【正文】 （ 9） 獲取實(shí)際時(shí)間，獲取描點(diǎn)的真實(shí)時(shí)間間隔（初期人為設(shè)定），并將上述數(shù)據(jù)與位移相對(duì)值輸入 “創(chuàng)建波形 ”函數(shù)； （ 10） 通過(guò)波形圖表形成關(guān)于時(shí)間的第一路位移整體趨勢(shì)圖，提供給試驗(yàn)者觀察實(shí)際位移相對(duì)值。因此，只要與參照值進(jìn)行對(duì) 比，若差值超過(guò)一定的范圍，則定義為誤差，去除即可，差值算法對(duì)于去除干擾的效果 將在第五章說(shuō)明。 圖 42 采集時(shí)各通道電壓信號(hào)值顯示（以三通道為例） 圖 43 系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集模塊程序框圖 “PLV AI Sample Channels. vi”為多通道采集模塊最新選擇的接口程序，相比于之前單通道中的程序更為穩(wěn)定，可以滿足多通道的采集要求； “循環(huán)結(jié)構(gòu) ”為一個(gè)結(jié)構(gòu)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)接口程序循環(huán)采集并將采集的數(shù)值組成數(shù)組向后傳輸，循環(huán)常數(shù)為 100，即每次采集 100 個(gè)數(shù)； “采集方式 ”連接接口程序，并對(duì)應(yīng)前面板的選擇框，默認(rèn)選用差分 different 方式； “通道 ”連接接口程序，并對(duì)應(yīng)前面板的輸入框，若為五路即選擇 0,1,2,3,4,5 即可； “上限 ”、 “下限 ”連接接口程序，并對(duì)應(yīng)前面板的輸入框，確定采集信號(hào)的上下限； “驅(qū)動(dòng) ”連接接口程序，并對(duì)應(yīng)前面板的輸入框，默認(rèn)為 1； 多頭微試樣蠕變?cè)囼?yàn)裝置位移采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 29 “二維數(shù)組轉(zhuǎn)置 ”為一數(shù)組函數(shù)，主要用于將二維數(shù)據(jù)的數(shù)組元素重新排列，行變?yōu)榱校凶優(yōu)樾校? “五路數(shù)據(jù)綜合顯示 ” 對(duì)應(yīng)前面板的綜合波形圖表，其功能為在采集過(guò)程中實(shí)時(shí)觀察采集到的多通道數(shù)據(jù)信號(hào)； “采集電壓 V”對(duì)應(yīng)前面板的數(shù)組顯示框，將采集到的數(shù)據(jù)信號(hào)的數(shù)值顯示在前面板； 數(shù)據(jù)采集模塊的工作流程 上述的采集模塊所實(shí)現(xiàn)的功能為在程序開(kāi)始進(jìn)行時(shí)，將數(shù)據(jù)采集卡所采集到的數(shù)據(jù)輸入進(jìn) PC 中的 LabVIEW 程序，每次一個(gè)通道采集 100 個(gè)數(shù)據(jù)，以進(jìn)行后續(xù)的操作。所以需對(duì)多通道采集系統(tǒng)進(jìn)行重新的優(yōu)化設(shè)計(jì)。LabVIEW 軟件啟動(dòng) 系統(tǒng)啟動(dòng)開(kāi)關(guān) T 輸入各系統(tǒng)參數(shù) 數(shù)據(jù)采集 選擇信號(hào)； 索引對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)列 低通濾波 數(shù)值計(jì)算 獲取絕對(duì)位移值 獲取相對(duì)位移值 存儲(chǔ) 開(kāi)關(guān) T 獲取絕對(duì)時(shí)間 計(jì)算獲取相對(duì)時(shí)間 寫(xiě)入 txt 文件 F 電壓信號(hào)趨勢(shì)顯示 顯示已經(jīng)過(guò)處理的信號(hào) 顯示時(shí)間 位移圖 時(shí)間延時(shí) F 短延時(shí) 多頭微試樣蠕變?cè)囼?yàn)裝置位移采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 25 圖 315 600 小時(shí)的蠕變位移試驗(yàn)單通道采集數(shù)據(jù)文件（部分） 下圖 316 為該試驗(yàn)數(shù)據(jù)的時(shí)間 位移圖形。