0前言
振動是自然界最普遍的現(xiàn)象，傳統(tǒng)的振動測試系統(tǒng)大多采用電子測量儀器，其特點是功能單一、專用、靈活性較差、大大的制約了振動測試的范圍。如今，正在流行著一種將虛擬儀器技術引到振動測試領域中的技術，將計算機技術和振動測試技術相結(jié)合，組建虛擬振動測試系統(tǒng)。實踐表明，虛擬振動測試儀器不僅功能強大、用途多樣，而且具有友好的用戶界面和簡化的圖形化編程方法，受到廣大用戶的普遍歡迎和高度重視，成為振動測試新的發(fā)展方向。
1虛擬振動測試系統(tǒng)的硬件設計
虛擬振動測試系統(tǒng)的硬件主要包括了加速度傳感器、力傳感器、信號放大器、數(shù)據(jù)采集卡以及通用PC機。
1.1 加速度傳感器
加速度傳感器主要測試振動體的振動加速度，機械振動測量中常用的壓電式加速度傳感器，它是以某些材料受力后在其表面產(chǎn)生電荷的壓電效應為轉(zhuǎn)換原理的傳感器，壓電式加速度傳感器輸出的電荷量與物體振動加速度成比例，用適當?shù)臏y試系統(tǒng)檢測出電荷量，就實現(xiàn)了對振動加速度的測量。它有體積小，重量輕，靈敏度高和頻率范圍寬的優(yōu)點，在振動測試中應用最為普遍。本系統(tǒng)的設計采用的是并聯(lián)壓電材料的壓電傳感器，適于選用電荷放大器，其電路特點是放大器輸出電壓只與傳感器產(chǎn)生的電荷輸入量及放大器反饋電容有關，與構成電路的電纜形成的分布電容和信號頻率無關，這一特性使電荷放大器的傳輸線路的分布電容不敏感，傳輸距離可達數(shù)百米。
1.2 電荷放大器
壓電式傳感器輸出的電荷信號比較微弱，不能直接被數(shù)據(jù)采集卡采集，需要用信號放大器把較弱的電荷信號轉(zhuǎn)化成較強的能被數(shù)據(jù)采集卡采集的電壓信號。電荷放大器是一種輸出電壓與輸入電荷量成正比的放大器，它的核心是一個具有電容負反饋、且輸入阻抗及高增益的運算放大器。本系統(tǒng)采用BC97型電荷放大器為例，電荷放大器上還具有低通濾波器和能按傳感器靈敏度調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的適調(diào)放大器。
1.3 數(shù)據(jù)采集卡
本系統(tǒng)中采用的數(shù)據(jù)采集卡是PCI-6024，它是美國NI公司生產(chǎn)的多功能接口卡，此卡設計基于PCI總線，數(shù)據(jù)傳輸速率高，吞吐量大，是數(shù)據(jù)采集卡設計的主流，它是一塊性價比較好的產(chǎn)品，支持DMA方式和雙緩沖模式，保證了實時的信號不間斷采集與儲存。它支持單極性和雙極性模擬信號輸入，信號輸入范圍分別為-5v～+5v和0～10v。提供16路單端/8路差動模擬輸入通道，2路獨立的D/A輸出通道，24線的TTL型數(shù)字I/O，3個16位定時計數(shù)器等多種功能。實際測量是輸入信號通過BNC接頭從輸入端子進入數(shù)據(jù)采集卡進行數(shù)據(jù)采集，同時用美國NI公司提供的Measurement Automation軟件進行簡單的設置便可完成系統(tǒng)軟件與數(shù)據(jù)采集卡之間的通訊。
2虛擬振動測試系統(tǒng)的軟件設計
虛擬振動測試系統(tǒng)的軟件設計，是運用圖形化編程語言LabVIEW為軟件開發(fā)平臺，在程序的開發(fā)過程中運用模塊化的設計思想，根據(jù)不同功能的需要，分別組建各種功能模塊，本系統(tǒng)包含了數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲與讀取模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、結(jié)果顯示模塊，為了將各模塊集成到一起，還設計了一個主界面來實現(xiàn)各模塊的調(diào)用。最后再對系統(tǒng)進行集成和調(diào)試。
2.1 系統(tǒng)主界面的設計
在系統(tǒng)的主界面設計中，利用LabVIEW中提供的Edit Menu菜單，先將要實現(xiàn)的功能作為菜單選項的內(nèi)容，以便在運行時調(diào)用，然后在框圖中對各項菜單的調(diào)用通過Case循環(huán)進行選擇，使各項菜單對應各項子VI，在各子VI中的VI Setup的Eexecution Options中選擇Show Front Panel When Called選項，這樣在運行中，當選擇了菜單中的某項內(nèi)容時，該子VI就被選中調(diào)用。
