袁 振 馬培鳳 楊 蘭

(中國空空導(dǎo)彈研究院計(jì)量測試中心，洛陽 471009)

0 引言

振動測試在各項(xiàng)產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)中占據(jù)重要位置。由于振動試驗(yàn)臺檢定項(xiàng)目多，測試數(shù)據(jù)量大，35670A動態(tài)信號分析儀操作復(fù)雜，并且后續(xù)數(shù)據(jù)處理以手動計(jì)算為主，由于數(shù)據(jù)多，計(jì)算量大，出錯率較高。使用35670A動態(tài)信號分析儀進(jìn)行動態(tài)信號測試時(shí)，由于現(xiàn)在已經(jīng)很少使用三寸軟盤，動態(tài)圖譜無法導(dǎo)出，給檢定、校準(zhǔn)和測試工作帶來了一定的困難。因此，需要一套自動化采集系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)自動配置設(shè)備、數(shù)據(jù)整理，并可導(dǎo)出動態(tài)圖譜。

1 檢定系統(tǒng)工作原理及組成

1.1 檢定系統(tǒng)工作原理

將控制用壓電加速度計(jì)和檢定用壓電加速度計(jì)剛性連接到振動試驗(yàn)臺臺面中心位置，控制用加速度計(jì)通過電荷放大器與振動控制儀連接，控制信號通過功率放大器放大后，對振動試驗(yàn)臺進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)正弦振動、隨機(jī)振動等各種類型的振動試驗(yàn)。檢定用壓電加速度計(jì)通過電荷放大器，與35670A動態(tài)信號分析儀連接，動態(tài)信號分析儀通過數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)連接，使用LabVIEW編程語言設(shè)計(jì)自動采集軟件，自動采集振動臺試驗(yàn)系統(tǒng)輸出的振動信號，按照J(rèn)JG 948—1999《數(shù)字式電動振動試驗(yàn)系統(tǒng)》檢定規(guī)程的要求，對振動臺試驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行檢定，對采集到的振動信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并按照國防科技工業(yè)4111二級計(jì)量站管理手冊的要求自動生成檢定記錄和證書報(bào)告，導(dǎo)出動態(tài)響應(yīng)圖譜，從而完成振動試驗(yàn)臺的自動檢定過程。

1.2 檢定系統(tǒng)組成

本檢定系統(tǒng)由35670A動態(tài)信號分析儀、2692電荷放大器、4371單軸壓電加速度計(jì)、4326A001三軸壓電加速度計(jì)、計(jì)算機(jī)等組成，系統(tǒng)組成框圖如圖1所示。

圖1 振動臺自動檢定系統(tǒng)組成框圖

1.3 軟件設(shè)計(jì)流程圖

本設(shè)計(jì)以美國NI公司的LabVIEW為軟件開發(fā)平臺，設(shè)計(jì)振動臺自動檢定軟件。

在本設(shè)計(jì)中，使用LabVIEW中VISA控件與動態(tài)信號分析儀通信，實(shí)現(xiàn)控制、數(shù)據(jù)采集。隨后使用ADO控件與DB控件，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的存儲與調(diào)取。最后調(diào)取參與結(jié)果計(jì)算的數(shù)據(jù)，通過公式模塊計(jì)算后，使用LabVIEW自帶報(bào)表生成模塊根據(jù)需要格式生成報(bào)表。振動臺自動檢定軟件流程框圖如圖2所示。

圖2 振動臺自動檢定軟件流程框圖

通過正確輸入用戶帳戶和用戶密碼后，進(jìn)入主界面，在主界面輸入被測振動臺信息與環(huán)境信息等，進(jìn)入檢測模塊。根據(jù)JJG 948—1999《數(shù)字式振動試驗(yàn)系統(tǒng)》檢定規(guī)程，檢定系統(tǒng)分正弦測試、動態(tài)范圍測試、隨機(jī)振動測試等三個模塊組成，進(jìn)入不同的測試模塊進(jìn)行振動臺各項(xiàng)檢定參數(shù)的檢定、測試。根據(jù)檢定項(xiàng)目設(shè)置好參數(shù)后即可進(jìn)行檢定。檢定過程中數(shù)據(jù)會經(jīng)過自動采集并儲存在數(shù)據(jù)庫中，檢定結(jié)束后，根據(jù)JJG 948—1999《數(shù)字式振動試驗(yàn)系統(tǒng)》檢定規(guī)程的要求，自動計(jì)算并判斷結(jié)果，同時(shí)生成原始記錄。

2 軟件設(shè)計(jì)

2.1 動態(tài)信號分析儀35670A控制

動態(tài)信號分析儀35670A與計(jì)算機(jī)連接端口是GPIB端口，而它遵循編程儀器標(biāo)準(zhǔn)命令SCPI。對前端總線連接，使用VISA函數(shù)。在LabVIEW中用戶可根據(jù)NI提供的VISA Driver Development Wizard編寫VISA儀器驅(qū)動，包括自動查找VISA通信地址，VISA指令寫入等模塊，根據(jù)需要在模塊外接命令寫入模塊進(jìn)行編程，用戶不需要把大量的工作放在儀器通信上。

在控制方面，使用的是35670A說明書提供的SCPI指令集，根據(jù)指令集的指令對檢定用儀器進(jìn)行控制及測量參數(shù)進(jìn)行定義。在控制編程中，對振動臺檢定測試使用的操作及參數(shù)設(shè)計(jì)，每一步進(jìn)行模塊化編程，如帶寬設(shè)置、正弦基頻設(shè)置、四通道同時(shí)顯示、對數(shù)及線性函數(shù)定義、THD設(shè)置和各通道單位設(shè)置等，放入LABVIEW子文件夾中user.lib用戶自定義庫中。在對儀器控制部分進(jìn)行編程時(shí)隨時(shí)調(diào)取使用，可對測試儀器使用的操作進(jìn)行綜合控制，實(shí)現(xiàn)了一鍵式設(shè)置，較大程度的提高了工作效率，在縮短了儀器設(shè)置時(shí)間的同時(shí)，一定程度上對設(shè)備進(jìn)行了保護(hù)。