數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊的功能便是將采集并通過(guò)數(shù)據(jù)處理所得出的位移相對(duì)值，按照具體的絕對(duì)時(shí)間與相對(duì)時(shí)間，存儲(chǔ)至文件中。 “第一路初值 ”為通過(guò)上述的計(jì)算所得出實(shí)際絕對(duì)位移值； “第一路位移值零點(diǎn) ”也人為設(shè)定的初始位移值，用于獲得相對(duì)位移值。該程序配合數(shù)據(jù)采集卡可正確地在單通道數(shù)據(jù)輸入的情況下工多頭微試樣蠕變?cè)囼?yàn)裝置位移采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 17 作。若針對(duì)目前的設(shè)計(jì)的如 5 路通道采集，選擇 10 個(gè)端口即可。單端輸入時(shí)，是判斷信號(hào)與 GND 的電壓差。 圖 25 線性差動(dòng)位移傳感器 數(shù)據(jù)采集卡 14 多頭微試樣蠕變?cè)囼?yàn)裝置位移采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 采集卡選用與介紹 數(shù)據(jù)采集卡選取凌華 PCI9221I 多功能數(shù)據(jù)采集卡，該計(jì)算機(jī) I/O 卡支持可程序化多功能數(shù)字 I/O 功能，可用在定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、馬達(dá)譯碼器（ Encoder）及脈寬調(diào)變（ PWM）輸出等彈性化的設(shè)計(jì)，因此 PCI9221 是凌華科技首張兼具數(shù)據(jù)采集與基本運(yùn)動(dòng)控制功能的工業(yè)用適配卡，能有效提供自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備廠商或?qū)嶒?yàn)室最佳化的整合接口。 位移傳感器 根據(jù) 分節(jié)所介紹的位移傳感器概況，由于微試樣蠕變?cè)囼?yàn)測(cè)量的數(shù)據(jù)為連續(xù)變化的試樣加載點(diǎn)變形，因此要求位移傳感器的測(cè)量必須能夠長(zhǎng)時(shí)間精確可靠的工作。二是熱風(fēng)烘箱，廣泛用于醫(yī)藥、化工、食品、農(nóng)副產(chǎn)品、水產(chǎn)品、輕工等行業(yè)物料的加熱固化、干燥脫水。通過(guò)多頭試樣安裝盤(pán)、組合夾具、加載系統(tǒng)等機(jī)械部件實(shí)現(xiàn)了多試樣同時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)。之后介紹了該論文相關(guān)的技術(shù)背景， 包括微試樣蠕變?cè)囼?yàn)技術(shù)、多頭微試樣蠕變?cè)囼?yàn)裝置位移采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 采集卡、傳感器、工控機(jī)等硬件選擇 根據(jù)硬件選擇程序 LabVIEW 軟件編程學(xué)習(xí) 單通道數(shù)據(jù)采集程序編程 各模塊組合形成單通道數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)并進(jìn)行模擬輸入測(cè)試 多通道 位移 數(shù)據(jù)采集 系統(tǒng)編寫(xiě) 多通道 系統(tǒng)測(cè)試與優(yōu)化 蠕變參數(shù)反演程序編程 蠕變參數(shù)反演程序的嵌入 反演程序測(cè)試與完善 8 多頭微試樣蠕變?cè)囼?yàn)裝置位移采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 多通道數(shù)據(jù)采集技術(shù)、虛擬儀器以及 LabVIEW 軟件技術(shù)等。實(shí)驗(yàn)中， 實(shí)時(shí)測(cè)量數(shù)據(jù)為微試樣加載點(diǎn)的位移變化，故 需 采用位移傳感器。在流程圖中對(duì) VI 編程，以控制和操縱定義在前面板上的輸入和輸出功能。 與 C 或 BASIC 語(yǔ)言不同， LabVIEW 是圖形化程序語(yǔ)言，又稱為 G”語(yǔ)言。 