【導讀】役設備材料的脆化和結構完整性,對于保證裝置的安全運行具有重要意義。針對蠕變試驗耗時長，試驗影響因素多，實驗室開發(fā)了多頭微試樣蠕變試驗。機，可實現(xiàn)多個試樣、一種或多種蠕變試驗方法同時進行試驗。反演獲取材料的蠕變性能參數。單通道數據處理模塊設計....

　　

【正文】 不能按要求正常采集。本次研究內容的重點便是要在不更換數據采集卡的前提下，優(yōu)化軟硬件接口程序，設計采集程序，實現(xiàn)穩(wěn)定的多通道數據采集。 數據采集模塊的實現(xiàn) 下圖 43 為針對多通道所設計的數據采集模塊，先前相比，采取差分方式，每次循環(huán)采集 100 個電壓信號的方式，來保證后期數據處理時可以基于較多數據樣本，從而能夠較好地實現(xiàn)均化誤差與去除干擾的功能。 說明下每次需采集 100 個信號的原因：所采集的信號為位移傳感器所得到的電壓 信號，這 100 信號采集的間隔非常短，近乎于 104 秒，因此理論上信號可以看作同時取得，28 多頭微試樣蠕變試驗裝置位移采集系統(tǒng)的設計 應為相同值。但由于存在測量系統(tǒng)誤差，電壓會出現(xiàn)微小波動，并且在采集時通過數據采集卡與軟硬件接口程序時也會帶入干擾，故每次采集 100 個數據，為后續(xù)的均化和干擾去除帶去足夠的數據量。如圖 42 為三通道采集系統(tǒng)時每次采集的部分電壓信號值顯示，可見每個通道（見每一列）中，所采集的電壓值基本不變，但有微小誤差。 圖 42 采集時各通道電壓信號值顯示（以三通道為例） 圖 43 系統(tǒng)中的數據采集模塊程序框圖 “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)結構 ”為一個結構函數，實現(xiàn)接口程序循環(huán)采集并將采集的數值組成數組向后傳輸，循環(huán)常數為 100，即每次采集 100 個數； “采集方式 ”連接接口程序，并對應前面板的選擇框，默認選用差分 different 方式； “通道 ”連接接口程序，并對應前面板的輸入框，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，并對應前面板的輸入框，確定采集信號的上下限； “驅動 ”連接接口程序，并對應前面板的輸入框，默認為 1； 多頭微試樣蠕變試驗裝置位移采集系統(tǒng)的設計 29 “二維數組轉置 ”為一數組函數，主要用于將二維數據的數組元素重新排列，行變?yōu)榱?，列變?yōu)樾校? “五路數據綜合顯示 ” 對應前面板的綜合波形圖表，其功能為在采集過程中實時觀察采集到的多通道數據信號； “采集電壓 V”對應前面板的數組顯示框，將采集到的數據信號的數值顯示在前面板； 數據采集模塊的工作流程 上述的采集模塊所實現(xiàn)的功能為在程序開始進行時，將數據采集卡所采集到的數據輸入進 PC 中的 LabVIEW 程序，每次一個通道采集 100 個數據，以進行后續(xù)的操作。具體的工作流程如下： （ 1） 先設定接口程序的各個工作數據，即采集方式、通道、上下限與驅動； （ 2） 系統(tǒng)系統(tǒng)啟動開關按下后，開始采集； （ 3） 多通道的每個端口瞬時采集 100 個信號，單個信號采集的間隔取決于處理器執(zhí)行時所需要的工作時間； （ 4） 將所采集到的多通道數據信號顯示于前面板波形圖表與數組顯示框中； （ 5） 將多路數據送至后續(xù)模塊； （ 6） 待人為設定的時間間隔后，繼續(xù)每個通道采集 100 個電壓信號。 