基于DRVI虛擬儀器的速度測試系統

摘要：虛擬儀器是當代測量技術發展的一個重要方向，它可以對經典的測試信號進行處理。本文介紹了基于DRVI虛擬儀器的環形輸送線測試系統，并對速度測試系統以及DRVI平臺的數據采集進行了闡述。

關鍵詞：DRVI 環形輸送線 數據采集

0 引言

計算機科學和微電子技術的迅速發展和普及，儀器的功能和組成也發生了質的變化。美國NI公司（National Instruments）提出虛擬儀器的概念，有力地促進了多年來發展相對緩慢的儀器技術。[1]非電量的測量是利用各種傳感器把外界輸入的非電信號轉換成電信號，然后將其輸出的電信號輸送給外接電路對電信號的調理、分析、記錄或顯示。其中，需要對于硬件電路進行設計和軟件編程，因此，在測量成本和操作可行性方面存在一定的問題。虛擬儀器技術的出現，不但解決了以上眾多弊端，而且幾乎可以完成經典的測試信號處理的全部功能。[2]

1 速度測量系統原理

1.1 DRVI虛擬儀器 虛擬儀器的基本構成包括計算機、虛擬儀器軟件、硬件接口模塊等。虛擬儀器通過軟件將計算機硬件資源與儀器硬件有機的融合為一體，從而把計算機強大的計算處理能力和儀器硬件的測量、控制能力結合在一起，大大縮小了儀器硬件的成本和體積，并通過軟件實現對數據的顯示、存儲以及分析處理。虛擬儀器應用軟件集成了儀器的所有采集、控制、數據分析、結果輸出和用戶界面等功能，使傳統儀器的某些硬件乃至整個儀器都被計算機軟件所代替。一個通用的虛擬儀器的基本組成方法如圖1所示。

DRVI虛擬儀器采用軟件總線和軟件芯片技術，可方便重構虛擬儀器。DRVI可實現遠程采樣，開設遠程測試實驗，共享軟硬件資源。任何一個客戶端均可采集數據，并將數據通過廣播方式傳到網絡內其他所有客戶的計算機內，便于共享資源。另外具有良好的兼容性和開放性，用戶可以用DRVI和Matlab混合編程，實現互補。用戶可以在Labview中調用DRVI采集的數據所有工程對象和實驗都可在Labview中實現，虛擬儀器技術的優勢在于可由用戶定義自己的專用儀器系統，且功能靈活，很容易構建。虛擬儀器符合國際上流行的“硬件軟件化”的發展趨勢，因而常被稱作“軟件儀器”。它可實現示波器、邏輯分析儀、頻譜儀、信號發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的參數，如汽車發動機參數、汽油標號、爐窯溫度、血液脈搏波、心電參數等多種數據；它操作靈活，完全圖形化界面，風格簡約，符合傳統設備的使用習慣，用戶不經培訓即可迅速掌握操作規程；它集成方便，不但可以和高速數據采集設備構成自動測量系統，而且可以和控制設備構成自動控制系統。

1.2 速度測試系統的設計 本測試系統采用的DRHD-12-A型紅外對射傳感器，在正常狀態下（沒有物體通過），傳感器輸出為一定值，當有物體通過時，由于光線被遮斷，傳感器輸出發生跳變，由數據采集儀獲得后，通過DRVI快速可重組虛擬儀器平臺的腳本就可以對脈沖計數。

紅外對射式傳感器的發射和接收窗口被固定在傳動鏈條的兩側，如圖2所示，其發射和接收窗口正對于鏈條的水平中心線。當鏈條在電動機的拖動下運動時，鏈條的銷軸會有規律地遮擋傳感器發出的紅外線，在傳感器的輸出端上就會得到連續的脈沖。由于鏈條的銷軸之間的距離（即節距）相等，且節距已知，d=12.7mm。所以測得傳感器輸出的脈沖頻率（F），就可以推算出鏈條的運動速度S，S=d*F（mm/s）。實驗時，可通過輸送線的速度開關選擇不同的運行速度，觀察信號波形的變化。

需要說明的是，紅外對射式傳感器安裝在環形輸送線的鏈板的下面，在輸送線上部是觀察不到該傳感器的，使用時也不需要進行調整。但這并不影響實際的實驗效果，在啟動輸送線以后，可以在DRVI的腳本上觀察到傳感器輸出的變化。由于鏈條的運行速度比較慢：16～50mm/s；對應頻率應該是1.26～3.94Hz。所以，在腳本中采樣頻率這個參數就不能設置得過高，這是因為我們所使用的采樣長度是有限的，要在有限長度的數組內存儲下包含完整周期的脈沖數據，需要估計出采樣長度與采樣頻率的比值能否大于最長的脈沖周期。

1.3 速度測試系統的實現 由于本測試系統是處理緩慢的脈沖信號，鏈條的運行速度比較慢：16～50mm/s；對應頻率是1.26～3.94Hz。因此，在腳本設計的時候，就要充分考慮本系統的特點，要將采樣頻率設置的比較低，采樣長度應設置較短，建議采樣頻率取100Hz，采樣長度設置256～512點，這樣是為了能取得較快的刷新速度又可以保證在這個采樣長度下包含了完整的脈沖信號。在使用VBScript進行實驗數據分析的時候，使用如下的程序來判斷和存儲脈沖的下降沿。a()是預先定義的數組，用來存放脈沖下降沿的位置。Gate是用于判斷當前點電平是否低電平的門限，它的數值取多少需要觀察。下面的一段程序是可將數組data()中的脈沖下降沿進行計數，并且將其位置存放在數組a()中。

For i = 0 To 500

If data(i)<=gate Then

j1=1

Else

j1=0

End If

If j2

a(k)=i

k=k+1

End If

j2=j1

Next

在取得脈沖下降沿的數量和位置（在數組a()中）后，就可以計算出脈沖的平均周期T，根據T和鏈條的節距d來計算輸送線的運行速度就很容易了。

2 結束語

基于DRVI的紅外對射式傳感器速度測試系統能方便的測試物件傳遞的速度，且任何運行DRVI的計算機間都可以用C/S模式，用TCP協議互相傳遞命令和數據，實現網絡遠程控制和硬件設備共享。但當作為客戶的測試終端數較多時，測量服務器負擔很重。這時，DRVI提供了網絡測量數據廣播功能。服務器端象電臺一樣對聽眾廣播，測試終端只要接收就可以了。測量數據只要發送一次就可以全網段共享，效率比基于TCP的C/S模式要高許多。隨著計算機技術的不斷發展，虛擬儀器技術必將會在軸承測量領域發揮越來越重要的作用。[3]

參考文獻：

[1]薛文琪，翟正軍.基于虛擬儀器的電源測試系統設計與實現，計算機工程與設計2010，31(6).

[2]劉偉偉，張松濤.基于DRVI平臺下的多傳感器綜合實驗教學，實驗技術與管理，2004，5.

[3]高宇，劉金秀，李副來，張慧，胡波.基于LabWindows的軸承凸出量虛擬儀器開發與應用，軸承2010，4.