虛擬儀器（ Virtual Instrument）是一種基于計(jì)算機(jī)的儀器，它以通用的計(jì)算機(jī)硬件及操作系統(tǒng)為依托，實(shí)現(xiàn)各種儀器功能，實(shí)際上是一個(gè)按照儀器需求組織的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其面板用虛擬的方式在計(jì)算機(jī)屏幕上出現(xiàn)。一個(gè) DAQ 系統(tǒng)通常具有（除了插入式 DAQ 之外）一套用于獲取、處理原始數(shù)據(jù)，分析傳感器和轉(zhuǎn)換器，信號(hào)調(diào)節(jié)及顯示、儲(chǔ)存數(shù)據(jù)的軟件。 (a)三點(diǎn)彎曲簡(jiǎn)支梁試驗(yàn)方法 (b)懸臂梁試驗(yàn)方法 多頭微試樣蠕變?cè)囼?yàn)裝置位移采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 3 (c)小沖桿試驗(yàn)方法 圖 13 微試樣的多種蠕變?cè)囼?yàn)方法 微試樣蠕變?cè)囼?yàn)法采用微型試樣，如小沖桿 [911]、壓痕試樣 [1213]、三點(diǎn)彎 [1417]和懸臂梁試樣 [1820]，試驗(yàn)時(shí)微試樣在恒溫和恒載荷的條件下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間蠕變?cè)囼?yàn)。 蠕變?cè)囼?yàn)法是測(cè)定金屬材料在長(zhǎng)時(shí)間的恒溫和恒載荷作用下，發(fā)生緩慢的塑性變形現(xiàn)象的一種材料機(jī)械性能試驗(yàn)。 研究目的 本次課題基于 LabVIEW 虛擬儀器軟件，設(shè)計(jì)一個(gè)用于多頭蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)的多通道位移數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，在試驗(yàn)過(guò)程中，通過(guò)位移傳感器對(duì)多組位移數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集及儲(chǔ)存，并附加一個(gè)蠕變參數(shù)的反演程序，將測(cè)量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為所需的材料性能參數(shù)。 目前預(yù)測(cè)在役高溫設(shè)備安全性和剩余壽命的常用方法是蠕變?cè)囼?yàn)法。 I 題 目 多頭微試樣蠕變實(shí)驗(yàn)裝置 位移采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 學(xué) 院 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院 系 別 機(jī)械工程系 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化 摘要 火電、核電、石油化工行業(yè)中有大量的壓力容器、管道和構(gòu)件 ,準(zhǔn)確評(píng)價(jià)在役設(shè)備材料的脆化和結(jié)構(gòu)完整性 ,對(duì)于保證裝置的安全運(yùn)行具有重要意義。因此對(duì)于高溫服役構(gòu)件的安全性檢測(cè)獲得了廣泛的應(yīng)用 [14]。保證整個(gè)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)能實(shí)時(shí)、高穩(wěn)定性地進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理與存儲(chǔ)，并能通過(guò)反演程序得到所需的材料蠕變參數(shù)。目前預(yù)測(cè)其安全性的常用方法主要為 蠕變?cè)囼?yàn)法。一方面要盡可能采用無(wú)損或半無(wú)損檢驗(yàn)的方法；另一方面又必須最大限度地得到材料的性能，微試樣技 術(shù)是解決這種兩難問(wèn)題的有效方法 [58]。如圖 14 所示的基于 PC 的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)各組成部分可分為： ? PC ? 傳感器 ? 信號(hào)調(diào)理 ? 數(shù)據(jù)采集硬件 ? 軟件（虛擬儀器） 圖 14 典型的基于 PC 的 DAQ 系統(tǒng) 4 多頭微試樣蠕變?cè)囼?yàn)裝置位移采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 從基本的角度出發(fā)， DAQ 系統(tǒng)的任務(wù)就是測(cè)量或生成物理信號(hào)。與傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器的設(shè)計(jì)方法相比，它具有成本低、功能強(qiáng)大、集成度高、質(zhì)量可靠、維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)。利用它可以方便地建立自己的虛擬儀器，其圖形化的界面使得編程及使用過(guò)程都生動(dòng)有趣 [2227]。 流程圖提供 VI 的圖形化源程序。測(cè)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。 本章小結(jié) 作為整篇論文的開(kāi)頭，該章介紹了整個(gè)課題的研究背景，并闡述了課題目標(biāo)：基于LabVIEW 虛擬儀器軟件，設(shè)計(jì)一個(gè)用于多頭蠕變?cè)囼?yàn)機(jī)的多通道位移 數(shù)據(jù)采 集系統(tǒng)與蠕變參數(shù)的反演程序。 綜上所述，多試樣技術(shù)（即一次實(shí)驗(yàn)，多個(gè)試樣同時(shí)進(jìn)行）便是一種非常良好的解決方案。 在現(xiàn)階段，各領(lǐng)域中與熱風(fēng)循環(huán)式恒溫爐相類似的加熱爐有兩種，一是應(yīng)用于工業(yè)上進(jìn)行金屬熱處理的空氣循環(huán)電爐，該爐按照工藝用途分為：加熱爐、淬火、退火爐、時(shí)效爐等。 （ 3） 恒溫爐最終參數(shù) 與圖像 熱風(fēng)循環(huán)式恒溫爐的最終各項(xiàng)數(shù)據(jù)如下表 多頭微試樣蠕變?cè)囼?yàn)裝置位移采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 11 表 熱風(fēng)循環(huán)式恒溫爐各項(xiàng)參數(shù) 名稱 熱風(fēng)循環(huán)式恒溫爐 溫度范圍 室溫 20℃ 至 600℃ （設(shè)計(jì)溫度 800℃ ） 爐膛尺寸 3 0 0 3 0 0 4 0 0??（ 長(zhǎng) ） （ 寬 ） （ 高 ） 恒溫額定功率（ 800℃ ） 736W 最大額定功率 (快速升熱 ) 4735W 整爐尺寸 1 1 8 3 6 5 8 7 0 8??（ 長(zhǎng) ） （ 寬 ） （ 高 ） 整爐重量 約 360kg 保溫材料 石棉板，規(guī)格 8~10mm 厚 密封材料 石棉繩 耐熱結(jié)構(gòu)材料 2Cr25N 外殼材料 Q235 支座材料 HT100 爐體外觀 粉體烤漆 電源 AC 380V， 加熱方式 電加熱 加熱元件 粗端式硅碳棒（ 8 根），尺寸 300mm（長(zhǎng)） 電機(jī)參數(shù) “與鑫 ”牌， YS71 長(zhǎng)軸心耐溫電機(jī)，功率 1/2HP 散熱風(fēng)扇 “ENERMAX”牌， UCTB12P 型 風(fēng)扇 熱電偶 K 型裝配式熱電偶 溫度控制儀表 “宇電 ”牌， AI808P 型溫控器，尺寸 96*96 定時(shí)器 國(guó)內(nèi)優(yōu)質(zhì) 交流接觸器 韓國(guó) LG 固態(tài)繼電器 歐姆龍 其它電控配件 國(guó)內(nèi)優(yōu)質(zhì) 安全設(shè)置 超溫保護(hù)，時(shí)到保護(hù) 其恒溫爐的裝配圖與 Solidworks 三維透視圖如圖 23 與 24 所示： 12 多頭微試樣蠕變?cè)囼?yàn)裝置位移采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 圖 23 熱風(fēng)循環(huán)式恒溫爐裝配圖 圖 24 恒溫爐三維圖（透視圖） 多頭微試樣蠕變?cè)囼?yàn)裝置位移采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 13 PC 機(jī) 整個(gè)多頭蠕變?cè)囼?yàn)裝置的位移采集程序?qū)?huì)基于 WindowsXP 系統(tǒng)運(yùn)行，選用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的個(gè)人計(jì)算機(jī)即可，此處不做過(guò)多贅述。測(cè)量過(guò)程中固定磁性表座和傳感器，保持測(cè)桿的靈活性，使測(cè)頭垂直接觸測(cè)量桿，即可測(cè)量試樣加載點(diǎn)的變形。 