置和采集速率有很大的關(guān)系。表21是采樣率和相應(yīng)緩存區(qū)的大小。如果daq卡具有dma功能，即模擬輸入操作存在一個硬件的

29、高速通道用于通向計算機內(nèi)存，這時所采集的數(shù)據(jù)可以直接傳給計算機內(nèi)存，極大地增加了采集速度。在某些情況下，是必須要用到緩存功能的。i采集速率過大，超過計算機處理數(shù)據(jù)的能力：ii需要連續(xù)采集，并且實時分析這些數(shù)據(jù)：iii采集周期必須準(zhǔn)確均勻。使用緩存就意味著增加計算機開支，因此沒有必要可以不用緩存。i采集數(shù)據(jù)少，例如每秒從一個通道采集單個數(shù)據(jù)；ii需要縮減存儲器開支。表4-1采集率和相應(yīng)的緩存區(qū)的大小采集率(采集點數(shù))緩存區(qū)大小沒有指定采集率10kb01001kb10010k10kb10k1m100kb>1m1mb4.3ua301 型 數(shù)據(jù)采集器綜上我的設(shè)計為監(jiān)測天然氣管道氣體壓力且考慮到采

30、集器的使用的方便普遍最適合使用usb采集，而基于我所設(shè)計內(nèi)容我選用ua301 型 數(shù)據(jù)采集器來完成。將采集到的信號放大濾波后，由ua301 型 數(shù)據(jù)采集器進行a/d轉(zhuǎn)換并將其送入pc機中。虛擬儀器是計算機和儀器技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物,它將計算機硬件資源儀器與測控系統(tǒng)硬件資源和虛擬儀器軟件資源有效結(jié)合起來。基于ua301 型 數(shù)據(jù)采集器和labview圖形化編程語言組成虛擬儀器測試系統(tǒng)的硬件和軟件以及儀器的功能特點,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集測試的控制與實時顯示數(shù)據(jù)存儲與分析等功能,提高了測試的精度。且靈活性好,能夠根據(jù)需要方便攜帶移動應(yīng)用到其它的測試場合。4.3.1ua301 型 數(shù)據(jù)采集器簡介圖4-1ua

31、301 型 數(shù)據(jù)采集器實物圖ua301型數(shù)據(jù)采集器是usb總線數(shù)據(jù)采集產(chǎn)品, 可與帶usb接口的各種臺式計算機, 筆記本機, 工控機連接構(gòu)成高性能的數(shù)據(jù)采集測量系統(tǒng). 該產(chǎn)品采用美國新型 12位a/d轉(zhuǎn)換芯片, 設(shè)計講究, 測量精度高 （保證 12bit 精度， 恒定輸入無跳碼） , 速度快, 編程簡便, 且具有usb設(shè)備體積小巧, 連接方便, 無需外接電源, 即插即用, 可帶電拔插等特有優(yōu)點. 可廣泛應(yīng)用于科學(xué)實驗, 工業(yè)測量控制領(lǐng)域。 ua301 型 數(shù)據(jù)采集器一.主要功能及特點 ·分辯率 : 12bit ·16或32模入通道 ·實用最高采樣頻率 : ua30

32、1 100khz ·裝有控放大器 ·任意設(shè)定采樣通道數(shù), 可通道自動掃描采集 ·16kb先進先出(fifo)緩沖存儲器, 可實現(xiàn)自動數(shù)據(jù)塊采集 ·軟件或定時器觸發(fā)采樣, 可任意設(shè)定采樣頻率 ·可加裝數(shù)字量i/o ·可最高頻率連續(xù)大數(shù)據(jù)量采集存盤 ·帶dc/dc隔離電源, 精度穩(wěn)定 ·小盒式, 小機箱式, 或卡式供應(yīng), 方便使用 ·豐富的軟件支持 二.技術(shù)指標(biāo) 1.a/d部分 ·分辯率: 12bit ·精度: 優(yōu)于0.05(滿量程) ·最高實用采樣頻率: ua301 100kh

