【正文】 因主要有:外部高壓供電線路交變電磁場通過寄生電容禍合進傳感器一端，以及漏電流禍合。被測信號的參考接地點和計算機輸入信號的參考接地點之間往往存在一定的電位差，這個電位差是數(shù)據(jù)采集電路兩個輸入端共有的干擾電壓，稱之為共模干擾。(b)，干擾信號N出現(xiàn)在輸入信號S的兩端。由共模干擾的定義可以得知，許多使信號兩輸入端同時對采集電路地之間產(chǎn)生電位差的因素，都會導致共模干擾。如，電源漏電引起的地電流導致的地電位差，設備絕緣性能差使電源通過漏電阻禍合到數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的信號回路，非一點接地或接地引線較長時地電流引起的電位差等。共模干擾比串模干擾更嚴重。（a） （b） 串模干擾和共模干擾（3） 抗干擾措施① 采用屏蔽技術信號傳輸采用帶屏蔽層的同軸電纜，其他易產(chǎn)生電磁干擾的組件、器件如交流電源線、信號放大器等都加屏蔽罩。采用屏蔽接地來抑制電場干擾、電磁干擾和靜電干擾。② 采用差分測量方法共模電壓的范圍關系到一個數(shù)據(jù)采集卡的性能可以用不同的方式來消除共模電壓的影響。如果系統(tǒng)共模電壓超過允許范圍，需要限制信號地與數(shù)據(jù)采集卡的地之間的浮地電壓，以避免測量數(shù)據(jù)錯誤?？梢圆捎貌罘譁y量的方法來有效的消除共模電壓的影響。一個理想的差分測量系統(tǒng)僅能測出(+)和(一)輸入端口之間的電位差，完全不會測量到共模電壓。然而，實際應用的板卡卻限制了差分測量系統(tǒng)抵抗共模電壓的能力，數(shù)據(jù)采集卡的共模電壓的范圍限制了相對于測量系統(tǒng)地的輸入電壓的波動范圍。在本測試系統(tǒng)中，就是采用差分測量的方式來提高其采集精度。系統(tǒng)運行原理闡述如下:傳感器的信號端輸出信號分別接入CHn+和CHn端，經(jīng)后續(xù)放大器電路放大、調理后，轉化為O一10V電壓信號，此信號經(jīng)多路選通開關選通，送入端子板，進而被信號采集板卡采集，完成測量。 多路模擬量差分測量原理圖表31 多路模擬差分測量系統(tǒng)參數(shù)表通道號測試內容調理、放大后信號電壓測試范圍使用傳感器和變送器CH0+超高壓水輸出壓力0～10V0—800MpaZQGY 型CH0CH1+液壓油壓力0～10V0—60MpaWYB2型CH1CH2+左高壓缸溫度0～10V20～105℃STTTF表面貼CH2CH3+右高壓缸溫度0～10V20～105℃STTTF表面貼CH3CH4+長堵塞溫度0～10V20～105℃CH4CH5+液壓油溫度0～10V20～105℃STTTS螺旋式CH5+CH7+左高壓缸形變0～10VBA1203A 11型CH7CH8+右高壓缸形變0～10VBA1203A 11型CH8CH9+超高壓系統(tǒng)振動0～10VCA一YD一128型CH9第四章 800MPa超高壓系統(tǒng)測試軟件設計與實現(xiàn) 虛擬儀器技術 虛擬儀器的組成結構[12] 虛擬儀器可以由多種接口（如GPIB、VXI、PXI等）或具有這些接口的儀器，來連接構成被測控對象的計算機。 虛擬儀器結構 ◆ 基于數(shù)據(jù)采集卡的虛擬儀器，它是以信號調理電路、數(shù)據(jù)采集卡(Data Acauisition，簡稱DAQ)及PC機為儀器硬件平臺，采用PCI或ISA計算機本身的總線，將DAQ直接插入PC機的相應標準的總線擴展插槽即可，因此這種虛擬儀器又叫PCDAQ/PCI插卡式虛擬儀器。 ◆基于通用接口總線GPIB (General Purpose Interface Bus)接口的虛擬儀器，它是以GPIB接口儀器、GPIB接口卡及PC機為儀器硬件平臺，GP工B儀器具有獨立的儀器操作界面，可以脫離計算機使用，也可以通過標準GPIB電纜連接計算機實施程序控制?！艋诖锌趦x器的虛擬儀器，它是由Serial標準總線儀器及PC機為儀器硬件平臺，它包括符合RS232/RS422標準的PLC和單片機系統(tǒng)?！