楊昆明

以LabVIEW作為軟件開發(fā)平臺，設(shè)計了一種基于LabVIEW的振動壓路機在線監(jiān)測系統(tǒng)。簡要介紹了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)和功能，重點研究了硬軟件分系統(tǒng)設(shè)計中的關(guān)鍵技術(shù)問題。采用GPS技術(shù)將具體位置與系統(tǒng)監(jiān)測到的加速度、溫度等壓實信息相對應，并以圖形化方式顯示，該系統(tǒng)可為壓實作業(yè)提供可靠參考，提高了壓實作業(yè)效率。

瀝青路面鋪筑質(zhì)量的好壞直接關(guān)系著路面的使用壽命和行車的舒適程度，路面的壓實度是路面驗收的重要指標。傳統(tǒng)的路面壓實檢測主要采取路面鋪筑完后再進行抽樣檢測，這樣不能及時地給出壓實度結(jié)果；檢測點只是簡單的隨機數(shù)據(jù)采樣，也不能保證全部路段的施工質(zhì)量。如伺在保證施工質(zhì)量的前提下減少壓路機的碾壓次數(shù)及避免“欠壓”和“過壓”，是施工企業(yè)急需解決的一個難題。

壓實度檢測原理

在進行碾壓作業(yè)時，振動輪的激振信號幅值與被壓材料的壓實度線性相關(guān)。在碾壓較松軟的彈性路面時，振動輪的加速度信號呈有規(guī)律的正弦波狀態(tài)，隨著碾壓遍數(shù)的增加，激振信號幅值也隨之增大。當壓實到一定程度以后，振動幅值增量明顯降低，甚至為零，說明壓實工作完成。

根據(jù)上述振動信號的特點，可在振動輪上安裝加速度傳感器，當進行碾壓作業(yè)時，通過加速度傳感器連續(xù)檢測振動輪在壓實過程中的垂直振動分量，并分析振動信號的振幅和頻率，由計算機根據(jù)建立的數(shù)學模型和相關(guān)算法計算出相應的模量值，代替壓實度判斷壓實狀態(tài)，當動態(tài)連續(xù)檢測的結(jié)果達到要求值時，可以停止壓實作業(yè)。

硬件構(gòu)成

硬件部分為所開發(fā)的監(jiān)測軟件提供運行平臺，本系統(tǒng)由傳感器、信號調(diào)理器、數(shù)據(jù)采集卡、計算機、顯示器以及打印機等組成。來自傳感器的信號一般都比較小且經(jīng)常夾雜一定高頻噪聲，在數(shù)據(jù)采集之前需先進行放大、濾波、隔離等預處理，以便滿足數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的要求。

軟件系統(tǒng)設(shè)計

本系統(tǒng)是解決路面施工質(zhì)量檢測、壓路機狀態(tài)監(jiān)測和控制管理問題。檢測參數(shù)分兩部分：一是對壓路機自身狀態(tài)進行實時監(jiān)測，主要是為日后設(shè)備維護提供依據(jù)，信號可以從壓路機原有系統(tǒng)中引出；二是壓實信息檢測，主要是監(jiān)控施工質(zhì)量，施工質(zhì)量參數(shù)由各類傳感器測出。本系統(tǒng)采用LabVIEW 2013平臺，系統(tǒng)軟件需完成數(shù)據(jù)采集、存儲、分析及顯示等功能。

軟件架構(gòu)。對于動態(tài)測試高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，有時計算機內(nèi)存一次存放不下采集到的大量數(shù)據(jù)，或者是在采集信號的同時還要分析數(shù)據(jù)、保存數(shù)據(jù)，一旦數(shù)據(jù)讀取和分析處理速度不匹配，就很容易導致讀取數(shù)據(jù)的重復或丟失。為了避免上述情況發(fā)生，整個程序設(shè)計建立在LabVIEW生產(chǎn)者/消費者循環(huán)模式結(jié)構(gòu)上。

當系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集過快又不能及時處理時，數(shù)據(jù)會暫時存放在緩沖區(qū)內(nèi)。當消費者循環(huán)有能力處理時，才從緩沖區(qū)中按照“先進先出”的原則，將數(shù)據(jù)調(diào)入進行數(shù)據(jù)分析、保存等處理，這樣就能避免因高速采集而造成的競爭、重復分析或數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象。

