【正文】 ,AI Clear 四個(gè)函數(shù)構(gòu)成，其采集程序流程圖如圖2所示，其中子VI“系統(tǒng)標(biāo)定”用于控制并聯(lián)標(biāo)定電路，“STRAIN CONV”用于實(shí)現(xiàn)電壓信號(hào)到應(yīng)變信號(hào)的轉(zhuǎn)變。2 電橋調(diào)平衡　實(shí)現(xiàn)電橋的平衡有三種方法:①軟件補(bǔ)償:即在軟件中對(duì)偏移值加減清零。其特點(diǎn)是簡(jiǎn)單快捷,但是沒有實(shí)際清除橋路偏移,如果偏移過大,就會(huì)限制應(yīng)用到輸出電壓的放大器的增益從而限制系統(tǒng)測(cè)試的動(dòng)態(tài)范圍。②置零偏移電路:通過改變電路中可調(diào)的電阻或電勢(shì)計(jì)值,使電橋輸出調(diào)整到零。③硬件零補(bǔ)償:不直接影響橋路,零調(diào)整電路加到儀器放大器直流電壓上正的或負(fù)的電壓來補(bǔ)償初始電橋偏移。相對(duì)于MAX,本測(cè)試系統(tǒng)采用第二種電橋平衡方式,用戶可以在LabVIEW前面板上通過粗調(diào)和精調(diào)電勢(shì)計(jì)的配合實(shí)現(xiàn)電橋平衡,可避免軟件補(bǔ)償?shù)娜秉c(diǎn)。 　　 　　利用LabVIEW調(diào)平衡首先要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集程序主要由AI Configure、AI Start 、AI Read 和AI Clear 四個(gè)函數(shù)構(gòu)成。在程序前面板對(duì)數(shù)據(jù)采樣參數(shù)(通道控制參數(shù),采樣率,采樣長(zhǎng)度和觸發(fā)條件)及激勵(lì)電壓值,濾波器截止頻率等進(jìn)行正確的設(shè)置可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集,其程序如圖2 所示。在電橋沒有受到激振時(shí),從前面板波形圖或數(shù)值控件可以看到電橋輸出電壓信號(hào)不為零。 　　 然后進(jìn)行調(diào)零。LabVIEW中的AI Parameter 可以用來設(shè)置粗調(diào)和精調(diào)在前面板手動(dòng)調(diào)零,但由于粗調(diào)數(shù)字的范圍為0~128,精調(diào)的數(shù)字范圍為0~4095,且只能找到比較接近零點(diǎn)的值,無法確定最接近零點(diǎn)的值是多少。因此調(diào)節(jié)起來不僅麻煩且受到測(cè)試者主觀判斷的影響。本文設(shè)計(jì)了自動(dòng)調(diào)零的程序,具體程序流程如圖3所示。它采用循環(huán)的結(jié)構(gòu),粗調(diào)由零開始,循環(huán)128次,每次步長(zhǎng)加1,AI READ每次都采集到一個(gè)電壓值,最后組成數(shù)組,從中選出的得到最小值的數(shù)字即為粗調(diào)值。然后采用同樣的原理順序執(zhí)行精調(diào),粗調(diào)與精調(diào)配合使電橋最接近平衡。 并聯(lián)標(biāo)定在SCXI1520信號(hào)調(diào)理模塊中存在并聯(lián)標(biāo)定電路,可從接線板SCXI1314中接入并聯(lián)標(biāo)定電阻進(jìn)行標(biāo)定[3]。并聯(lián)標(biāo)定原理為將某一橋臂并聯(lián)一較大值的電阻來模擬此橋臂的應(yīng)變。如在本實(shí)驗(yàn)中,橋臂電阻Rg=120 ,并聯(lián)標(biāo)定電阻Rs為100K。 。以全橋連接電路I的測(cè)試為例,當(dāng)初始輸入信號(hào)為零時(shí),在R3橋臂接入并聯(lián)標(biāo)定電路電阻后,其實(shí)際測(cè)試應(yīng)變?chǔ)?Vsignal/ VEX*GF, 理論應(yīng)變?chǔ)舠=Rg/GF(4Rs2Rg)。其標(biāo)定電路如圖4所示。 　　LabVIEW給定的AI Parameter可以設(shè)置并聯(lián)標(biāo)定,當(dāng)系統(tǒng)平衡后,就可以合并并聯(lián)標(biāo)定開關(guān)在AI READ輸出標(biāo)定后的測(cè)量值,但是不能即時(shí)得到系統(tǒng)的誤差。