分析虛擬儀器的傳感器靜態(tài)特性
分析虛擬儀器的傳感器靜態(tài)特性
傳感器靜態(tài)特性的測量及計(jì)算由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成虛擬測試儀器，完成對傳感器靜態(tài)特性的分析，實(shí)現(xiàn)了快速、準(zhǔn)確、靈活、可靠的目的。對于一個(gè)傳感器特性循環(huán)試驗(yàn)，在取5個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)時(shí)，測量點(diǎn)的分布見表1。
在實(shí)際測試中為保證測量可靠性，至少應(yīng)重復(fù)實(shí)驗(yàn)3個(gè)循環(huán)，取5個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)，共25個(gè)測量值。一般采用重復(fù)實(shí)驗(yàn)5個(gè)循環(huán)，取7個(gè)校準(zhǔn)點(diǎn)，則共有61個(gè)測量值。由這些測量值來計(jì)算傳感器線性度、遲滯性、重復(fù)性和靜態(tài)誤差。
基于PC的虛擬儀器
虛擬儀器的硬件
表1 測量點(diǎn)分布表
由分析可知，若想測量傳感器的特性指標(biāo)，則必需在各校準(zhǔn)點(diǎn)給傳感器輸入校準(zhǔn)信號，同時(shí)測量傳感器的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號值，傳感器的標(biāo)準(zhǔn)輸出信號一般為4～20mA或1～5V，而電流信號經(jīng)采樣電阻可轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?。傳統(tǒng)的測量方法是用萬用表測量并記錄每次傳感器的輸出信號值，如今采用PC機(jī)加A/D擴(kuò)展板卡來測量和記錄傳感器的輸出信號，則可大大提高測量精度和測量速度，而且PC機(jī)具有極強(qiáng)的運(yùn)算能力，可方便、靈活地計(jì)算和分析傳感器的各項(xiàng)特性指標(biāo)，具有極高的性價(jià)比。
目前，PC機(jī)都具有3個(gè)以上PCI擴(kuò)展插槽，而且基于PCI總線的工業(yè)級模擬信號采集板卡種類繁多，大多可采集-10～+10V范圍內(nèi)信號，而且采樣精度從12位到16位、采樣速度從每秒幾萬次到上百萬次不等，作為工業(yè)產(chǎn)品其工作的穩(wěn)定性和可靠性已得到共識，現(xiàn)已在工業(yè)監(jiān)控領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用。
針對傳感器測試精度高的特點(diǎn)，一般要求測試儀器精度應(yīng)達(dá)到5×10-4。虛擬儀器采用普通PC計(jì)算機(jī)，擴(kuò)展了臺灣研華基于PCI總線的PCI-816模擬量采集板卡，板卡主要功能有：16路模擬信號差分輸入、分辨率為16位、*大采樣速度為100kHz/s、信號采樣范圍寬且可軟件編程設(shè)定、支持軟硬件觸發(fā)、可編程選擇中斷等級和DMA傳送通道，另外，還具有16路數(shù)字量輸入、輸出。
虛擬儀器的軟件
虛擬儀器的硬件相對軟件較簡單，而儀器的操作方便與否、功能是否齊全、顯示畫面是否豐富、是否可打印輸出各種分析報(bào)表等，則完全由軟件設(shè)計(jì)水平來決定。軟件采用VC++6.0在Windows環(huán)境下編制，程序功能結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示，可在WindowsNT/98/2000/XP操作系統(tǒng)下運(yùn)行，具有畫面顯示直觀，操作方便、靈活等特點(diǎn)。
圖1程序功能結(jié)構(gòu)圖
虛擬儀器軟件運(yùn)行后，可通過下拉式菜單或工具欄按鈕來完成數(shù)據(jù)采集或輸入、修改、計(jì)算、顯示畫面切換和結(jié)果打印輸出等操作。為方便輸入、修改各種數(shù)據(jù)，采用如圖2所示的集成度較高的數(shù)據(jù)輸入、修改對話窗口，其中傳感器名稱、型號和循環(huán)試驗(yàn)次數(shù)可直接輸入，而傳感器各校準(zhǔn)點(diǎn)設(shè)定值和試驗(yàn)中所測量數(shù)值則可按設(shè)定在新增和修改間變換輸入。例如需連續(xù)輸入各校準(zhǔn)點(diǎn)的設(shè)定值，則可通過在操作方法組框中選中[校準(zhǔn)輸入或測試數(shù)據(jù)]復(fù)選框(對于測量數(shù)據(jù)的操作則取消選中)，同時(shí)選中[連續(xù)操作]復(fù)選框，如圖2中所示，即可連續(xù)輸入。另外可通過選中4個(gè)單選銨鈕[設(shè)置]、[插入]、[追加]和[刪除]中的不同銨鈕來設(shè)定對當(dāng)前下標(biāo)(行程編號)數(shù)據(jù)的不同操作。這樣可在一個(gè)對話窗口內(nèi)完成整個(gè)數(shù)據(jù)的采集、修改，大大提高了對數(shù)據(jù)的操作效率。每步操作的同時(shí)，在程序窗口可顯示所有參數(shù)的當(dāng)前數(shù)據(jù)。
校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量和所需測量值數(shù)量由程序按輸入校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)和循環(huán)次數(shù)自動計(jì)算。程序自動檢驗(yàn)輸入校準(zhǔn)點(diǎn)數(shù)量(M)與測量值數(shù)量(N)是否滿足式(1)，如不滿足則計(jì)算菜單項(xiàng)和工具欄中計(jì)算按鈕無效，直至兩者滿足式(1)關(guān)系。在檢查確認(rèn)數(shù)據(jù)正確性后即可計(jì)算傳感器各項(xiàng)靜態(tài)指標(biāo)。
測試數(shù)據(jù)的顯示和打印
對于輸入或測量的數(shù)據(jù)以及計(jì)算結(jié)果，程序可在不同的彈出窗口內(nèi)以表格、曲線、直方圖等多種形式顯示出來，提供了以獨(dú)立文件和分類數(shù)據(jù)庫形式存儲，預(yù)存了不同打印輸出報(bào)表格式。可通過選取不同的菜單項(xiàng)或按鈕來選擇不同顯示和打印輸出方式。
打印輸出報(bào)表提供了二次設(shè)計(jì)功能，即可通過軟件中的繪圖和字符串編輯功能，自行設(shè)計(jì)打印輸出報(bào)表格式。