基于虚拟仪器的平面机构创意组合实验台测控系统设计

线位移信号。在所设计的检测系统中，传感器采集信号，然后通过专用的屏蔽电缆线将传感器所采集的电信号经虚拟仪器专用DAQ板卡送入计算机。所得到的数据通过软件进行处理。结构框图如图3所示。

2．1 系统硬件设计

　　本系统采用PXI-1024组合式机箱，为系统提供了坚固的模块化封装结构，其具有8个PXI／Compact PCI插槽，第一槽是系统控制器，其余7个插槽是外围扩展槽，可用于安装数据采集卡，示波器等；机箱还具有高性能PXI背板，可以独立地向每个外围扩展槽提供PXI10 MHz(PXI-CLKl0)系统时钟信号，用于多模块的同步测量或是系统控制。

　　同时选取了PXI-6251型多功能数据采集卡，插入机箱的左端第三个插槽。

　　物理信号的获得通过传感器实现，其中编码器采集转角信号，角位移传感器采集摆角信号，直线位移传感器采集线位移信号。

　　对于数据采集系统来说，由于来自于电力线或机器的影响，会产生噪声信号，对于这种情况，采用低通滤波器来实现最大程度的抑制。另外，由于采样率低而产生信号混叠，奈奎斯特定理指出，如果对一种模拟信号进行采样，所有频率超过1／2采样率的信号都会以一种低频率信号的方式出现。只有在采样前把所有频率超过 1／2采样率的信号消除才能避免这种失真。基于以上两种可能出现噪声信号的原因，本系统采用模拟低通滤波器、数字滤波器两者的结合。模拟滤波器通常放在 A／D转换器的前面，用来消除信号通道位于A／D转换之间的高频噪声和干扰。数字滤波器被放在A／D转换器的后面，通过采用平均技术来减少通带内频率上的噪声。

　　本系统采用双二阶环滤波电路，利用两个以上的加法器、积分器等组成的运算放大电路，根据要求的传递函数，引入适当的反馈，构成滤波电路。其突出特点是电路灵敏度低，特性非常稳定，并可实现多种滤波功能，这里使用低通滤波抑制部分噪声信号。具体电路如图4所示。

　　构成低频滤波器时，电路固有频率(单位：Hz)和通带增益如下：

　　2．2 软件实现

　　软件是检测系统的灵魂。本实验台测控系统应用虚拟仪器图形化软件LabVIEW，该软件具有运算速度快、界面友好、人机交换便捷、操作直观方便等特点。该测试系统的主程序界面如图5所示：实现对所测试的不同项目进行有效选择，并在选择好输入项目的基础上，从主程序界面中选择所要测试的项目，点击，则系统进入所要进行的性能测试系统的功能模块仪器软件面板。

　　其中，每一个功能模块又分别调用其子模块，主要包括数据采集模块、传感器标定模块、误差处理模块、数据分析处理模块、数据波形输出模块、输出数据保存模块和数据恢复模块。

　　2．2．1 数据采集

　　数据采集模块将各种硬件仪器的驱动程序模块封装在组件中，当测试要求改变需要更换新的仪器硬件时，只需更新相应参数，并且保证它对上层的接口保持不变，那么新的仪器硬件就能在原来的系统中正常运行。

　　2．2．2 传感器数据的标定

　　传感器的标定就是通过试验建立传感器输入量与输出量之间的关系。利用已知的标准值输入到待标定的传感器中，传感器得到相应的输出量，将输出量与输入的标准量绘制成曲线即得标定曲线，通过标定曲线可以得出输入量与输出量之间的关系式，从而可以确定标定系数。利用标定的数据作为测量数据输入提高了传感器的使用精度。

　　2．2．3 数据的分析及处理

　　数据分析与处理模块包括数据的逻辑计算、测试信号的图形显示、测量过程中特性参数的显示、误差的分析、信号的滤波等，通过该模块的工作，可以输出非常精确的数据及其对应的曲线。

　　(1)信号滤波

　　算术平均值滤波法就是连续取n个采样值进行平均。其数学表达式为：

　　算术平均滤波法用于对一般具有随机干扰的信号进行滤波。这种信号的特点是围绕着一个平均值，在某一范围附近作上下波动。算术平均滤波法对信号的平滑程度完全取决于N在系统误差的情况下，当n→∞，项噪声信号趋近于零，其平均值趋向于最大期望值，但是实际上N较小时，平滑度低，但灵敏度高。应根据具体情况选取N，既保证滤波效果，又尽量减少计算时间。

　　(2)误差处理

回转运动误差包括传动误差和回程误差。测量传动误差，可以采用手工转动使电机的转速不超过10 r／min，当电机转动后，通过输入、输出传感器分别测量输入、输出角位移，得到的试验数据可以在计算机内进行显示和记录。瞬时传动误差=输入转角／理论传动比-输出转角，可以拟合相应的曲线。在测量回程误差时，去掉电动机、转动输入传感器，当在某一个角位移处，使输出端不动，输出端反转，所反向产生的转角为回程误差，在若干个角位移处试验，可以