曾 榮 白 巍 于 杰 王 成

(中國(guó)華陰兵器試驗(yàn)中心，陜西 華陰 714200）

1.引言

測(cè)試準(zhǔn)備和設(shè)備調(diào)試時(shí)一般要使用信號(hào)發(fā)生器進(jìn)行模擬測(cè)試，同時(shí)以此檢測(cè)設(shè)備狀態(tài)，因此采用與實(shí)測(cè)信號(hào)一致的信號(hào)進(jìn)行系統(tǒng)驗(yàn)證無疑是最理想的。傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器大多依靠硬件實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)生，價(jià)格在數(shù)千到數(shù)萬元不等。而在動(dòng)態(tài)測(cè)試領(lǐng)域，由于測(cè)試對(duì)象、測(cè)試參數(shù)的千差萬別，僅僅依靠傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器對(duì)所有設(shè)備進(jìn)行檢測(cè)實(shí)現(xiàn)起來難度較大，并且一般的信號(hào)發(fā)生器只有正弦、余弦等函數(shù)信號(hào)，不能產(chǎn)生我們期望的各種特殊要求的信號(hào)，無法完全滿足我們的使用要求。因此，可以考慮采用虛擬儀器技術(shù)并利用已有的硬件設(shè)計(jì)滿足實(shí)際需求的信號(hào)發(fā)生器。

2.技術(shù)實(shí)現(xiàn)

虛擬儀器技術(shù)的特色即在于使用基本的硬件設(shè)備，通過靈活的軟件編程，來實(shí)現(xiàn)多種需求，尤其是特殊需求的儀器功能。在虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集設(shè)備上，除了標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)輸入端口外，一般都具有模擬信號(hào)輸出的端口。因此，利用這些輸出端口，在不增加硬件成本的前提下，利用程序?qū)⒁酝臏y(cè)試數(shù)據(jù)通過計(jì)算機(jī)的控制，“虛擬”出實(shí)測(cè)的模擬信號(hào)并由模出端口輸出，再由相應(yīng)的測(cè)試設(shè)備采集，可以檢驗(yàn)整套系統(tǒng)。

這種方法既充分利用了硬件設(shè)備，節(jié)約了經(jīng)費(fèi)，又最大限度地發(fā)揮了軟件是核心的特點(diǎn)。

2.1 原理框圖

圖1 原理框圖

信號(hào)發(fā)生器軟件通過控制計(jì)算機(jī)的PCI總線，向NI6070數(shù)據(jù)采集卡發(fā)出指令，控制板上的DAC電路將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，并由兩路模擬輸出口輸出，可以產(chǎn)生兩路獨(dú)立的輸出信號(hào)，經(jīng)BNC-2090輸出信號(hào)，可以連接任何BNC接口的模擬輸入端。既可產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)波形(如正弦波、三角波、方波、鋸齒波等），又可產(chǎn)生用戶定義的波形。

圖2 軟件界面

2.2 硬件組成

A：NI6070數(shù)據(jù)采集卡

輸入?yún)?shù)：16-ch SE/8-ch DI模入，12-bit精度，最高1.25MS/s采樣率，各路增益和輸入范圍可單獨(dú)設(shè)定；輸出參數(shù)：2-ch、12-bit、1MS/s更新率模出。

B：BNC-2090多功能連接器用于將各種由BNC端口的輸入轉(zhuǎn)換到NI6070數(shù)據(jù)采集卡的輸入端，或?qū)I6070數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸出轉(zhuǎn)換到BNC端口。

C：SH-6868電纜：連接NI6070數(shù)據(jù)采集卡(輸入輸出端口為雙排68針插座)與BNC-2090(BNC接口與雙排68針插座相互轉(zhuǎn)換)。

2.3 軟件設(shè)計(jì)