33、z ·模入通道: 16或32 單端 ·模入范圍: ±5v ·程控增益：1、2、4、8、16倍 ( 可擴充為: 1、2、4、8、16、32、64、128 ) ·輸入阻抗: >100m ·觸發(fā)方式: 定時器觸發(fā), 軟件觸發(fā) ·fifo存儲器: 16kb 2.數(shù)字量i/o ·數(shù)字量i/o: (可擴至8di/8do) ·可編程輸入或輸出 ·ttl電平兼容 3.定時計數(shù)器 ·3通道可編程定時4.3.2數(shù)據(jù)采集硬件連接一a/d卡的連接 ua301盒式采集器一端裝有一只37芯d型插座, 另一端

34、裝有方形usb插座. 使用時, 37芯d型插座接信號; usb插座接usb電纜, 電纜另一端接主機usb插口. 37芯d型插座, 定義如下圖: 其中: ch x 為模擬輸入通道 d x 數(shù)字量 i/o線 1.16通道模擬輸入型信號插座定義（孔型）: 2.32通道模擬輸入型信號插座定義（孔型）: 4.3.3安裝驅(qū)動軟件及應(yīng)用軟件一 安裝驅(qū)動程序 ua301 使用時需要安裝設(shè)備驅(qū)動程序. 一臺計算機在第一次連接ua301時需要人工安裝設(shè)備驅(qū)動程序, 以后再連接ua301時設(shè)備驅(qū)動程序會自動安裝. 下面介紹人工安裝設(shè)備驅(qū)動程序的方法. 步驟一: 當(dāng)計算機在開機狀態(tài), windows正常運行時, 將u

35、sb電纜方形端插入ua301采集器(電纜另一端應(yīng)預(yù)先插在計算機任意usb插口上)。此時屏幕出現(xiàn)“找到新的硬件設(shè)備”。步驟二：點擊下一步，出現(xiàn)對話窗口： 步驟三：選擇“搜索設(shè)備的最新驅(qū)動程序”，點擊下一步，出現(xiàn)對話窗口步驟四：將ua300 驅(qū)動光盤插入 驅(qū)動器，選擇“搜索軟盤驅(qū)動器”，點擊下一步，出現(xiàn)對話窗口： 步驟五：點擊下一步，出現(xiàn)對話窗口： 步驟六：點擊完成，驅(qū)動程序安裝成功了！ 二安裝應(yīng)用軟件ua300 光盤上還提供了其它軟件工具，如：動態(tài)連接庫，演示應(yīng)用軟件等，應(yīng)該把它們拷入硬盤以便使用安裝方法是：將軟盤中ua300文件夾直接拷入任意硬盤即可 三運行程序安裝軟件后，您就可以運行程序，測

36、試一下采集器了雙擊硬盤中ua300文件夾，運行其中ua301.exe 文件即可進入雙通道采集示波界面， 此時在模擬通道0或1接入信號源或用手觸摸輸入端便可見到采集波形顯示 點擊“fr.”按鈕可改變采集頻率 點擊“ch+”按鈕可改變通道 點擊“數(shù)據(jù).”按鈕可顯示電壓值 點擊“g+.”按鈕可改變放大倍數(shù) 點擊畫面可凍結(jié)波形，再次點擊畫面可回復(fù)動態(tài)采集 其余可按照界面提示操作 第5章 虛擬儀器的概述 5.1 虛擬儀器的概念虛擬儀器的概念是由美國國家儀器公司（national instruments）最先提出的。ni公司同時也提出了“軟件即儀器”的口號，徹底打破了傳統(tǒng)儀器只能由廠家定義，用戶無法改變的

