【正文】 接受，被公認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)采集和儀器控制軟件，現(xiàn)已成為測試測量和控制行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)軟件平臺。在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件只是用于解決信號的輸入/輸出，也就是數(shù)據(jù)的采集，而軟件才是整個系統(tǒng)的關(guān)鍵。整個測試過程全部自動進(jìn)行，具有測試精度高、速度快、性價比高、測試的重復(fù)性和可靠性高以及適宜在線動態(tài)測試和狀態(tài)監(jiān)測等特點。在80年代出現(xiàn)的測試系統(tǒng)大部分按照“傳感器+模擬二次儀表”的模式組成，在測試過程中，一般由模擬記錄儀器在紙上記錄實驗曲線或由檢測人員讀取并記錄實驗數(shù)據(jù)，然后試驗人員根據(jù)試驗曲線和數(shù)據(jù)手工處理得到性能指標(biāo)。(5) 開辟新型射流的研究。 超高壓水切割技術(shù)發(fā)展趨勢目前在國際范圍內(nèi)，水射流加工技術(shù)的發(fā)展存在以下幾個趨勢[5][6][7][8]:(1) 提高水射流加工機(jī)的可靠性和壽命，尤其是其中關(guān)鍵零部件：高壓泵、高壓軟管、接頭和噴嘴的壽命。切割欽等難加工材料可節(jié)約50%加工費，且使用性能更好?？奢o助開礦采石、打隧道，輔助車、銑、鉆等工藝；17)能做到選擇加工，如剝線皮不傷芯，手術(shù)可不破壞血管；18)可在水中或數(shù)百米深處水下切割，也可在遠(yuǎn)達(dá)500m處運用；19)切深能力強?？汕懈钊魏尾牧?，尤其對極軟、脆、致密堅硬、熱敏、易燃等難以加工材質(zhì)切割優(yōu)勢明顯；14)一個增壓泵，可多頭運用?？蓮牟牧先魏尾课婚_始或停止切割，無需預(yù)先鉆孔或者開槽；6)效率適中，生產(chǎn)效率較高。即使對有害物質(zhì)(如石棉)加工，也無害于操作者健康；2)冷切割。在國內(nèi)的重慶大學(xué)、大連理工大學(xué)、石油大學(xué)、中國礦業(yè)大學(xué)、南京理工大學(xué)、江蘇大學(xué)等幾所大學(xué)和機(jī)械部濟(jì)南鑄造鍛壓機(jī)械研究所、機(jī)械部通用機(jī)械研究所、航空工藝研究所等研究機(jī)構(gòu)，先后開展了水射流加工技術(shù)的研究。1981年我國舉辦第一次全國高壓水射流技術(shù)討論會，此后每兩年舉辦一次，但目前我國水射流交流活動無論從規(guī)模、內(nèi)容、收錄的論文，以及學(xué)者參加的人數(shù)上與日本、美國相比有很大的差距。于是人們開始研究較高壓力的壓力源（高壓泵和增壓系統(tǒng)）。關(guān)鍵詞：水射流技術(shù)，虛擬儀器，傳感器，數(shù)據(jù)采集，網(wǎng)絡(luò)通信ABSTRACTKEY WORDS：目 錄摘 要……………………………………………………Abstract…………………………………………目 錄…………………………………………第一章 緒論…………………………………………1 引言………………………………………………… 超高壓水切割技術(shù)的發(fā)展……………………………… 超高壓水切割技術(shù)的優(yōu)勢和特點………………………… 超高壓水切割技術(shù)發(fā)展趨勢……………………………… 國內(nèi)外測試技術(shù)研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢……………………… 傳統(tǒng)的人工測試技術(shù)………………………………………… 計算機(jī)輔助測試技術(shù)……………………………………… 虛擬儀器技術(shù)…………………………………………………… 虛擬儀器……………………………………………5 虛擬儀器簡介…………………………………… 虛擬儀器的特點和優(yōu)勢…………………… 本課題研究內(nèi)容與方案選擇………………………………第二章 超高壓系統(tǒng)工作原理、測試參數(shù)和設(shè)計方案……………13 超高壓水切割系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和工作原理………………13 超高壓水切割系統(tǒng)測試要求和參數(shù)說明……………… 超高壓水切割系統(tǒng)測試總體設(shè)計方案……………第三章 