軟件在圖形化編程軟件LabView的平臺(tái)上完成，由主程序和功能子程序組成，分為以下幾個(gè)模塊：

A：硬件設(shè)置：設(shè)置儀器地址、輸出信號(hào)的刷新率、緩沖長(zhǎng)度等，一般使用軟件的默認(rèn)設(shè)置；

B：信號(hào)選擇：選擇標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)信號(hào)或是測(cè)試數(shù)據(jù)信號(hào)作為輸出信號(hào)；函數(shù)信號(hào)：包括正弦波。余弦波、三角波、方波、鋸齒波，并可以設(shè)置信號(hào)幅度、信號(hào)頻率、信號(hào)點(diǎn)數(shù)、直流偏置和相位等；數(shù)據(jù)信號(hào)：選擇需要的數(shù)據(jù)作為源數(shù)據(jù)；

C：輸出方式：選擇單次或是連續(xù)輸出；

D：輸出控制：控制輸出通道的開關(guān)、信號(hào)的輸出、信號(hào)的清除等。

主要功能有：可產(chǎn)生最高更新率1MS/s；可產(chǎn)生多種標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)的波形；可根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)產(chǎn)生相應(yīng)的波形；可同時(shí)產(chǎn)生雙通道波形；可單次或連續(xù)產(chǎn)生波形；

需要說明的是，由于數(shù)據(jù)采集卡輸入輸出信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)范圍為±10V，而DAC轉(zhuǎn)換數(shù)據(jù)信號(hào)是按照實(shí)際的數(shù)據(jù)進(jìn)行的(如數(shù)據(jù)中的最大值是1000，則其轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)波形仍然是1000)，如果完全按照這樣進(jìn)行，在軟件的顯示是正常的，但是在輸出端卻因?yàn)樾盘?hào)過載而得不到正確的數(shù)據(jù)。因此，需要將數(shù)據(jù)在進(jìn)入DAC之前進(jìn)行相應(yīng)的衰減，使其符合輸入輸出的要求，并且能夠正確反映源數(shù)據(jù)。同時(shí)在數(shù)據(jù)采集端，也要對(duì)放大器等進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，使采集的數(shù)據(jù)正確地轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)據(jù)。

3.應(yīng)用實(shí)例

我們分別采用模擬信號(hào)發(fā)生器的函數(shù)信號(hào)和某火炮膛壓曲線的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源，使用模擬信號(hào)發(fā)生器軟件控制并由模擬輸出端將其輸出，并使用不同的測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集進(jìn)行驗(yàn)證。測(cè)試系統(tǒng)分別是專用火炮膛壓測(cè)試系統(tǒng)和我們使用LabVIEW語言編制的一個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集部分使用的是NI6070采集卡。采集的數(shù)據(jù)分別有不使用電荷放大器(采集電壓信號(hào))和使用電荷放大器(采集電荷信號(hào)，相當(dāng)于實(shí)測(cè)模擬)的數(shù)據(jù)，將所得數(shù)據(jù)與實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的波形進(jìn)行比較，得出了非常滿意的結(jié)果。

圖3 某火炮的實(shí)測(cè)膛壓曲線

圖4 由實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)模擬輸出的膛壓曲線

圖5 專用火炮膛壓測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試的模擬數(shù)據(jù)

圖6 新編制的測(cè)試系統(tǒng)測(cè)試的模擬數(shù)據(jù)

由以上數(shù)據(jù)可以看出，計(jì)算機(jī)“虛擬”出的模擬信號(hào)與實(shí)際的測(cè)試信號(hào)是一致的，既驗(yàn)證了信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)的正確性，同時(shí)也驗(yàn)證了新設(shè)計(jì)的采集系統(tǒng)的可靠性。

4.結(jié)束語

采用虛擬儀器技術(shù)設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生器不僅具有一般的信號(hào)發(fā)生器的功能，更具有其所不具備的能力，在不增加成本的情況下，不失為一種有效的方法。況且，即便是有了類似的基于虛擬儀器設(shè)備，仍然只具有一般的函數(shù)信號(hào)功能，如果需要進(jìn)行實(shí)測(cè)信號(hào)的模擬測(cè)試，也可以使用本文的方法。

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