2.2 數(shù)據(jù)采集

在數(shù)據(jù)采集方面，仍然使用了LABVIEW提供的VISA函數(shù)模塊中VISA讀取，從VISA資源名稱制定的設(shè)備模塊中讀取指定數(shù)量字節(jié)，使數(shù)據(jù)返回至讀取緩沖區(qū)，通過讀取緩沖區(qū)的字符串?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行各種數(shù)據(jù)再次定義，隨后通過各種數(shù)據(jù)顯示控件反應(yīng)在前面板上，實(shí)現(xiàn)了動態(tài)數(shù)據(jù)顯示。就此原理，進(jìn)行了四通道XY軸方向、諧波失真、譜密度、加速度總均方根值等參數(shù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，為下一步數(shù)據(jù)儲存與數(shù)據(jù)處理奠定了基礎(chǔ)。

2.3 數(shù)據(jù)處理

2.3.1 數(shù)據(jù)庫寫入與查詢

在數(shù)據(jù)儲存及數(shù)據(jù)庫訪問方面，NI公司提供的附加工具包LabVIEW SQL Toolkit比較昂貴，本設(shè)計(jì)使用免費(fèi)的LabSQL多數(shù)據(jù)庫、跨平臺數(shù)據(jù)庫訪問工具包。本系統(tǒng)使用ACCESS數(shù)據(jù)庫，首先建立我們需要修改、查詢、調(diào)取的數(shù)據(jù)庫，再通過對WINDOWS系統(tǒng)中的ODBC數(shù)據(jù)源管理器進(jìn)行數(shù)據(jù)庫連接設(shè)置，使用LabSQL中ADO Connection Create.vi連接數(shù)據(jù)庫，并使用ADO Connection Open.vi在制定路徑中打開數(shù)據(jù)庫，再通過ADO Execute.vi實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)庫寫入。在讀取數(shù)據(jù)方面，則使用了NI提供的DATABASE模塊，使用它對路徑下數(shù)據(jù)庫進(jìn)行連接，并通過DB語言執(zhí)行模塊，使用SQL語言，對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行編輯，如數(shù)據(jù)查詢，刪除等操作。

2.3.2 數(shù)據(jù)處理及自動判斷結(jié)論

將采集后的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)庫查詢出后，按照J(rèn)JG 948—1999《數(shù)字式振動試驗(yàn)系統(tǒng)》檢定規(guī)程的檢定方法與數(shù)據(jù)處理方法，使用公式節(jié)點(diǎn)對每項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算后的數(shù)據(jù)，使用LABVIEW中比較控件，所有指標(biāo)均不能超過JJG 948—1999《數(shù)字式振動試驗(yàn)系統(tǒng)》檢定規(guī)程的要求。若有任何一項(xiàng)超出規(guī)程要求，則自動通過條件模塊判斷為不合格，并通過結(jié)論自動標(biāo)記試驗(yàn)類型、結(jié)論及是否給出有效期等功能，從而實(shí)現(xiàn)自動判斷結(jié)論。

2.4 報(bào)表生成

基于LABVIEW平臺，實(shí)現(xiàn)報(bào)表生成功能，與VB和C語言比起來，原理有些不同，不像后者引用WORD自帶的宏命令編輯器。而LABVIEW有兩種方式，首先針對于填空式數(shù)據(jù)，他運(yùn)用的是WORD中書簽功能，使用LABVIEW中自帶的報(bào)表生成組件中添加報(bào)表文本控件，他通過使用簇3元素和簇2元素及整數(shù)、字符串組成的格式化數(shù)組定義寫入位置，寫入位置的名稱與WORD書簽中的名稱必須一致。第二種就是寫入表格數(shù)據(jù)，從ACCESS查詢的數(shù)據(jù)，大多是以表格形式輸出，把從數(shù)據(jù)庫引出的2-D數(shù)組，再根據(jù)需要分解成的眾多雙64位實(shí)數(shù)，經(jīng)過格式需要，進(jìn)行計(jì)算、篩選、排列，最后格式轉(zhuǎn)換為2-D數(shù)組，引入LABVIEW自帶寫入報(bào)表模塊，從而實(shí)現(xiàn)報(bào)表生成功能。

3 結(jié)束語

本文基于LabVIEW軟件為平臺開發(fā)的振動臺自動檢定系統(tǒng)，將復(fù)雜的35670A動態(tài)分析儀設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了一鍵式操作，對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行自動采集處理，生成報(bào)表等功能，較大的提高了振動臺的校準(zhǔn)檢定試驗(yàn)工作效率，并且對振動試驗(yàn)數(shù)據(jù)對比與儲存提供了條件，為振動類等試驗(yàn)的動態(tài)分析測試發(fā)揮了重要作用。

[1] 侯國屏.LabVIEW7.1編程與虛擬儀器設(shè)計(jì)[M].第2版.北京:清華大學(xué)出版社,2005：158-159

[2] 楊樂平，等.LabVIEW高級程序設(shè)計(jì)[M].第4版.北京：清華大學(xué)出版社,2007.7

[3] 李紅軍.SQL技術(shù)手冊[M].第3版.北京:電子工業(yè)出版社,2009.11