800MPa超高壓系統(tǒng)測試硬件設(shè)計與實現(xiàn)………18 傳感器……………………………………………………18 傳感器選型原則……………………………… 傳感器的原理和選型…………………………………… 信號調(diào)理電路………………………………………………………20 信號調(diào)理電路的選型原則…………………… 信號調(diào)理電路的選型…………………… 數(shù)據(jù)采集卡……………………………………………………22 數(shù)據(jù)采集卡選型原則…………………… 數(shù)據(jù)采集卡采集過程………………………………………… 數(shù)據(jù)采集卡的選型…………………… 測試系統(tǒng)的抗干擾設(shè)計…………………………………………………24第四章 800MPa超高壓系統(tǒng)測試軟件設(shè)計與實現(xiàn)………26 虛擬儀器技術(shù) 虛擬儀器的組成結(jié)構(gòu)…………………………………… Labview 開發(fā)壞境…………………………………… 超高壓水切割系統(tǒng)測試軟件總體設(shè)計……………………………… 用戶登錄模塊設(shè)計………………………… 參數(shù)設(shè)置模塊設(shè)計…………………………………… 數(shù)據(jù)采集模塊設(shè)計……………………………… 數(shù)據(jù)采集基礎(chǔ)……………… 多通道數(shù)據(jù)采集程序設(shè)計………… 數(shù)據(jù)處理和分析模塊的設(shè)計…………………………………28 數(shù)字濾波…………………… 相關(guān)分析……………………………………………… 傅立葉變換……………………………… 數(shù)據(jù)管理模塊設(shè)計……………………………… labview數(shù)據(jù)文件類型介紹 測試數(shù)據(jù)保存實現(xiàn)…………………… 測試數(shù)據(jù)回放實現(xiàn) 測試軟件界面…………………………………… 測試系統(tǒng)前面板………………………………………… 測試系統(tǒng)程序面板…………………………………………第五章 800MPa超高壓系統(tǒng)測試平臺數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程傳送……38 數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳送的意義………………………40 虛擬儀器網(wǎng)絡(luò)通信………………………………………………42 網(wǎng)絡(luò)協(xié)議通信……………………………………………… TCP/IP技術(shù)……………………………………………… 無線通信技術(shù)…………………………………… Datasocket技術(shù)…………………………………………………………44第六章 總結(jié)與展望……………………………38 工作總結(jié)………………………………………… 發(fā)展展望………………………………………………致謝…………………………………………………………………………………50參考文獻(xiàn)………………………………………………………………………………………51第一章 緒 論 引言 超高壓水切割技術(shù)的發(fā)展[1][2][3]超高壓水切割又稱水刀, 它是將普通的水經(jīng)過增壓器后所產(chǎn)生的高能量（800Mpa）水流，再通過一個極細(xì)的紅寶石噴嘴（），形成速度約為8001000m/s的高速射流，俗稱其為水箭，可用來切割不同材質(zhì)的材料。目前，國內(nèi)還沒有超高壓水切割測試系統(tǒng)，檢測超高壓水切割系統(tǒng)中各個量的變化情況并分析其相關(guān)性，有助于對產(chǎn)品的性能和設(shè)計進(jìn)行理論研究，對提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本和維修成本、延長產(chǎn)品使用壽命以及產(chǎn)品的安全性都具有重要意義。 論文基于虛擬儀器分析了800MPa超高壓系統(tǒng)，根據(jù)與超高壓系統(tǒng)性能的相關(guān)參數(shù)，設(shè)計并構(gòu)建了超高壓系統(tǒng)壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、應(yīng)變片、加速度傳感器、噪聲儀和功率計、數(shù)據(jù)采集卡等在內(nèi)的計算機(jī)測試系統(tǒng)。