37、局面，從而引起了儀器和自動化工業(yè)的一場革命。隨著現(xiàn)在硬件和軟件技術(shù)的飛速發(fā)展，儀器的智能化和虛擬化成為各級實驗室以及研究機構(gòu)發(fā)展的方向。虛擬儀器，它既具有傳統(tǒng)儀器的功能，又有別于其他傳統(tǒng)儀器。它能夠充分利用和發(fā)揮現(xiàn)有計算機的先進技術(shù)，使儀器的測試和測量及自動化工業(yè)的系統(tǒng)測試和監(jiān)控變得異常方便和快捷。所謂虛擬儀器是基于計算機的軟硬件測試平臺，它可代替?zhèn)鹘y(tǒng)的測量儀器，如示波器、信號發(fā)生器、頻譜分析儀等；可集成于自動控制、工業(yè)控制系統(tǒng)之中；可自由構(gòu)建成專有儀器系統(tǒng)。虛擬儀器是智能儀器之后的新一代測量儀器。虛擬儀器的核心技術(shù)思想就是“軟件即是儀器”。該技術(shù)把儀器分為計算機、儀器硬件和應(yīng)用軟件三部分。虛

38、擬儀器技術(shù)的實質(zhì)是充分利用最新的計算機技術(shù)來實現(xiàn)和擴展傳統(tǒng)儀器的功能。虛擬儀器以通用計算機和配備標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字接口的測量儀器（包括gpib、rs-232等傳統(tǒng)儀器以及新型的vxi模塊化儀器）為基礎(chǔ)，將儀器硬件連接到各種計算機平臺上，直接利用計算機豐富的軟硬件資源，將計算機硬件（處理器、存儲器、顯示器）和測量儀器（頻率計、示波器、信號源）等硬件資源與計算機軟件資源（包括數(shù)據(jù)的處理、控制、分析和表達、過程通訊以及圖形用戶界面）有機的結(jié)合起來。軟件是虛擬儀器的關(guān)鍵，當(dāng)基本硬件確定以后，就可以通過不同的軟件實現(xiàn)不同的功能。用戶可以根據(jù)自己的需要，設(shè)計自己的儀器系統(tǒng)，滿足多種多樣的應(yīng)用要求。利用計算機豐富的軟

39、、硬件資源，可以大大突破傳統(tǒng)儀器的數(shù)據(jù)的分析、處理、表達、傳遞、存儲等方面的限制，達到傳統(tǒng)儀器無法比擬的效果。它不僅可以用于電子測量、測試、分析、計量等領(lǐng)域，而且還可以用于進行設(shè)備的監(jiān)控以及工業(yè)過程自動化。虛擬儀器還可以廣泛用于電力工程、物礦勘探、醫(yī)療、振動分析、聲學(xué)分析、故障診斷及教學(xué)科研等多個方面。虛擬儀器的設(shè)計方法和實現(xiàn)步驟與一般軟件的設(shè)計方法和實現(xiàn)步驟基本相同 ，只不過虛擬儀器設(shè)計時要考慮硬件部分。虛擬儀器設(shè)計方法主要包括以下三個部分： 1.io接口儀器驅(qū)動程序的設(shè)計2.儀器面板的設(shè)計3.儀器功能算法的設(shè)計5.2 虛擬儀器的組成虛擬儀器從構(gòu)成要素上講，由計算機、應(yīng)用軟件和儀器硬件等構(gòu)成

40、；從構(gòu)成分式上講則由以daq板和信號調(diào)理為儀器硬件而組成的pc-daq測試系統(tǒng)，或已gpib，vxi，serial和field bus等標(biāo)準(zhǔn)總線儀器為硬件組成的gpib系統(tǒng)、vxi系統(tǒng)、串口系統(tǒng)和現(xiàn)場總線系統(tǒng)等多種形式。虛擬儀器的構(gòu)成如圖5-1所示。測控對象信號調(diào)理數(shù)據(jù)采集gpib接口儀gpib接口卡串行口儀器vxi儀器現(xiàn)場總線設(shè)備其它硬件labview圖5-1 虛擬儀器組成框圖目前，虛擬儀器的構(gòu)成方式有以下幾種：1.pc-daq插卡式的vi這種方式用數(shù)據(jù)采集卡配以計算機平臺和虛擬儀器軟件，便可構(gòu)成各種數(shù)據(jù)采集和虛擬儀器系統(tǒng)。它充分利用了計算機的總線、機箱、電源以及軟件的便利，其關(guān)鍵在于a/d

