【正文】 其中采樣信號可表示為 : 0( ) ( ) ( )niy t y n T t n T????? (4. 1) 其中，在 t=nT 時， ()t nT? ? ?? ， 在 t。 NI 的 NIDAQ、 LabVIEW、 Easurement Studio 和 VirtualBench等應用軟件包包含了應用于熱電偶、壓力計和 RTD 的線性化功能。 ⑹線 性化功能 另一種常見的信號調理功能是線性化功能。應力計是阻值非常低的電阻設備，常用于配有電壓激勵源的惠斯通電橋。用于這些傳感器的信號調理模塊常用來提供激勵信號。 ⑸ 激勵功能 對于某些傳感器信號調理也能提供激勵源。噪聲濾波器用于如溫度這樣直流信號，它可以衰減那些降低測量精度的高頻信號。由于同一個 ADC 可以采集多個通道而不是一個通道，每個通道的有效采樣速率和所采樣的通道數(shù)呈反比。模擬信號的信號調理硬件常對如溫度這樣緩慢變化的信號使用多路復用方式。例如， SCXI1120 和SCXI1121 模塊能提供高達 250 Vrms 的共模電壓隔離， SCXI1122 能提供高達 450 Vrms電壓隔離。這種電勢差會產(chǎn)生所謂的接地回路，這樣就將使所采集信號的讀數(shù)不準確；或者如果電勢差太大，它也會對測量系統(tǒng)造成損害。使用隔離的另一原因是為了確保插入式 數(shù)據(jù)采集設備的讀數(shù)不會受到接地電勢差或共模電壓的影響。 ⑵ 隔離功能 另一種常見的信號調理應用是為了安全目的把傳感器的信號和計 算機相隔離。又例如， SCXI 有多種信號調理模塊可以放大輸入信號。例如， 需要對熱電偶的信號進行放大以提高分辨率和降低噪聲。安裝完畢后，要對數(shù)據(jù)采集卡 PCI6221 進行測試與設置。 在使用前要進行硬件安裝和軟件設置。它支持單極性和雙極性兩種模擬信號 的輸入，信號輸入范圍分別為 10～ +10V和 0～ 20V。此外，它還完成數(shù)據(jù)的轉換和存儲。利用 AD590 的線性溫敏特性，可以給溫差電偶的參考端(冷端 )提供溫度補償，使熱電偶的參考端在任何環(huán)境溫度下僅產(chǎn)生 0V電動勢。使用 AD590 進行溫度測量時無需采用線性電路、高精度放大器、阻抗測量電路以及冷端補償?shù)绕渌娐?。電阻采用激光修刻工藝，使?+25℃ ()時，器件輸出 A。 AD590 是一個兩端式溫度— 電流傳感器，所輸出的電流與絕對溫度成正比。由于利用了 PN 結的伏安特性與溫度的線性關系，以集成電路技術為制造手段；形成了帶有自動補償?shù)募蓽囟葌鞲衅鳌? ⑺ 片上 二 進制地址解碼。 ⑸ 匹配開關 特性 ： 在 VDDVEE=15V的條件下， RON的典型值為 5Ω。 內蒙古科 技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） ⑶ 高截止阻抗 ： 在 VDDVEE=10V的條件下，通道漏電流的典型值為士 l0pA。 表 CD4052 真值表 控制引腳狀態(tài) 導通通道 INH B A iX iY 0 0 0 0X 0Y 0 0 1 1X 1Y 0 1 0 2X 2Y 0 1 1 3X 3Y 1 * * 無 無 CD4052 的器件特性為 ： ⑴ 寬范圍的數(shù)字和模擬信號電平 ： 數(shù)字 315 V， 模擬可達 15VPP。 A 、 B 的四種 二 進制組合狀態(tài)用來在四對通道中選擇其中的一對，當邏輯的“ 1” 加到 INH 輸入端時，所有的通道都關閉。 圖 所示為CD4052 引腳 分布 圖 。數(shù)據(jù)選擇器在整個VDDVSS 和 VDDVEE 范圍具有非常低的靜態(tài)功耗， 而且 與控制信號的邏輯狀態(tài)無關。 