調(diào)整水射流的壓力和流量，可以用其清洗各種物體，如除膠、除漆、除銹等。20世紀(jì)60年代以前，人們主要研究低壓水射流采礦，水射流技術(shù)還處于探索試驗階段；進(jìn)入60年代，大批高壓柱塞泵和增壓器的問世大大推動了水射流技術(shù)的研究工作，但此時的高壓水射流技術(shù)仍然不成熟。在1995年底，南京大地水刀股份有限公司研制出中國第一臺水切割機(jī)樣機(jī)，該樣機(jī)在高壓密封、高壓零部件疲勞以及換向機(jī)構(gòu)等方面暴露出一些缺點和問題，在各項研制與改進(jìn)后，1998年下半年，達(dá)到了產(chǎn)品的初步要求，進(jìn)行了小批量生產(chǎn)，改變了國外水切割機(jī)產(chǎn)品一統(tǒng)我國市場的局面。通過全國性學(xué)術(shù)交流和許多學(xué)者的努力，我國的水射流理論水平也不斷提高。加工本身無熱量產(chǎn)生，加上冷水的高速冷卻，因而工件無組織燒傷、無熱應(yīng)力和形變，加工區(qū)溫度160℃；3)少或無毛刺?？啥鄧娮熘苯蛹庸さ焦ぜ螅瑹o中間工序，加工輔助時間少；7)對多數(shù)復(fù)合夾層材料無脫層產(chǎn)生；8)高速切割后無需后續(xù)處理(如拋光、去應(yīng)力等)；9)噴頭輕、體積小而靈活，易于實現(xiàn)自動化、柔性化和集成化，易與NC、CNC、機(jī)器人技術(shù)結(jié)合，CAD/CAM零件編程控制方便，切割軌跡易于重新編程或修改，無需圖樣庫存；10)加工力小，側(cè)向力小，夾具簡單、方便或不需夾緊。既可多噴頭同時作業(yè)，也可多噴頭不同時作業(yè)；15)加工安全，振動小、噪音低。目前已達(dá):鋼板180mm，欽板250mm，；20)不污染工件，切邊不含夾砂等異物；21)兼容性好。正是由于高壓水射流具有以上這些特點，近幾年來，該項技術(shù)得到迅速的發(fā)展。(2) 優(yōu)化水射流工藝參數(shù)，進(jìn)一步提高效率，減少磨料消耗和降低能耗，以利于成本更有競爭力。包括：空化射流、脈沖射流、冷劑束射流、高粘性添加劑射流、磁（電）流變液射流 、常溫冰點射流等。顯而易見，在這種測試系統(tǒng)中得到的測試結(jié)果帶有嚴(yán)重的人為誤差，精度差、效率低。 計算機(jī)輔助測試原理計算機(jī)輔助測試系統(tǒng)充分利用了目前計算機(jī)速度悅來越快、功能越來越強、價格越來越低的優(yōu)勢。當(dāng)對象的測試要求發(fā)生變化或增加減少測試項目時，只需適當(dāng)?shù)馗能浖绦颍纯缮蓾M足測試要求的全新的測試儀器系統(tǒng)。 虛擬儀器的出現(xiàn)是測量儀器領(lǐng)域的一個突破，他徹底改變了傳統(tǒng)的儀器觀，從根本上更新了測量儀器的概念，帶給人們一個全新的儀器觀念。虛擬儀器采用的就是后一種結(jié)合方式。只有同時擁有高效的軟件、模塊化I/O硬件和用于集成的軟硬件平臺這三大組成部分，才能充分發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)性能高、擴(kuò)展性強、開發(fā)時間少，以及出色的集成性等優(yōu)勢。此外，NI 提供了更多交互式的測量工具和更高層的系統(tǒng)管理軟件工具，例如連接設(shè)計與測試的交互式軟件SignalExpress、用于傳統(tǒng)C語言的LabWindows/CVI、針對微軟Visual Studio的Measurement Studio等等，均可滿足客戶對高性能應(yīng)用的需求。NI高性能的硬件產(chǎn)品結(jié)合靈活的開發(fā)軟件，可以為負(fù)責(zé)測試和設(shè)計工作的工程師們創(chuàng)建完全自定義的測量系統(tǒng)，滿足各種獨特的應(yīng)用要求。PXI作為一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動化應(yīng)用度身定制的模塊化儀器平臺，內(nèi)建有高端的定時和觸發(fā)總線，再配以各類模塊化的I/O硬件和相應(yīng)的測試測量開發(fā)軟件 ，您就可以建立完全自定義的測試測量解決方案。 不強調(diào)物理上的實現(xiàn)形式虛擬儀器通過軟件功能來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)處理與分析數(shù)據(jù)的顯示這3部分的物理功能。使用相同的硬件系統(tǒng) ，通過不同的軟件編程，就實現(xiàn)功能完全不同的測量儀器。