多通道數據處理顯示模塊設計 在先前的數據采集模塊中，每次采集 100 個信號數據，進入數據處理顯示模塊。該模塊一共有數據處理與數據顯示兩個功能 ，前者主要為均化誤差，去除干擾，得出一個合理的電壓信號，并通過計算公式獲得出所需要并可以進行儲存的實際相對位移量。后者用于將位移相對值進行顯示，以便于實時監(jiān)測。下面以第一通道的設計為例進行介紹。 數據處理顯示模塊的實現(xiàn) 設計的數據處理顯示模塊其程序框圖如下圖，在數據處理這塊引入差值算法，即以同樣通道中，上一次經過數據采集與處理模塊的數據作為參照進行差值計算。理論上進行分析的話，每次采集所得數據的時間相差基本在秒級，在蠕變試驗過程中其單位時間（小時）的位移值改變量十分微小。因此，只要與參照值進行對 比，若差值超過一定的范圍，則定義為誤差，去除即可，差值算法對于去除干擾的效果 將在第五章說明。 而在數據顯示這塊，主要為了保證讓試驗人員可以在試驗過程中看到其位移相對值的變化趨勢，因此需要將數據表示在波形圖表上。將描點的實際間隔通過人為設定與其所采量的實際時間相吻合（讓采集頻率調節(jié)與描點的真實間隔相同即可），保證實時監(jiān)控時的準確性。 30 多頭微試樣蠕變試驗裝置位移采集系統(tǒng)的設計 圖 43 為未啟動差值算法進行篩選的數據處理顯示模塊 Part1 程序框圖，此時，采取排序去掉兩端極值的方法來均化誤差，圖 44 為已啟動差值算法的數據顯示模塊 Part1程序框圖，差值算 法如上所述，圖 45 為數據處理顯示模塊 Part2 的程序框圖 圖 44 系統(tǒng)中的數據處理顯示模塊程序框圖 Part1 圖 45 系統(tǒng)中的數據采集顯示模塊程序框圖 Part2 Part1： “索引數組 ”為一數組函數，功能為從二維數組中選取對應通道的數列； “數據采集歷時 ”該塊為一局部變量，對應系統(tǒng)開始數據采集后的歷時（ 節(jié)中將提到），并且將該時間作為判定后續(xù)條件結構的依據。當采集歷時大于等于 20 小時后，條件結構運行 “真 ”狀態(tài)的程序；當采集歷時小于 20 小時時，條件結構運行 “假 ”狀態(tài)的程序；（ 20 個小時也為人為設定的值，可改，但需要在程序框圖中改） “條件結構 ”該條件結構為當運行 “真 ”狀態(tài)時，即采取差值算法進行數據處理，當運行 “假 ”狀態(tài)時，采取去除兩端極值的方法； “一維數組排序 ”對一維的數組按照升序進行排列； 多頭微試樣蠕變試驗裝置位移采集系統(tǒng)的設計 31 “數組子集 ”選取數組中的部分子數組，根據初始位置與長度截取，所需要的子數組，默認為選取第 20 至第 80 之間的 60 個數； “未處理 1”為局部變量，對應 Part2 的未處理 1，為前一次經過數據處理，均化誤差，去除干擾后的電壓信號數據，在此作為差值算法的參照量； “差值 ”為一人為設定的常數，對應前面板的輸入框，該常數為相對于參照量進行差值計算時的要求范圍； “創(chuàng)建數組 ”在圖中為將一個一維零元素數組與經過篩選的數組元素合并創(chuàng)建數組，即在通過差值算法后，范圍內的數據繼續(xù)保留，范圍外的數據將被去除，最終只得到由符合要求的數據所組成的一維數組。 Part2： “數組大小 ”獲取數組中的元素個數； “求和 ”將數組中的元素值全部疊加得到總值； “未處理 1”即為通過處理后的電壓信號； “第一路乘數 ”、 “第一路加數 ”都為人為設定的常數，目的為將經數據處理后的信號數據通過公式計算，從而得到實際 測量所得的絕對位移值 “第一路初值 ”為通過上述的計算所得出實際絕對位移值； “第一路位移值零點 ”也人為設定的初始位移值，用于獲得相對位移值，該值也為最后我們所需的數據。 “第一路數據顯示 ”將數據處理模塊所得出的位移相對值顯示于前面板對應的顯示框中。 “動態(tài)數據轉換 2”通過該函數，將動態(tài)函數類型轉換為數組類型； “獲取日期 /時間 ”獲取當時的實際時間（日期與時間），作為波形創(chuàng)建的初始時間； “描點的真實時間間隔 ”人為設定的點與點之間的時間間隔，默認為 500ms； “等待 ”迫使 CPU 放棄對當前線程的控制，等待時間 為對應的輸入時間； “除號 ”與常數 1000 為將時間間隔轉換為秒單位制，之后輸入時間間隔 dt； “創(chuàng)建波形 ”以輸入的數據流作為 Y 值，以時間 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)建的波形輸入進波形圖標，實時顯示位移趨勢，用于人為監(jiān)測。 上述的數據處理顯示 模塊主要目的為 將所采集到的 100 個信號數據經過處理，得到所需的位移相對量，并做出時間 位移波形圖表，用于試驗人員實時監(jiān)測，具體工作流程如下： （ 1） 在多通道采集得兩維數組中選取對應通道的數組列； 32 多頭微試樣蠕變試驗裝置位移采集系統(tǒng)的設計 （ 2） 進行判定，采集時間是否不低于 20 小時； （ 3） 若低于 20 小時，則對對應通道的 100 個數據按升序排列，選擇中間的第 20至第 80 的 60 個數；若采集時間超過或者等于 20 個小時，則進行差值算法，將每一個數據與參照量即上次循環(huán)中所處理過的電壓信號數據進行對比，其差值超過一定范圍的自動去除，在范圍內的可以保留； （ 4） 將通過篩選的數據創(chuàng)建成一個數組，求其數組元素的平均值，得到一個已經過均化誤差與去除干擾的信號數據，同時該數據也將作為下一次循環(huán)的參照量； （ 5） 對該數據進行一系列的計算，得到實際位移傳感器所測量得到的絕對位移值； （ 6） 將絕對位 移數據減去位移值零點，獲得相對位移值； （ 7） 在前面板對應的顯示框顯示位移相對值； （ 8） 動態(tài)數據轉換至數組類型； （ 9） 獲取實際時間，獲取描點的真實時間間隔（初期人為設定），并將上述數據與位移相對值輸入 “創(chuàng)建波形 ”函數； （ 10） 通過波形圖表形成關于時間的第一路位移整體趨勢圖，提供給試驗者觀察實際位移相對值。 多通道數據儲存模塊設計 至此，多通道的數據采集、處理、顯示基本完成，但還最終需將所采集的數據進行儲存，便于后續(xù)對試驗數據進行研究與計算。數據儲存模塊的功能便是將采集并通過數據處理所得出的位移相對值，按照具體的絕對時間 與相對時間，存儲至文件中。 數據儲存模塊的設計 如下圖 46 所示即為設計的多通道 儲存模塊，選用 寫入文本文件，即 txt 文件用于儲存，其用于儲存大容量數據的優(yōu)勢在第 節(jié)中已經提及，此不做過多闡述。 