艋赩XI儀器的虛擬儀器，它是以VXI (VME bus Extension for Instrumentation)標準總線儀器模塊及PC機為儀器硬件平臺，由主機箱、控制器和儀器模塊構成。其中，控制器安裝在零號槽中，稱為零槽控制器。VXI控制器包括嵌入式PC控制、嵌入式工作站控制器和外置工作站控制器，可根據(jù)測試功能的不同要求來選用。 ◆基于PXI儀器的虛擬儀器，它是以PXI (PCI Extension for Instrumentation)標準總線儀器模塊及PC機為硬件平臺，PXI總線方式是在PCI總線內核技術上增加多板同步觸發(fā)總線和參考時鐘規(guī)范和要求形成。標準的PXI模塊化儀器系統(tǒng)有8個插槽，還可以Compact PCI交互操作，可與GPIB或VXI集成，組成大規(guī)模、多用途系統(tǒng)。 虛擬儀器系統(tǒng)包括儀器硬件和應用軟件兩大部分。儀器硬件是計算機的外圍電路，與計算機一起構成了虛擬儀器系統(tǒng)硬件環(huán)境，是應用軟件的基礎：應用軟件則是虛擬儀器的核心，在基本硬件確定以后，軟件通過不同功能模塊之間的組合構成多種測試儀器，賦予系統(tǒng)特有的功能，以實現(xiàn)不同的測試功能。 虛擬儀器硬件連接被測對象和計算機。根據(jù)不同的接口類型，虛擬儀器硬件結構包括數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、GPIB儀器控制系統(tǒng)、VXI儀器系統(tǒng)等不同部分。虛擬儀器軟件體系結構VISA（Virtual Instrumentation Software Architecture）主要包含兩個層次：用戶應用程序和設備驅動程序。 虛擬儀器軟件體系結構設備驅動程序是聯(lián)系用戶應用程序與底層硬件設備的基礎，管理著系統(tǒng)的操作以及和計算機資源的組合，比如CPU中斷、DMA傳送、存儲器等。驅動程序在保持高性能、提供給用戶易于理解的基礎的同時，隱藏了復雜、詳細的硬件級程序設計。越來越復雜的DAQ硬件、計算機、軟件等實際上更提高了驅動程序的重要性和價值。每一種設備驅動程序都是為增加編程靈活性和提高數(shù)據(jù)吞吐量而設計的，每個設備驅動程序都具有一個共同的應用程序編程接口（API）。對DAQ硬件系統(tǒng)進行程序設計最常用最有效的辦法就是利用應用軟件來增加分析和顯示功能。在驅動軟件的基礎上應用軟件也和數(shù)據(jù)采集的儀器組合在一起。數(shù)據(jù)采集技術是電子測量的基礎，當然也是虛擬儀器的基礎。只有當數(shù)據(jù)采集部分工作時，整個虛擬儀器系統(tǒng)才能正常工作。 Labview 開發(fā)壞境 LabVIEW為美國NI公司推出的一種基于G語言(Graphics Language,圖形化編程語言)的虛擬儀器軟件開發(fā)工具。用它設計的虛擬儀器可以脫離其開發(fā)環(huán)境，最終用戶看見的只是和實際的硬件儀器相似的操作面板。利用它，設計者可以像搭積木一樣，輕松組建一個測量系統(tǒng)和構造自己的儀器面板，而無需進行復雜的計算機代碼的編寫[12][22]。隨著虛擬儀器技術的不斷發(fā)展，圖形化編程語言必將成為測試和控制領域內主流軟件。LabVIEW中的VI程序由三部分構成：前面板、程序框圖、VI圖標/連線版。前面板是VI程序的用戶操作界面，是VI程序的交互式輸入和輸出端口，通常使用輸入控件和顯示控件來創(chuàng)建前面板。輸入控件是指旋鈕、按鈕鍵盤等輸入裝置，輸入控件模擬儀器的輸入裝置，為VI的程序框圖提供數(shù)據(jù)；顯示控件是指圖表、指示燈燈顯示裝置，顯示控件模擬儀器的輸出裝置，用以顯示程序框圖獲取或生成的數(shù)據(jù)。前面板通常有工具選版和控件選版，工具選版提供了VI程序設計時可選用的基本工具；控件選版提供了創(chuàng)建虛擬儀器程序面板所需的輸入控件和顯示控件。 