基于虚拟仪器技术的程控动应变测试系统研究与开发

摘要

应变测量是机械工程中分析零件或结构受力状态、验证构件强度、刚度设计的正确性、确定整机在实际工作时负载情况和研究某些物理现象机理的重要手段之一，因此，快速开发高性能应变测试仪十分必要。本文首先介绍了国内外应变测量仪器的现状和发展趋势，分析了传统硬件化应变测量仪器的主要特点及其存在的不足。随后介绍了应变测量的理论、方法以及相关的信号处理知识，同时还介绍了虚拟仪器技术的概念、特点以及虚拟仪器的开发技术，并和传统硬件化仪器做了对比，突出了虚拟仪器的优越性。虚拟仪器代表着从传统硬件为主的测量系统到以软件为中心的测量系统的根本性转变。然后提出用虚拟仪器技术来改造传统硬件化应变测量仪器，开发了基于虚拟仪器技术的程控动态应变测试系统。
　　 论文祥细阐述了虚拟式程控动态应变测试仪系统的逻辑结构和软硬件设计，该程控动态电阻应变仪采用嵌入式MCU控制技术及最新的USB总线数据采集技术设计完成的。该应变仪的桥路平衡、增益、桥压、低通滤波设置等参数均由微机软件控制；分析软件包含时域、频域、幅值域等多项分析处理功能；同时利用计算机海量硬盘的仿真磁带记录仪功能。采用MicroSoft Visual C++和LabWindows/CVI软件设计方法，构建出了图形逼真、功能强大的虚拟式动态应变测试系统。该系统的软件含盖如下功能模块：建立标定文件模块，单通道示波模块，多通道示波模块，数据采集模块，历史数据回放功能模块，其中历史数据回放功能模块，时域双踪双道分析模块。实现了对应变信号的采集、处理、分析和显示，系统可对多类型参量进行实时测量，将信号的采集和处理一体化，数据和结果实现可视化。同时对仪器进行了现场测试实验，并对测试结果进行了误差分析，提出了解决得方法和措施。通过对该系统的研究，突出了软件才是虚拟仪器的核心，强调了基于虚拟仪器技术的应变测试仪的实际应用价值。
　　 工程实践表明，虚拟式应变测试仪具有功能强、精度高、效率高、成本低、开放性和扩展性好等优点，完全可以替代传统的硬件化应变测量仪器，是一种正广泛推广应用的测量仪器。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究的背景

1.2 课题研究的现状

1.2.1 应变测量的特点

1.2.2 应变测量装置的种类

1.2.3 应变测量仪器与系统的发展

1.3 基于虚拟仪器技术的动应变测试仪研究的意义

1.4 本文研究的主要内容

第2章 应变测量技术基础

2.1 引言

2.2 应变测量原理

2.2.1 应变测量电桥原理

2.2.2 电阻应变计

2.2.3 应变测量电桥

2.2.4 单臂电桥的线性化处理

2.2.5 电桥自动平衡技术

2.2.6 电桥在使用中应注意的问题

2.2.7 放大电路

2.2.8 模块式应变信号调理器

2.2.9 抗干扰技术

2.3 以应变测量为基础的参数测量

2.3.1 应力测量

2.3.2 弯矩测量

2.3.3 扭矩测量

2.4 本章小结

第3章 数字信号处理

3.1 引言

3.2 信号的采样

3.3 信号处理的基本方法

3.3.1 信号的幅值域分析

3.3.2 信号的时域分析

3.3.3 信号的频域分析

3.4 小结

第4章 虚拟仪器技术

4.1 引言

4.2 传统仪器与虚拟仪器对比

4.3 虚拟仪器的构成

4.4 虚拟仪器的特点

4.5 基于PC的虚拟仪器

4.6 虚拟仪器的现状及发展

4.7 小结

第5章 基于虚拟仪器技术的全程控动态应变测试系统

5.1 引言

5.2 系统的总体设计

5.2.1 系统的组成

5.2.2 系统软件的总体设计

5.2.3 系统软件开发平台的选择

5.3 系统的硬件设计

5.3.1 电阻应变计的选用

5.3.2 应变放大器的选用

5.3.3 数据采集卡的选用

5.4 系统的软件设计原则

5.5 软件开发流程

5.6 软件功能总体设计

5.7 主控制模块

5.8 初始化模块

5.9 数据采集模块

5.10 数据处理模块

5.10.1 数据处理概述

5.10.2 数字滤波

5.10.3 标度变换

5.10.4 数据二次处理

5.11 辅助功能模块

5.11.1 波形放大及移动

5.11.2 极限报警

5.11.3 光标跟踪读数

5.14 时域双踪双道细化分析模块

第6章 动应变测试系统功能验证

6.1 引言

6.2 动应变测试实验系统的设计

6.3 动应变测试的实验

6.4 误差分析

第7章 虚拟仪器网络化

7.1 引言

7.2 网络化的研究

第8章 结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文与科研情况

源程序附录