差分輸入，每一個(gè)輸入信號(hào)都有自有的基準(zhǔn)地線；由于共模噪聲可以被導(dǎo)線所消除，從而減小了噪聲誤差。 因此，根據(jù)上述結(jié)論，為了更好地抑制共模噪聲，我們對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)的輸入采取差分輸入方式。 數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)現(xiàn) 圖 32 系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)采集模塊程序框圖 如圖 32 所表示為單通道的數(shù)據(jù)采集模塊，其中的 “”為其系統(tǒng)中所使用的軟硬件接口程序。其中， “Lowpass”為低通濾波選項(xiàng)， “X 截止頻率 ”與 “X 階數(shù) ”包括 “100”常值都為濾波器所需要設(shè)定的參數(shù)，通過(guò)前面板對(duì)應(yīng)的輸入框來(lái)進(jìn)行人為設(shè)定； “第一路位移表述圖 ”對(duì)應(yīng)前面板的波形圖表，其功能為在采集過(guò)程中實(shí)時(shí)觀察已經(jīng)過(guò) 處理的數(shù)據(jù)信號(hào)； “乘號(hào) ”、 “加號(hào) ”、 “減號(hào) ”與其所對(duì)應(yīng)的常值與 “位移零點(diǎn) ”，都為數(shù)值函數(shù)，目的為了 將通過(guò)濾波的信號(hào)數(shù)據(jù)通過(guò)公式計(jì)算，從而得到實(shí)際的所需相對(duì)位移值，該值也為最后我們所需的數(shù)據(jù)。 單通道數(shù)據(jù)儲(chǔ)存模塊設(shè)計(jì) 至此，數(shù)據(jù)采集、處理、顯示基本實(shí)現(xiàn)完畢，但還需將所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存，用于后續(xù)對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究與計(jì)算。其中， txt 文件中的第一列數(shù)據(jù)為日期，第二列為絕對(duì)時(shí)間，第三列為相對(duì)時(shí)間，第四列為所采集的單通道數(shù)據(jù)。 圖 41 1000 小時(shí)以上的三通道蠕變?cè)囼?yàn)的時(shí)間 位移圖（有波動(dòng)） 根據(jù)個(gè)人分析和資料檢索，最終確定問(wèn)題的根源主要可能是由于數(shù)據(jù)采集卡的存在不穩(wěn)定問(wèn)題或是軟硬件接口的兼容性問(wèn)題。如圖 42 為三通道采集系統(tǒng)時(shí)每次采集的部分電壓信號(hào)值顯示，可見(jiàn)每個(gè)通道（見(jiàn)每一列）中，所采集的電壓值基本不變，但有微小誤差。理論上進(jìn)行分析的話，每次采集所得數(shù)據(jù)的時(shí)間相差基本在秒級(jí)，在蠕變?cè)囼?yàn)過(guò)程中其單位時(shí)間（小時(shí)）的位移值改變量十分微小。 “動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換 2”通過(guò)該函數(shù)，將動(dòng)態(tài)函數(shù)類型轉(zhuǎn)換為數(shù)組類型； “獲取日期 /時(shí)間 ”獲取當(dāng)時(shí)的實(shí)際時(shí)間（日期與時(shí)間），作為波形創(chuàng)建的初始時(shí)間； “描點(diǎn)的真實(shí)時(shí)間間隔 ”人為設(shè)定的點(diǎn)與點(diǎn)之間的時(shí)間間隔，默認(rèn)為 500ms； “等待 ”迫使 CPU 放棄對(duì)當(dāng)前線程的控制，等待時(shí)間 為對(duì)應(yīng)的輸入時(shí)間； “除號(hào) ”與常數(shù) 1000 為將時(shí)間間隔轉(zhuǎn)換為秒單位制，之后輸入時(shí)間間隔 dt； “創(chuàng)建波形 ”以輸入的數(shù)據(jù)流作為 Y 值，以時(shí)間 t 為 X 值，獲取 t0 初值與 dt，從而創(chuàng)建波形； “第一路 ”將所創(chuàng)建的波形輸入進(jìn)波形圖標(biāo)，實(shí)時(shí)顯示位移趨勢(shì)，用于人為監(jiān)測(cè)