前面板窗口 框圖程序是程序的圖形化源代碼，它由端口、節(jié)點、圖框和連線構成。其中端口被用來同程序前面板的控制和顯示傳遞數(shù)據(jù)，節(jié)點被用來實現(xiàn)函數(shù)和功能調用，圖框被用來實現(xiàn)結構化程序控制命令，而連線代表程序執(zhí)行過程中的數(shù)據(jù)流，定義了框圖內的數(shù)據(jù)流動方向。圖標/連接器是子VI被其他VI調用的接口。圖標是子VI在其他程序框圖中被調用的節(jié)點表現(xiàn)形式。而連接器則表示節(jié)點數(shù)據(jù)的輸入/輸出口，就像函數(shù)的參數(shù)。用戶必須指定連接器端口與前面板的控制和顯示一一對應。 超高壓系統(tǒng)測試總體軟件設計超高壓測試系統(tǒng)是利用虛擬技術完成對系統(tǒng)運行過程中的壓力、形變、溫度、振動等各個量的信號測量、數(shù)據(jù)分析及處理。借助于計算機軟件實現(xiàn)對被測信號的采集、顯示、存儲以及分析處理等。 軟件設計框圖 超高壓測試系統(tǒng)要實現(xiàn)的任務可以分為：參數(shù)設置、信號采集、信號分析和處理以及測試結果的表達與輸出。在傳統(tǒng)的測試方式中，儀器由生產(chǎn)廠家定義和制造，只能面對相對固定的對象，靈活性差、開發(fā)效率低。隨著計算機與測試儀器的結合，除了數(shù)據(jù)采集設備和部分必要的信號調理設備外，現(xiàn)代自動測試系統(tǒng)正在逐漸地移植到計算機上，促進了計算機測試系統(tǒng)的發(fā)展。利用計算機為用戶提供測量與控制界面，在計算機的控制下獲得測量結果并實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的分析與處理，最后通過窗口界面輸出測試結果及其參數(shù)曲線。因此，軟件系統(tǒng)是該測試系統(tǒng)的核心，也體現(xiàn)了“軟件就是儀器”的思想——虛擬儀器。4．3 用戶登錄模塊設計 (1)用戶登錄前面板密碼系統(tǒng)主要是防止非授權用戶的非法進行，只有合法的用戶在驗證后才能進行測試和其它一些操作，比如查看數(shù)據(jù)等，增加系統(tǒng)和測試數(shù)據(jù)的安全性。 用戶登錄系統(tǒng)前面板用戶登錄系統(tǒng)里面記錄了當前用戶的用戶名、用戶密碼。使用時系統(tǒng)默認用戶名—“dardiwatercut”，其密碼為“200906”。 如果用戶名和密碼有其中一個輸入錯誤時，會提示“用戶名或密碼錯誤，請重新輸入”，如果用戶輸入三次錯誤的用戶名和密碼時，會提示“輸入錯誤的用戶名或密碼次數(shù)超出限制，請聯(lián)系系統(tǒng)管理員確認您的用戶名和密碼！”，若用戶名和密碼輸入正確，自動隱藏登錄前面板可，進入超高壓系統(tǒng)測試主界面。(2)用戶登錄程序面板建立用戶信息數(shù)據(jù)庫以及LabVIEW與數(shù)據(jù)庫的連接方式的選擇, 使用LabSQL與Access數(shù)據(jù)庫進行連接,實現(xiàn)了根據(jù)用戶信息數(shù)據(jù)庫進行身份驗證的功能,符合數(shù)據(jù)庫信息的用戶方能成功登錄。,其中,設計了一個“Users”表用來存放用戶名(Name)及登錄密碼(Password), 表Users設計一個子程序SQL ,并且返回Users表中的數(shù)據(jù),以數(shù)組的類型存放,。 SQL ADO Connection Connection ,接著利用ADO SQL “SELECT*FROM Users”,其中的Users為庫中的用戶數(shù)據(jù)表名稱,以得到Users表中所有記錄。最后,利用ADO Connection 。由于Users表()中只有Name(用戶名)和Password(登錄密碼)兩個字段,因此,——第1列為Name,第2列為Password,這樣可以利用索引提取數(shù)組中的元素。