多頭微試樣蠕變試驗裝置位移采集系統(tǒng)的設計 33 圖 46 系統(tǒng)中的數據儲存模塊程序框圖 “數據存儲開關 ”與 “指示燈 ”對應前面板的按鈕，來控制存儲模塊的開關， “指示燈 ”表示存儲模塊的運行狀態(tài)； “數據存儲頻率調節(jié) ”對應前面板的輸入框，人為設定所需要的存儲頻率，若為 2，則為 2 次采集存一位數； “循環(huán)次數 ”為目前整個采集系統(tǒng)的循環(huán)次數，即采集次數； “商與余數 ”即對 “數據存儲頻率調節(jié) ”與 “循環(huán)次數 ”進行除運算，拿后者除前者，將余數傳至后端的比較函數； “等于零 ”為比較函數，即若為零則輸出 “True”，若不為零則輸出 “False”； “與門 ”將 “數據存儲開關 ”的狀態(tài)與 “等于零 ”的狀態(tài)進行 “與 ”操作，即兩端都輸出“True”才可以運行后續(xù)的存儲端口； “獲取日期 /時間 ”獲取當前的實際日期與時間，輸出數據類型為時間標識數值； “獲取日期 /時間字符串 ”將時間標識數值分列轉換為日期字符串與時間字符串，默認模式為 “abbreviated”； “搜索替換字符串 ”將人為設定的字符常量 “”替換時間字符串的 “： ”，更易于辨認； “連接字符串 1”將之前分離的日期字符串與時間字符串重新連接，中間加入空格； “存儲開始時間 ”、 “減號 ”與 “除號 ”該部分的一系列運算為將每個數據存儲的時間減去整個系統(tǒng)開始存儲的時間，除去 3600 后即為每次存儲的相對時間； “數據至小數字符串轉換 ”將數組數據轉換至字符串數據類型； “連接字符串 2”將采集的絕對時間、 “空格 ”、相對時間、 “空格 ”、第一通道位移相對值、 “空格 ”、第二通道位移相對值、 “空格 ”、第三通道位移相對值、 “空格 ”、第四通道位移相對值、 “空格 ”、第五通道位移相對值、 “回車鍵常量 ”按順序連接成長字符串； 34 多頭微試樣蠕變試驗裝置位移采集系統(tǒng)的設計 “寫入文本文件 ”將字符串寫入 txt 文件，文件為通過 “引用句柄輸出 ”所連接的 txt 文件； 數據儲存模塊的工作流程 上述的數據儲存模塊所實現(xiàn)的功能為將所得出的位移相對值，根據存儲頻率，存入txt 文件，每次存入的數據有采集數據的實際時間，相對時間與相對位移量，具體的工作流程如下： （ 1） 設定存儲頻率，打開數據存儲開關； （ 2） 進行判定，當循環(huán)次數可以被所設定的存儲頻率整除時，啟動存儲模塊； （ 3） 獲取 實際時間轉換至時間字符串與日期字符串，將時間字符串間的數字連接符更換為 “”后，重新將日期與時間字符串連接，中間加一 “空格 ”； （ 4） 將存儲實際時間與系統(tǒng)存儲開始時間進行減運算，獲取存儲的相對時間； （ 5） 將位移相對值與存儲相對時間的數據類型轉換為字符串類型； （ 6） 將存儲的實際時間、存儲的相對時間以及各通道的位移相對值寫入文本文件； （ 7） 繼續(xù)下一次判定。 多通道 輔助模塊 設計 除去上述的主要系統(tǒng)模塊外，還有部分模塊用于保證整個單通道采集系統(tǒng)運行完善，具體介紹如下： 圖 47 系統(tǒng)啟動開關 圖 48 系統(tǒng)等待 圖 47 所示的為系統(tǒng)啟動開關，其控制一個包含整個系統(tǒng)的條件結構，由該開關控制系統(tǒng)的工作開始； 圖 48 所示的為系統(tǒng)等待，即當系統(tǒng)啟動開關未開啟時，整個系統(tǒng)經過 10ms 的等待，繼續(xù)判斷之前的系統(tǒng)啟動開關的狀態(tài)； 多頭微試樣蠕變試驗裝置位移采集系統(tǒng)的設計 35 圖 49 創(chuàng)建文本文件 圖 49 所示的為當系統(tǒng)開關啟動后，會進行層疊式順序結構的第一步，即創(chuàng)建文本文件，其中常數 4 代表創(chuàng)建新文件的操作。文件名通過創(chuàng)建文