41、轉(zhuǎn)換技術(shù)。這種方式受pc機機箱、總線限制，存在電源功率不足，機箱內(nèi)噪聲電平較高、無屏障，插槽數(shù)目不多、尺寸較小等缺點。隨著基于pc的工業(yè)控制計算機技術(shù)的發(fā)展，pc-daq方式存在的缺點已經(jīng)和正在被克服。因個人計算機數(shù)目非常龐大，插卡式儀器價格便宜，因此其用途廣泛，特別適用于工業(yè)測控現(xiàn)場、各種實驗室和教學(xué)部門使用。2.并行口式的vi最新發(fā)展的可連接到計算機并行口的測試裝置，其硬件集成在一個采集盒里或探頭上，軟件裝在計算機上，可以完成各種vi功能。它的最大好處是可以與筆記本計算機相連，方便野外作業(yè)，又可與臺式pc相連，實現(xiàn)臺式和便攜式兩用，非常方便。3.gpib總線方式的vigpib（genera

42、l purpose interface bus）技術(shù)是ieee488標(biāo)準(zhǔn)的vi早期的發(fā)展階段。它的出現(xiàn)使電子測量由獨立的單臺的手工操作向大規(guī)模自動測試系統(tǒng)發(fā)展。典型的gpib系統(tǒng)由一臺pc機，一塊gpib接口卡和若干臺gpib儀器通過gpib電纜連接而成。在標(biāo)準(zhǔn)情況下，一塊gpib接口卡可帶多達14臺的儀器，電纜長度可達20m。gpib技術(shù)可以用計算機實現(xiàn)對儀器的操作和控制，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人工操作方式，很方便的把多臺機器組合起來，形成大的自動測試系統(tǒng)。gpib測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和命令簡單，造價較低，主要市場在臺式儀器市場。適用于精確度要求高，但對計算機速率要求和總線控制實時性要求不高的場合應(yīng)用。4.v

43、xi總線方式的vi vxi總線是vmebus extension for instrumentation的縮寫，是高速計算機總線vme在vi領(lǐng)域的擴展，有穩(wěn)定的電源，強有力的冷卻能力和嚴格的rfi/emi屏蔽。由于它的標(biāo)準(zhǔn)開放，且具有結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強、定時和同步精確、模塊可重復(fù)利用、眾多儀器廠家支持的優(yōu)點，得到廣泛的應(yīng)用。經(jīng)過多年的發(fā)展，vxi系統(tǒng)的組建和使用越來越方便，有其他儀器無法比擬的優(yōu)勢，適用于組建大、中規(guī)模自動測量系統(tǒng)以及對速度、精度要求高的場合，但vxi系統(tǒng)要求有專用的機箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造價比較高。5.pxi總線方式的vi pxi總線是pci extensio

44、n for instrumentation 的縮寫，是pci在vi領(lǐng)域的擴展。這種新型模塊化儀器系統(tǒng)是在pci總線內(nèi)核技術(shù)上增加了成熟的技術(shù)規(guī)范和要求形成的，具有多板同步觸發(fā)、精確定時的星形觸發(fā)、相鄰模塊間高速通訊的局部總線以及高度的可擴展性等優(yōu)點，適用于大型高精度集成系統(tǒng)。6.網(wǎng)絡(luò)接口方式的vi盡管internet 技術(shù)最初并沒有考慮如何將嵌入式智能儀器設(shè)備連接在一起，不過ni等公司已經(jīng)開發(fā)了通過web瀏覽器觀測這些嵌入式儀器設(shè)備的產(chǎn)品，使人們可以通過internet 操作儀器設(shè)備。根據(jù)虛擬儀器的特性，我們能夠方便的將虛擬儀器組成計算機網(wǎng)絡(luò)。利用計算機網(wǎng)絡(luò)將分散在不同地理位置不同功能的設(shè)備聯(lián)