數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計。數(shù)據(jù)采集設(shè)備（DAQ）是獲得并轉(zhuǎn)換物理信號（如電壓、電流、加速度和溫度）為數(shù)字格式并存入計算機的儀器。根據(jù)LabVIEW在測試測量中與儀器交互的方法和系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點，本系統(tǒng)在生產(chǎn)者循環(huán)中使用LabVIEW的API函數(shù)創(chuàng)建數(shù)據(jù)采集程序，即創(chuàng)建DAQ應用。

數(shù)據(jù)分析模塊設(shè)計。DAQ硬件只是將輸入信號轉(zhuǎn)換成計算機能識別的數(shù)字信號，系統(tǒng)測試任務實質(zhì)上是由安裝在計算機中的分析軟件完成的。數(shù)據(jù)分析是將采集到的原始數(shù)據(jù)經(jīng)過曲線擬合、統(tǒng)計分析、頻率響應或其他處理方式轉(zhuǎn)換為有意義的信息，然后再將數(shù)據(jù)以圖、表或者其他可視化形式顯示出來。

數(shù)據(jù)存儲模塊設(shè)計。數(shù)據(jù)的存儲是測試系統(tǒng)最主要的功能之一，存儲的數(shù)據(jù)主要是便于日后調(diào)出用于分析研究被測對象狀態(tài)變化的歷史趨勢或定期生成報表。本系統(tǒng)利用LabSQL數(shù)據(jù)庫訪問方法實現(xiàn)在LabVIEW軟件中調(diào)用數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)信息。在LabVIEW中使用LabSQL調(diào)用數(shù)據(jù)庫非常方便、簡單，無需深入了解ActiveX技術(shù)和SOL語言，只需知道各vI的功能和數(shù)據(jù)庫設(shè)計及相關(guān)概念，即可設(shè)計出滿足要求的程序。

GPS模塊設(shè)計。瀝青路面施工時，通過GPS定位系統(tǒng)、加速度傳感器和溫度傳感器等設(shè)備，使壓路機運行位置和壓實信息（如行車速度、碾壓遍數(shù)、壓實度、瀝青溫度等參數(shù)）相對應，以便出現(xiàn)“欠壓”和“過壓”時準確定位地理位置，采取補救措施。

系統(tǒng)標定模塊。在工程應用中，LabVIEW經(jīng)常用于測量物理量，這時存在一些量的轉(zhuǎn)化問題，就是將電量值轉(zhuǎn)換為具有實際意義的物理量值。本系統(tǒng)主要考慮路面壓實度和瀝青溫度。大量工程實踐經(jīng)驗表明，在一定范圍內(nèi)，振動輪加速度與壓實度近似為線性關(guān)系，要求得兩者之間的函數(shù)關(guān)系，得通過現(xiàn)場試驗來測得數(shù)據(jù)。在鋪筑試驗段時，先使用灌砂法測得碾壓每一遍瀝青路面的壓實值，再與對應每一遍檢測到的加速度信號值建立一一對應關(guān)系，再將標定系數(shù)輸入到用LabVIEW編寫的監(jiān)測系統(tǒng)程序中，便可將所測加速度值換算成壓實度，就可實時監(jiān)測顯示壓實度值。

設(shè)計了一種基于LabVIEW的振動壓路機在線監(jiān)測系統(tǒng)，給出了系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)，詳細論述了系統(tǒng)的硬件組成和軟件分系統(tǒng)，闡述了系統(tǒng)的監(jiān)測原理，采用GPS技術(shù)將壓實位置與壓實信息相對應。該系統(tǒng)可以實時地監(jiān)控路面的壓實狀態(tài)，使機手無需憑猜測和經(jīng)驗施工，減少了人為因素造成的漏壓或過壓現(xiàn)象的發(fā)生，能有效地指導施工人員工作，有利于保證路面施工質(zhì)量，提高壓實作業(yè)的效率。

（作者單位：西安航空學院）endprint