通過LabVIEW編程計(jì)算出各種電橋連接方式下的的理論的應(yīng)變值將其與實(shí)測(cè)應(yīng)變進(jìn)行了比即得到了系統(tǒng)的增益調(diào)整系數(shù)。為了提高其值的精確度應(yīng)將其進(jìn)行多次循環(huán)后取其平均值作為增益調(diào)整系數(shù),增益調(diào)整系數(shù)K減1即為測(cè)量誤差。與傳統(tǒng)的方法相比,使用LabVIEW進(jìn)行標(biāo)定更加快捷,精度更高,在測(cè)量過程中,可以直接將測(cè)量值乘以增益調(diào)整系數(shù)得到真值進(jìn)行存儲(chǔ)和后續(xù)的分析。用LabVIEW實(shí)現(xiàn)標(biāo)定具體的程序流程如圖5所示,其中圖標(biāo)“CAL系數(shù)”為計(jì)算七種橋路連接下理論輸出應(yīng)變?chǔ)舠與實(shí)測(cè)應(yīng)變比值的子程序。,即其測(cè)量誤差為1%。 濾波3 信號(hào)濾波電路B
{3]f h8X uI Q q0　　從應(yīng)變片組成的電橋電路中出來的電壓信號(hào)通常會(huì)伴隨著噪聲、振動(dòng)等于擾，為了得到較為準(zhǔn)確的低頻應(yīng)變信號(hào)，在將采集到的應(yīng)變信號(hào)送到計(jì)算機(jī)之前，需要進(jìn)行濾波處理。雙二階環(huán)濾波電路利用兩個(gè)以上的加法器、積分器等組成的運(yùn)算放大電路，根據(jù)要求的傳遞函數(shù)，引入適當(dāng)?shù)姆答?，?gòu)成濾波電路。其突出特點(diǎn)是電路靈敏度低，特性非常穩(wěn)定，并可實(shí)現(xiàn)多種濾波功能，這里使用低通濾波。具體電路如圖3所示。集微網(wǎng)欲知半導(dǎo)體動(dòng)態(tài)，速上老杳吧*F U7h~ wo})z!Uhx1xS+S,{0!_
h3nIn/~ GU0 集微網(wǎng)欲知半導(dǎo)體動(dòng)態(tài)，速上老杳吧2wuP s。J Qi7mq 　　構(gòu)成低頻濾波器時(shí)，電路固有頻率和通帶增益如下：r。b0t]*b4F0Pr0 !H pTWv0信號(hào)的時(shí)域分析主要包括了波形特征分析、信號(hào)的加窗分析和信號(hào)的相關(guān)型分析。在LabWindows/CVI 中集成了豐富的時(shí)域分析函數(shù)與數(shù)學(xué)計(jì)算函數(shù)，用戶可以方便地使用。 進(jìn)行信號(hào)波形特征值求解時(shí)使用 Mean()，RMS()，MaxMin1D()等函數(shù)進(jìn)行計(jì)算，求解出信號(hào)的平均值、均方根值、最大值和最小值。 進(jìn)行加窗分析時(shí)，使用 TriWin()，HanWin()，HamWin()等九種加窗函數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行加窗分析。經(jīng)過窗函數(shù)處理的數(shù)據(jù)通過繪圖函數(shù) PlotY 就能夠以圖形的方式直觀地顯示在軟面板上了。 相關(guān)分析在 LabWindows/CVI 中同樣可以方便地進(jìn)行。信號(hào)的相關(guān)分析主要包括了一個(gè)信號(hào)的自相關(guān)分析和兩個(gè)信號(hào)的互相關(guān)分析。對(duì)于各態(tài)歷經(jīng)的信號(hào)，自相關(guān)函數(shù)定義為： 在這個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)中，應(yīng)用 Correlate()函數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行相關(guān)性的分析，使編程人員擺脫繁雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算算法編制。 （2）頻域分析 信號(hào)的頻域分析主要包含了信號(hào)的虛實(shí)譜，功率譜、幅相譜、傳遞函數(shù)等分析。