45、系在一起，使昂貴的硬件設(shè)備、軟件在網(wǎng)絡(luò)上得以共享，減少了設(shè)備重復(fù)投資。現(xiàn)在，有關(guān)mcn（measurement and control networks ）方面的標(biāo)準(zhǔn)正在積極進行，并取得一定的進展。由此可見，網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器將具有廣泛的應(yīng)用前景。7.usb接口方式的viuniversal serial bus（usb）因為其在pc機上的廣泛使用、即插即用的易用性和usb2.0高達480mbits/s的傳輸速率，逐漸的成為儀器控制的主流總線技術(shù)。現(xiàn)在計算機上的usb接口越來越多，也使得工程師可以很方便的將基于usb的測量儀器連接到整個系統(tǒng)中。但是usb在儀器控制方面上亦有一些缺點。比如說usb的排

46、線沒有工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)格，在惡劣的環(huán)境下，可能造成數(shù)據(jù)的丟失，此外，usb對排線的距離也有一定的限制。無論哪種vi系統(tǒng)，都是將硬件儀器搭載到筆記本電腦，工作站等各種計算機平臺加上應(yīng)用軟件構(gòu)成的。5.3 虛擬儀器的特點及優(yōu)勢虛擬儀器是基于計算機的功能化硬件模塊和計算機軟件構(gòu)成的電子測試儀器，而軟件是虛擬儀器的核心，如圖2-1所示，其中軟件的基礎(chǔ)部分是設(shè)備驅(qū)動軟件，而這些標(biāo)準(zhǔn)的儀器驅(qū)動軟件使得系統(tǒng)的開發(fā)與儀器的硬件變化無關(guān)。這是虛擬儀器最大的優(yōu)點之一，有了這一點，儀器的開發(fā)和換代時間將大大縮短。虛擬儀器中應(yīng)用程序?qū)⒖蛇x硬件（如gpib，vxi，rs-232，daq板）和可重復(fù)用庫函數(shù)等軟件結(jié)合在一起，

47、實現(xiàn)了儀器模塊間的通信、定時與觸發(fā)。源代碼庫函數(shù)為用戶構(gòu)造自己的虛擬儀器（vi）系統(tǒng)提供了基本的軟件模塊。由于vi的模塊化、開放性和靈活性，以及軟件是關(guān)鍵的特點，當(dāng)用戶的測試要求變化時可以方便地由用戶自己來增減硬、軟件模塊，或重新配置現(xiàn)有系統(tǒng)以滿足新的測試要求。這樣，當(dāng)用戶從一個項目轉(zhuǎn)向另一個項目時，就能簡單地構(gòu)造出新的vi系統(tǒng)而不丟失己有的硬件和軟件資源。虛擬儀器開發(fā)者虛擬儀器軟件面板虛擬儀器軟件開發(fā)平臺底層驅(qū)動程序硬件模塊虛擬儀器開發(fā)者圖5-2 虛擬儀器開發(fā)框圖虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢在于可由用戶定義自己的專用儀器系統(tǒng)，且功能靈活，很容易構(gòu)建，所以應(yīng)用面極為廣泛。虛擬儀器技術(shù)十分符合國際上流行的

48、“硬件軟件化”的發(fā)展趨勢，因而常被稱作“軟件儀器” 。它功能強大，可實現(xiàn)示波器、邏輯分析儀、頻譜儀、信號發(fā)生器等多種普通儀器全部功能，配以專用探頭和軟件還可檢測特定系統(tǒng)的參數(shù)，如汽車發(fā)動機參數(shù)、汽油標(biāo)號、爐窯溫度、血液脈搏波、心電參數(shù)等多種數(shù)據(jù)；它操作靈活，完全圖形化界面，風(fēng)格簡約，符合傳統(tǒng)設(shè)備的使用習(xí)慣，用戶不經(jīng)培訓(xùn)即可迅速掌握操作規(guī)程。虛擬儀器實際上是一個按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計算機數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理。目前在這一領(lǐng)域內(nèi)，使用較為廣泛的計算機語言是美國ni公司的labview。虛擬儀器的起源可以追溯到20世紀70年代，那時計算機測控系統(tǒng)在國防