除上述特點之外，與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器還有如下四個方面的優(yōu)勢。得益于NI軟件的靈活性，只需更新您的計算機(jī)或測量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至無需軟件上的升級即可改進(jìn)您的整個系統(tǒng)。4）無縫集成：虛擬儀器技術(shù)從本質(zhì)上說是一個集成的軟硬件概念。800MPa超高壓系統(tǒng)是目前世界上壓力最高的水切割系統(tǒng)，在項目的研發(fā)過程中，必須選擇好傳感器，信號調(diào)理模塊，數(shù)據(jù)采集卡和虛擬儀器測試平臺的軟件開發(fā)，最后，一方面由于測試平臺不能遠(yuǎn)離超高壓系統(tǒng)，另一方面出于工作環(huán)境和安全因素的考慮，超高壓系統(tǒng)測試平臺采集的到的數(shù)據(jù)需遠(yuǎn)程傳送。第三章具體分析了各類參數(shù)測量所用到的傳感器選型和信號調(diào)理模塊及其數(shù)據(jù)采集卡的選型。第二章 超高壓系統(tǒng)工作原理、測試參數(shù)和設(shè)計方案 超高壓水切割系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工作原理 超高壓發(fā)生系統(tǒng)是超高壓水切割系統(tǒng)的核心,它主要由增壓器、換向系統(tǒng)、高壓儲能器、單向閥門、高壓測量系統(tǒng)和安全系統(tǒng)、高壓管路和水回路及水處理幾部分組成[13]。我們將活塞有效面積活塞桿面積之比稱為“增壓比”，在一定設(shè)備上由于其比值固定，所以通過控制油壓就可以調(diào)節(jié)水壓。 往復(fù)式增壓器（高壓缸）結(jié)構(gòu)示意圖1單向閥 2右側(cè)水腔 3左側(cè)水腔 4活塞 5活塞桿 6壓力油腔 增壓器（高壓缸）能夠完成壓力的轉(zhuǎn)換，但為了達(dá)到這個目的必須需要增壓系統(tǒng)其他各部分的配合，從工作原理上，我們可以將增壓系統(tǒng)分為油路和水路。水路:普通的自來水先經(jīng)一次增壓泵17加壓后，再經(jīng)過濾器1120的三級過濾，再由二次加壓泵22進(jìn)行第二次加壓，準(zhǔn)備進(jìn)入高壓缸內(nèi)。增壓器換向時輸出的水壓波動很大，因此水路還需經(jīng)高壓蓄能器13的平穩(wěn)緩沖，才能供給噴嘴進(jìn)行切割加工用。在超高壓系統(tǒng)的運行狀態(tài)監(jiān)測過程中，除了要定性觀察一些常見的物理現(xiàn)象外，更重要的是要對運行過程中許多有關(guān)的物理參數(shù)進(jìn)行精確地定量測量及分析[15]。測試系統(tǒng)需要采集的數(shù)字信號有：左、右換向閥的換向信號。 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)作為系統(tǒng)軟硬件的載體，計算機(jī)是不可缺少的，而且數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的性能受計算機(jī)處理速度和數(shù)據(jù)傳送能力影響。數(shù)據(jù)采集設(shè)備的作用是將獲取的信號轉(zhuǎn)換成計算機(jī)能夠識別的數(shù)據(jù)，并送入計算機(jī)中。兩套驅(qū)動程序分別提供了不同的應(yīng)用程序編程結(jié)構(gòu)、硬件配置方法。測量結(jié)果的成敗，在很大程度上取決于傳感器的選用是否合理。測量方式為接觸式還是非接觸式。因為只有靈敏度高時，與被測量變化對應(yīng)的輸出信號的電壓電流值才比較大，有利于信號處理。當(dāng)被測量是單向量，而且對其方向性要求較高，則應(yīng)選擇其方向靈敏度小的傳感器。在動態(tài)測量中，應(yīng)根據(jù)信號的特點(穩(wěn)態(tài)、瞬態(tài)、隨機(jī)等)響應(yīng)特性，以免產(chǎn)生過火的誤差。在選擇傳感器時，當(dāng)傳感器的種類確定以后首先要看其量程是否滿足要求。影響傳感器長期穩(wěn)定性的因素除傳感器本身結(jié)構(gòu)外，主要是傳感器的使用環(huán)境。精度是傳感器的一個重要的性能指標(biāo)，它是關(guān)系到整個測量系統(tǒng)測量精度的一個重要環(huán)節(jié)。如果是為了定量分析，必須獲得精確的測量值，就需選用精度等級能滿足要求的傳感器。下面在分析各自傳感器工作原理的基礎(chǔ)和以上對傳感器選型注意事項選擇超高壓系統(tǒng)測試所需的傳感器。它們都具有較好特性