315 V的數(shù)字信號可以控制 15VPP的模擬信號。溫度測量電路的溫度測量范圍為 0℃～ 1200℃ ， 電壓輸出為 0V～ 10V， 輸出靈敏度為 50mV/℃ ，并可直接與 A/D 接口兼容。 調 理 電 路計 算 機L a b V I E W數(shù) 據(jù) 采 集 卡P C I 6 2 2 11 熱 電 偶多 路 轉 換 開關 C D 4 0 5 2+2 熱 電 偶+3 熱 電 偶+4 熱 電 偶+1 熱 電 偶2 熱 電 偶3 熱 電 偶4 熱 電 偶 圖 整體方框圖 系統(tǒng) 硬件電路 設計 溫度測量電路主要由溫度傳感器 、 多路轉換開關 和放大調理電路 組成 ， 用于對現(xiàn)場溫度的檢測 ， 溫度傳感器的輸出信號經(jīng)信號調理電路處理后 ， 通過采集卡的模擬通道輸入計算機 ， 并由 LabVIEW 程序計算得到溫度測量值。其工作過程如下 ： 溫度信號由 熱電偶溫度 傳感器轉換為電壓信號 ， 經(jīng) 過 信號調理 電路 和數(shù)據(jù)采集卡 PCI6221 進入計算機 ， 在計算機上運行的 LabVIEW 程序對輸入的數(shù)據(jù)進行分析處理 ， 結果由 虛擬儀器的前面板進行顯示 。具有實時性，支持數(shù)據(jù)采集板和 GPIB、串口設備、 VXI 儀器、 PIC、工業(yè)現(xiàn)場總線以及用戶特殊的板卡 。在任何一個平臺上開發(fā)的 LabVIEW 應用程序可直接移植到其它平臺上。繼承傳統(tǒng)的編程語言中的結構化和模塊化編程的優(yōu)點，采用編譯方式運行 32 位應用程序，提高了運行程序的速度。 提供程序調試功能。通過控制編輯器可將現(xiàn)有的控制對象修改成適合自己工作領域的控制對象。在這個平臺上各種領域的專業(yè)工程師和科學家們通過定義和連接代表各種功能模塊的圖標來方便迅速地建立高水平的應用程序。 LabVIEW 是一個高效的圖形化程序設計環(huán)境，它結合了簡單易用的圖形式開發(fā)環(huán)境與靈活強大的 G 編程語言。 LabVIEW 作為業(yè)界領先的工業(yè)標準軟件工具，我們選用它來開發(fā)虛擬儀器。相信未來，虛擬儀器將得到更多的發(fā)展，應用范圍也將越來越廣。 虛擬儀器還在其他很多領域包括航空、汽車、生物醫(yī)學等方面得到廣泛應用。 ⑷ 虛擬儀器在教育方面的應用 現(xiàn)在，隨著虛擬儀器系統(tǒng)的廣泛應用，越來越多的教學部門也開始用它來建立教學系統(tǒng)，不僅大大節(jié)省開支，而且由于虛擬儀器系統(tǒng)具有靈活、可重用性強等優(yōu)點，使得教學方法也更加靈活了。當前，氣敏傳感器正朝著快速響應、小型化和經(jīng)濟化發(fā)展，這種發(fā)展趨勢引起了微電子氣敏傳感器的發(fā)展。 虛擬儀器主要在以下幾個方面得到應用： ⑴ 虛擬儀器在測量方面的應用 虛擬儀器系統(tǒng)開放、靈活，可與計算機技術保持同步發(fā)展，將之應用在測量方面可以提高精確度，降低成本，并大大節(jié)省用戶的開發(fā)時間，因此已經(jīng)在測量領域得到廣泛的應用。虛擬儀器技術在發(fā)達國家的推廣應用十分普及。與以 PC 機為核心的虛擬儀器相比，在不遠的將來，網(wǎng)絡化虛擬儀器將是儀器發(fā)展中的又一次革命。使用網(wǎng)絡化虛擬儀器，可使在任何地點、任意時刻獲取測量數(shù)據(jù)信息的愿望得到 實現(xiàn)。在國內網(wǎng)絡化虛擬儀器的概念目前還沒有一個比較明確的提法，也沒有一個被測量界廣泛接受的定義。隨著 PC 技術和相關 科技的發(fā)展，虛擬儀器技術已成為一項前沿學科，代表著儀器發(fā)展的最新方向，不斷地被推向各個新的領域，在新的世紀將大行其道。