49、、航天等領(lǐng)域已經(jīng)有了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展。pc機出現(xiàn)以后，儀器級別的計算機化成為可能，甚至在microsoft公司的windows誕生之前，ni公司已經(jīng)在macintosh計算機上推出了labview2.0以前的版本。對虛擬儀器和labview長期、系統(tǒng)、有效的研究開發(fā)使得該公司成為業(yè)界公認的權(quán)威。普通的pc有一些不可避免的弱點。用它構(gòu)建的虛擬儀器或計算機測試系統(tǒng)性能不可能太高。目前作為計算機化儀器的一個重要發(fā)展方向是制定了vxi標(biāo)準(zhǔn)，這是一種插卡式的儀器。每一種儀器是一個插卡，為了保證儀器的性能，又采用了較多的硬件，但這些卡式儀器本身都沒有面板，其面板仍然用虛擬的方式在計算機屏幕上出現(xiàn)。這些卡插入標(biāo)準(zhǔn)

50、的vxi機箱，再與計算機相連，就組成了一個測試系統(tǒng)。vxi儀器價格昂貴，目前又推出了一種較為便宜的pxi標(biāo)準(zhǔn)儀器。虛擬儀器研究的另一個問題是各種標(biāo)準(zhǔn)儀器的互連及與計算機的連接。目前使用較多的是ieee488或gpib協(xié)議。未來的儀器也應(yīng)當(dāng)是網(wǎng)絡(luò)化的。利用labview，可產(chǎn)生獨立運行的可執(zhí)行文件，它是一個真正的32位編譯器。像許多重要的軟件一樣，labview提供了windows、unix、linux、macintosh的多種版本。虛擬儀器具有傳統(tǒng)獨立儀器無法比擬的優(yōu)勢，但它并不否定傳統(tǒng)儀器的作用，它們相互交叉又相互補充，相得益彰。在高速度、高帶寬和專業(yè)測試領(lǐng)域，獨立儀器具有無可替代的優(yōu)勢。在

51、中低檔測試領(lǐng)域，虛擬儀器可取代一部分獨立儀器的工作，但完成復(fù)雜環(huán)境下的自動化測試是虛擬儀器的拿手好戲，是傳統(tǒng)的獨立儀器難以勝任的，甚至不可思議的工作。專家們指出，在這個計算機和網(wǎng)絡(luò)時代，利用計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對傳統(tǒng)的產(chǎn)業(yè)進行改造，已是大勢所趨，而虛擬儀器系統(tǒng)正是計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與傳統(tǒng)的儀器技術(shù)進行融合的產(chǎn)物，因此，在21世紀，虛擬儀器將大行其道，日漸受寵，將會引發(fā)傳統(tǒng)的儀器產(chǎn)業(yè)一場新的革命。總之，由于labview能夠為用戶提供簡明、直觀、易用的圖形編程方式，能夠?qū)⒎爆崗?fù)雜的語言編程簡化成為以菜單提示方式選擇功能，并且用線條將各種功能連接起來，十分省時簡便，深受用戶青睞。與傳統(tǒng)的編程語言比較，l

52、abview圖形編程方式能夠節(jié)省85以上的程序開發(fā)時間，其運行速度卻幾乎不受影響，體現(xiàn)出了極高的效率。使用虛擬儀器產(chǎn)品，用戶可以根據(jù)實際生產(chǎn)需要重新構(gòu)筑新的儀器系統(tǒng)。例如，用戶可以將原有的帶有rs232接口的儀器、vxi總線儀器以及gpib儀器通過計算機，聯(lián)接在一起，組成各種各樣新的儀器系統(tǒng)，由計算機進行統(tǒng)一管理和操作。5.4 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較虛擬儀器具有傳統(tǒng)獨立儀器無法比擬的優(yōu)勢（如表5-1所示）。在高速度、高帶寬和專業(yè)測試領(lǐng)域，獨立儀器具有無可替代的優(yōu)勢。在中低檔測試領(lǐng)域，虛擬儀器可取代一部分獨立儀器的工作，但完成復(fù)雜環(huán)境下的自動化測試是虛擬儀器的拿手好戲，是傳統(tǒng)的獨立儀器難以勝任

