基于VC的冲击加速度标准装置测控系统

2011-09-07潘良明上海市计量测试技术研究院

上海计量测试 2011年5期

潘良明/上海市计量测试技术研究院

0 引言

随着测控技术和虚拟仪器技术的不断发展，以计算机作为仪器统一的硬件平台[1]，基于VC或Labview等软件平台在测控系统中得到越来越广泛的应用。新研制的基于VC平台的冲击加速度标准装置测控系统具有良好的人机界面，易操作，有效地实现了对冲击加速度标准装置的自动控制、校准参数的输入、数据采集与处理以及数据的保存和打印等功能。

1 系统的硬件组成

系统硬件部分主要由气动发生装置、气路控制装置、放大器和信号调理设备以及数据采集卡等组成，其组成见图1。

系统工作原理：利用压缩空气使弹体在瞬间加速后碰撞到砧子，从而使安装在砧子上的标准冲击加速度计和被校冲击加速度计产生冲击运动（标准冲击加速度计和被校冲击加速度计背靠背安装在砧子上），冲击加速度计的信号经放大器和信号调理设备后，由数据采集卡采集并记录其电信号时间响应，比较两个传感器信号的峰值来实现冲击校准。装置通过气路控制装置控制弹体弹射时所需的气压以控制弹体弹射速度，通过选用不同的砧子和垫层获得校准所需的冲击加速度值。

图1 系统的硬件组成

2 系统的软件结构

系统的软件部分主要实现以下四种功能：信息输入、冲击控制（主要包括冲击控制和数据采集处理等）、数据显示和保存以及校准结果显示保存或打印。考虑测控系统所要实现的功能较多，在软件设计中，采用功能模块的方式实现各部分功能。在软件运行中，只需调用相应的模块就能实现其对应的功能，其系统的总体结构和流程见图2和图3。

图2 测控系统软件总体结构图

冲击波形的脉冲时间很短，本标准装置的脉冲时间0.1 ～ 10 ms，因而对数据采集和保存部分的要求很高，研制中控制机箱采用NI公司的PXI-1031，数据采集卡（DAQ）采用NI公司的PXI-5122和PXI-6025E，其中PXI-5122数据采集卡的实时采样速率达100 MS/s，14-Bit的双同步采样，带有去噪和抗混滤波器的100 MHz带宽；PXI-6025E是200 KS/s，12-Bit，16路的模拟输入多功能的数据采集卡，可方便地应用于VC、VB以及Labview等测量平台，其性能完全能满足使用要求。

软件系统在启动时，首先完成系统自检，如相关仪器设备未连接好，程序将无法启动，并提示检查仪器连接。在输入相关预设冲击加速度值后，系统会自动设置冲击触发信号，同时准备一块内存用以存放数据。当冲击动作被执行后，冲击脉冲来到时，冲击加速度计的信号通过放大器和信号调理设备将冲击脉冲转化为0～10 V的电压。当此电压量大于冲击触发信号时，系统就会自动连续高速采集，并将采集的数据放于预先开辟的内存中，完成采集。其后程序将内存中的数据取出，通过比较两个传感器的峰值实现冲击校准，同时将计算结果显示出来，这样就完成了一次冲击处理，等待下一次冲击动作的发生。当冲击动作全部执行完成后，进行数据的保存、打印等功能。

图3 测控系统流程图

3 试验数据

通过装置产生的标准冲击加速度值、重复性和稳定性以及与冲击国家基准的数据比对等试验，对新研制的装置测控系统进行验证，其测试数据分别见表1、表2、表3和表4。

新研制装置的冲击加速度最小值为50 g，而最大值则达到10 000 g。从表1可见，在整个冲击加速度范围内除50 g（表中实际为56.4 g）外，与冲击基准的最大的相对误差均小于0.5%。（注：基于冲击特性，通常对低于100 g的小量值冲击，其测试结果不可避免地受冲击垫层影响，其相对误差一般都较大。）

通过5个稳定的冲击加速计对装置的重复性进行测试，从表2的数据可以得出其重复性均小于0.5%。通过两个标准冲击加速度计在半年时间内，对装置的稳定性进行考核，从表4的数据可以得出其稳定性小于0.5%。