靈活性，軟、硬件的標準化令其在儀器計量領域逐漸取代傳統(tǒng)儀器。 虛擬儀器的發(fā)展方向 虛擬儀器精確的采樣，及時的數(shù)據(jù)處理和快速的數(shù)據(jù)傳輸使其在自動控制領域和工業(yè)控制領域得到廣泛的應用。 LabVIEW 是一種編譯型圖形編程環(huán)境，它把復雜、煩瑣、費時的語言編程簡化成用簡單圖標提示的方法選擇功能，并用線條把各種圖形連接起來的圖形編程方式，使不熟悉編程的工程技術人員都可以按照測試要求和任務快速設計出自己的程內蒙古科 技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 序和儀器面板，大大提高了工作效率，減少了科研和工程技術人員的工作量，因此，LabVIEW 是一種優(yōu)秀的虛擬儀器軟件開發(fā)平臺。不同的總線有其相應的 I/O 接口硬件設備，如利用 PC 機總線的數(shù)據(jù)采集卡 /板 DAQ、 GPIB 總線儀器、 VXI總線儀器模塊、串行口式虛擬儀器等。而且由于計算機的性能價格比不斷提高，使得虛擬儀器的價格更能為廣大用戶所接受。當各種與計算機相關的創(chuàng)新技術產(chǎn)生時，虛擬儀器的應用便隨之被推向一個新的層次。構成虛擬儀器的硬件平臺有兩種： ① 計算機 虛擬儀器 的硬件主體是電子計算機，是硬件平臺的核心。嵌入式虛擬儀器 可 以獨立完成特定的信號處理和分析，又 可 以通過 USB 總線系統(tǒng)組 合 在 一 起，構建大 型 的測試系統(tǒng)，完成復雜的測試功能。 其中，嵌入式虛擬儀器從功能模塊上分為 ： 信號調理和模數(shù)轉換電路、嵌入式控制模塊、存儲系統(tǒng)、液 晶 顯示模塊、 USB 總線 接 口 邏輯等部分。系統(tǒng)的體系結構設計按智能模塊的設計思路進行，智能模塊的作用是完成特定應用的測試功能?？?以采用星 型 的拓撲結構構建分布式測試系統(tǒng)。這種類型的虛擬儀器具有一定的缺點 ：由 于基于 PCI 總線的虛擬儀器在插入時都需要打開機箱，操作 不 方便 ； 并且測試信號 直接 進入計算機，各種現(xiàn)場的被測信號對計算機安全造成很大的威脅 ； 同時，計算機內部的強電磁 干 擾對被測信號也會造成很大的影向。信號通過 PCI 高 速數(shù)據(jù)采集 卡 采樣的數(shù)字信號，經(jīng) PCI 總線送入計算機內，通過 LabVIEW 軟件模塊對信號進行分析、處理，從而實現(xiàn)虛擬儀器的功能。 ⑴ 基于 PCI 總線的多功能虛擬儀器 本類型虛擬儀器由一塊基于 PCI 的高速數(shù)據(jù)采集卡和相應的軟件組成，將它們安裝在一臺運行的 PC 機上，可構成一個功能強大的數(shù)字虛擬儀器。 對大多數(shù)用戶來說，這種方案不但實用，而且具有很高的性能價格比，是一種特別適合于我國國情的虛擬儀器方案。 在性能上，隨著 A/D 轉換技術、儀器放大技術、抗混疊濾波技術與信號調理技術的發(fā)展， DAQ 的采樣速率己達 1 Gb/s，精度高達 24 位，通道數(shù)高達 64 個，并能任意結合數(shù)字 I/O，模擬 I/O，計數(shù)器 /定時器等通道。 DAQ（ Data AcQuisition） 虛擬儀器 DAQ 指的是基于計算機標準總線（如 ISA、 PCI、 PC/104 等）的內置功能插卡，它更加充分地利用計算機的資源，大大增加了測試系統(tǒng)的靈活性和擴展性。 PXI 具有高度 可 擴展性， 可 擴展到 256 個擴展槽。 PXI 總線方式的虛擬儀器 PXI ( PCI extension for Instrumention)是 PCI 在儀器領域的發(fā)展，是 NI 公司于 1997年發(fā)布的 一 種新的開放性、模塊化的儀器總線規(guī)范。