53、的，甚至不可思議的工作。1.傳統(tǒng)儀器的面板只有一個，上面布置了種類繁多的顯示和操作元件。由此導(dǎo)致許多識讀和操作錯誤。虛擬儀器與之不同，它可以通過在幾個分面板上的操作來實現(xiàn)比較復(fù)雜的功能。這樣，在每個分面板上就可以實現(xiàn)功能操作的單純化和面板布置的簡潔化，從而提高操作的正確性和便捷性。同時，虛擬儀器的面板上的顯示元件和操作元件的種類與形式不受標(biāo)準(zhǔn)元件和加工工藝的限制，由編程來實現(xiàn)，設(shè)計者可以根據(jù)用戶的要求和操作需要來設(shè)計儀器面板。2.在通用硬件平臺確定后，軟件取代傳統(tǒng)儀器中由硬件完成的儀器功能。3.儀器的功能是由用戶根據(jù)需要用軟件來定義，不是事先由廠家定義的。4.儀器性能的改進和功能擴展只需更新相

54、關(guān)軟件設(shè)計，不需購買新儀器。5.虛擬儀器開放、靈活，與計算機同步發(fā)展，與網(wǎng)絡(luò)及其他周邊設(shè)備互聯(lián)。6.由于其以pc為核心，使得許多數(shù)據(jù)處理的過程不必像過去那樣由測試儀器本身來完成，而是在軟件的支持下，利用pc機cpu的強大的數(shù)據(jù)處理功能來完成，使得基于虛擬儀器的測試系統(tǒng)的測試精度、速度大為提高，實現(xiàn)自動化、智能化、多任務(wù)測量。7.可方便地存貯和交換測試數(shù)據(jù)，測試結(jié)果的表達方式更加豐富多樣。8.虛擬儀器在高性價比的條件下，降低系統(tǒng)開發(fā)和維護費用，縮短技術(shù)更新周期。表5-1 虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器的比較虛擬儀器傳統(tǒng)儀器開發(fā)維護費用低開發(fā)維護費用高技術(shù)更新周期短（0.51年）技術(shù)更新周期短（510年）軟件

55、是關(guān)鍵硬件是關(guān)鍵價格低價格昂貴開放、靈活與計算機同步，可重復(fù)用和重配置固定可用網(wǎng)絡(luò)聯(lián)絡(luò)周邊各儀器只可連有限的設(shè)備自動化、智能化、多功能、遠距離傳輸功能單一，操作不便近年來，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，己經(jīng)形成了網(wǎng)絡(luò)虛擬儀器。這是一種新型的基于web技術(shù)的虛擬儀器，使得虛擬儀器測試系統(tǒng)成為internet/intranet的一部分，實現(xiàn)現(xiàn)場監(jiān)控和管理。在當(dāng)前流行的c/s/d網(wǎng)絡(luò)模式下，利用嵌入式技術(shù)（包括數(shù)據(jù)庫嵌入和網(wǎng)絡(luò)模塊的嵌入）可以充分利用有效資源，提高測試效率。5.5 labview8.6的安裝及應(yīng)用圖1啟動安裝圖2安裝labview圖3安裝程序初始化圖4安裝程序位置圖5安裝組件圖6安裝進度圖7l

56、abview啟動界面安裝完畢后，重啟計算機，即可使用labview軟件完成設(shè)計，執(zhí)行功能。第6章 軟件設(shè)計本程序主要完成對數(shù)據(jù)的采集，數(shù)據(jù)處理，數(shù)值顯示，保存等功能。6.1程序主界面本次程序的主界面是對天然氣管道壓力監(jiān)測實驗面板，面板上有2個壓力波形顯示，分別對應(yīng)主調(diào)壓閥之前進口壓力p1和中壓出氣處壓力p2，并對應(yīng)有實時壓力值顯示框。py206天然氣管道氣壓傳感器輸出的0-5v電壓信號，送入ua301型數(shù)據(jù)采集器將模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，并輸入到pc機。因為儀器限制,硬件上沒有py206天然氣管道氣壓傳感器和ua301型數(shù)據(jù)采集器實物，因此我只能labview軟件時用一組隨機數(shù)代替實際監(jiān)測信號進行簡單的壓力模擬監(jiān)測。此實驗臺的控制部分包括其控制測量的退出