以上程序可封裝為子程序以供調用,圖標為利用“索引數(shù)組元素”函數(shù)Index ,當此函數(shù)的輸入為二維數(shù)組時,索引值由0開始對應的數(shù)組元素為一個一維數(shù)組,內容是原二維數(shù)組的每一行。如前所述,數(shù)組Users的第1列為Name,第2列為Password,因此,將WHILE循環(huán)的重復端子與Index 。經(jīng)過與用戶輸入的數(shù)據(jù)比對后輸出提示信息。 登錄程序原理框圖其中,name和password是兩個局部變量,分別對應的是前面板(圖4)的兩個文本框,以供用戶輸入數(shù)據(jù)。另外,該循環(huán)的終止條件應該是比對過程中發(fā)現(xiàn)匹配用戶名和密碼,或者,全部用戶比對完畢未發(fā)現(xiàn)匹配者,兩種條件滿足其一,則輸出提示信息。，本來可以利用函數(shù)Array ,本程序中直接給出。 參數(shù)設置模塊設計 在系統(tǒng)進行測試前，首先要對系統(tǒng)進行參數(shù)設置。系統(tǒng)設置模塊的前面板主要包括水切割設備參數(shù)設置、超高壓系統(tǒng)參數(shù)設定和采樣參數(shù)設定三部分。 參數(shù)設置界面系統(tǒng)參數(shù)設置模塊是針對數(shù)據(jù)采集、實時檢測而設計的，之所以要把它單獨提出來介紹，是因為參數(shù)設置是數(shù)據(jù)采集最重要的一部分，一旦參數(shù)設置有錯誤，那么無論后續(xù)的操作多么規(guī)范，系統(tǒng)精度有多高，最終得到的數(shù)據(jù)肯定是錯誤的。目的是為了保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、正確的運行。該模塊用于設置系統(tǒng)運行時的參數(shù)，包括:超高壓系統(tǒng)信息、觸發(fā)模式、采樣方式、采樣頻率、采集點數(shù)、采樣通道數(shù)。 數(shù)據(jù)采集模塊設計數(shù)據(jù)采集是整個測試系統(tǒng)的最基本最核心的內容，只有在獲得相應的數(shù)據(jù)的情況下，才能進行相應的更復雜的實驗內容。超高壓系統(tǒng)要求的數(shù)據(jù)采集量主要是壓力、溫度、形變、振動幾個參數(shù)的采集。在本測試系統(tǒng)中，根據(jù)各種類型的量設計了各個單獨的子程序，即:SubVI，供測試系統(tǒng)在實驗中調用。 數(shù)據(jù)采集基礎將連續(xù)信號變成數(shù)字信號是在計算機上實現(xiàn)信號數(shù)字處理的必要步驟，在實際工作中，信號的采樣是通過A/D芯片來實現(xiàn)的。信號的采樣定理是連接離散信號和連續(xù)信號的橋梁，是進行離散信號處理和離散系統(tǒng)設計的基礎。采樣定理規(guī)定:若連續(xù)信號是有限帶寬的，其頻譜的最高頻率為,對x(t)采樣時，若保證采樣頻率，那么，可由恢復出，即保留了的全部信息。采樣定理指出了對信號采樣所必須遵守的基本原則。在實際對作采樣時，首先要了解的最高截止頻率和分析系統(tǒng)所希望得到的最高頻率，以確定應選取的采樣頻率。若不是有限帶寬的，在采樣前應對作濾波處理，以去掉的高頻成分，用以防止混疊的濾波器又稱為“抗混疊濾波器”。采樣頻率又稱為“Nyquist頻率”，而使頻譜不發(fā)生混疊的最小采樣頻率，即稱為“Nyquist率”。 在計算機中處理的數(shù)字信號是通過對原有電氣信號進行采樣得到的。在實際應用中，如果將采樣信號的頻率選得過高，使單位時間內采樣點數(shù)過多，會造成存儲量增多和計算時間過長；如果采樣頻率選得過低，就會不滿足采樣定理的條件，在FFT運算中就會出現(xiàn)頻譜的混疊現(xiàn)象。例如，對一個信號，假設其由高低兩個頻率為、的正弦波形合成，幅值分別為,選定采樣頻率為，并且有，其中n為正整數(shù)，這時，采樣頻率，在每一個采樣點k ,都