要進(jìn)行信號(hào)的頻域分析必須要將虛擬信號(hào)分析儀所采集到的信號(hào)由時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域。在數(shù)學(xué)理論中，傅立葉變換對(duì)為我們提供了一個(gè)時(shí)域與頻域之間的橋梁。傅立葉變換對(duì)的數(shù)學(xué)表述如下： LabWindows/CVI 在進(jìn)行頻域分析的時(shí)候，同樣需要運(yùn)用傅立葉變換這個(gè)數(shù)學(xué)工具對(duì)采集的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行處理之后才能夠進(jìn)行頻域的各種分析。 本虛擬信號(hào)分析儀在進(jìn)行信號(hào)的虛實(shí)譜分析時(shí)，使用 ReFFT()對(duì)所采集的時(shí)域信號(hào)進(jìn)行快速傅立葉變換。這一函數(shù)可將變換后得到的信號(hào)的實(shí)部和虛部分別存入編程人員設(shè)定的不同數(shù)組之中。對(duì)變換后信號(hào)的實(shí)部和虛部數(shù)據(jù)進(jìn)行必要處理，并加以圖形化的顯示就可以得到信號(hào)的實(shí)頻譜和虛頻譜。 在進(jìn)行信 號(hào)的功率 譜、幅相 譜、傳遞 函數(shù)等分 析的時(shí)候 可以分別 使用AutoPowerSpectrum()，AmpPhaseSpectrum()，TransferFunction()函數(shù)。這些函數(shù)集成了傅立葉變換的部分，編程人員不用單獨(dú)使用傅立葉變換函數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理之后再進(jìn)行相應(yīng)的信號(hào)分析。 應(yīng)力及載荷顯示 數(shù)據(jù)回放 靜態(tài)標(biāo)定 生成測(cè)試報(bào)告　5 測(cè)量系統(tǒng)硬件組成和軟件設(shè)計(jì)集微網(wǎng)欲知半導(dǎo)體動(dòng)態(tài)，速上老杳吧y Ia4\5@C T`uS}!n0cI
u)Eu0　　系統(tǒng)硬件部分主要包括雙孔梁、BP6120型半導(dǎo)體應(yīng)變片、全橋電路、通用PC機(jī)、數(shù)據(jù)采集卡、信號(hào)調(diào)理電路。利用NI公司的LabVIEW 。.R9Fb:nt3~S0 7bY39。_amp。o:?+_]0　　本系統(tǒng)選用較簡(jiǎn)單的測(cè)量程序流程，如圖5所示。集微網(wǎng)欲知半導(dǎo)體動(dòng)態(tài)，速上老杳吧,d4VKv
u\39。`]:u集微網(wǎng)欲知半導(dǎo)體動(dòng)態(tài)，速上老杳吧[fD8U`P 7dg u F[6V0 CDn|$|sj0　　啟動(dòng)應(yīng)用程序，輸入相關(guān)測(cè)試參數(shù)和采樣數(shù)據(jù)存放路徑，點(diǎn)擊“采集數(shù)據(jù)”開始，進(jìn)行應(yīng)變量的采集，點(diǎn)擊處理數(shù)據(jù)，程序?qū)λ蓸訑?shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算處理，得出在力F作用下的應(yīng)變值。集微網(wǎng)欲知半導(dǎo)體動(dòng)態(tài)，速上老杳吧:z!Dss h2\ 　　基于LabVIEW圖形化的編程方式直接簡(jiǎn)便，使得程序更加簡(jiǎn)潔，降低程序的開發(fā)難度，減少程序的開發(fā)時(shí)間。本軟件設(shè)計(jì)主要完成應(yīng)變信號(hào)數(shù)據(jù)的采集、管理、處理分析與結(jié)果輸出等。程序設(shè)計(jì)框圖如圖7所示。集微網(wǎng)欲知半導(dǎo)體動(dòng)態(tài)，速上老杳吧LS6C0tC2y:g3E集微網(wǎng)欲知半導(dǎo)體動(dòng)態(tài)，速上老杳吧 H1y ejvamp。{I D9D KzZ Ep4j \0 集微網(wǎng)欲知半導(dǎo)體動(dòng)態(tài)，速上老杳吧(39。G9H
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