然而，組建 VXI 總線要求有機箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造價比較高。 與 GPIB 儀器系統(tǒng)相比， VXI 模塊沒有前操作面板，因此，應用 VXI 總線組建測試系統(tǒng)必須編制虛擬的“軟前面板”以完成對儀器系統(tǒng)的操作控制 ， 當今流行的可視化編程語言如 Visual Basie， Visual C， Delphi 等均可以在 VXI 平臺上構造 一 個完全圖形化的內蒙古科 技大學畢業(yè)設計 說明書（畢業(yè) 論文 ） 用戶操作 面 板，實現(xiàn)測試控制、數(shù)據(jù)分析、結果顯示等功能，從而設計出各種操作方便的基于圖形用戶界 面 (GUI)的集成測試系統(tǒng)。 在價格上， GPIB 儀器覆蓋了從比較便宜的到異常昂貴的儀器，但 由 于 GPIB 的數(shù)據(jù)傳輸率般低于 500kB/s， 不 適合對于系統(tǒng)速度要求較 高的 應用，現(xiàn)在己經(jīng)逐步退出了市場。每臺 GPIB 儀器有單獨的地址，由計算機控制操作。 GPIB 是最 早的儀器總線。因為可以通過不同測試功能軟件模塊的組合來實現(xiàn)多種測試功能，所以，在硬件平臺確定后，就有“軟件就是儀器”的說法，這也體現(xiàn)了測試技術與計算機深層次的結合。 (2)虛擬儀器測量功能是通過對圖形化軟件流程圖的編程來實現(xiàn)的。 傳統(tǒng)儀器面板上的器件都是“實物” ，是由“手動”和“觸摸”進行操作的；虛擬儀器前面板是外形與實物相像的“圖標” ， 每個圖標的“通” 、“斷” 、“放大”等動作通過用戶操作計算機鼠標或鍵盤來完成。因此，虛擬儀器的出現(xiàn)，模糊了測量儀器與計算機之間的界限。虛擬儀器的實質是利用計算機顯示器的顯示功能來模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式表達輸出檢測結果：利用計算機強大的軟件功能實現(xiàn)信號數(shù)據(jù)的運算分析和處理；利用 I/O 接口設備完成信號的采集、測量與調理，從而完成各種測試功能的一種計算機儀器系統(tǒng)。 虛擬儀器是現(xiàn)代儀器技術和計算機技術深層次結合的產(chǎn)物，是當今計算機輔助測試領域的一項重要技術。它利用計算機系統(tǒng)的強大功能，結合相應的硬件，大大突破傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳送、存儲等方面的限制。在上述的背景下，出現(xiàn)了新的儀器概念 — 虛擬儀器。這此都使得儀器的可操作性大大提高而且易用、靈活。使用計算機的多媒體處理能力可以使儀器操作變得更加直觀、簡便、易于理解，測量結果可以直接進入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或通過網(wǎng)絡發(fā)送。通過與計算機網(wǎng)絡連接，還可實現(xiàn)虛擬儀器的分布式 共享 ，更好地發(fā)揮儀器的使用價值。 ⑵ 應 用 性強，系統(tǒng)費 用 低 應 用 虛擬儀器思想， 用 相同的基本硬件可構造多種不同功能的測試分析儀器，如同一個高速數(shù)字采樣器，可設計出數(shù)字 示 波器、邏輯分析儀、計數(shù)器等多種儀器。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器具有高效、開放、易 用 靈活、功能強 大 、性 價比高、可操作性好等明顯優(yōu)點 ,具體表現(xiàn)為： ⑴ 智能化程度高，處理能力