【正文】 [77] 申軍 .微型機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)抗干擾方法的探討 (C).中國(guó)自動(dòng)化學(xué)會(huì)第十一屆青年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集， 1996 [78] 張松春 電子設(shè)備抗干擾技術(shù)及其應(yīng)用 [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社， 1989. [79] 常健生 .檢測(cè)與轉(zhuǎn)換技術(shù) [M].北京 :機(jī)械工業(yè)出版社， 1981. [80] 董英斌 .微型機(jī)控制接口抗干擾設(shè)計(jì) [J].計(jì)算機(jī)時(shí)代， 1985. [81] 商斌雄 .工業(yè) 數(shù)字裝置的抗干擾「 M].北京 :電子工業(yè)出版社， 1988. [82] 劉海 .在流量測(cè)量中估算真值數(shù)字濾波器設(shè)計(jì) [J].電子測(cè)量技術(shù)， 2021(9). [83] 潘地林，許云龍 .離心式通風(fēng)機(jī)的最佳曲線(xiàn)及其應(yīng)用 [J].流體機(jī)械， 2021， 28(10). 。 本系統(tǒng)具有較強(qiáng)的通用性，可以廣泛的應(yīng)用于科研院所及企業(yè)的科研、生產(chǎn)與教學(xué)的試驗(yàn)研究。 (8) 系統(tǒng)界面友好，操作 方便。 (6) 軟件采用 LabVIEw虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)，采用模塊化設(shè)計(jì)方法實(shí)現(xiàn)了采集信號(hào)的實(shí)時(shí)顯示、控制信號(hào)的準(zhǔn)確輸出及測(cè)試報(bào)告的自動(dòng)生成。 (4) 設(shè)計(jì)了旋轉(zhuǎn)擋板裝置并用步進(jìn)電機(jī)控制其旋轉(zhuǎn)角度，實(shí)現(xiàn)了風(fēng)機(jī)運(yùn)行的自動(dòng)控制。 (2) 用傳感器技術(shù)檢測(cè)風(fēng)機(jī)各狀態(tài)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集。所以，本著靈活，方便以及實(shí)用化的指導(dǎo)思想，并考慮到虛擬儀器在今后所具有的強(qiáng)大的生命力和不可估計(jì)的發(fā)展前景，作者在導(dǎo)師的指導(dǎo)下，對(duì)虛擬儀器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的理論和實(shí)踐做了一些有益的探索和實(shí)踐，開(kāi)發(fā)一套實(shí)用且功能齊全的基于虛擬儀器技術(shù)的風(fēng)機(jī)狀態(tài)測(cè)試系統(tǒng)。而且，檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性難 以保證。 基于虛擬測(cè)試的風(fēng)機(jī)狀態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 21 結(jié)束語(yǔ) 風(fēng)機(jī)狀態(tài)測(cè)試是一項(xiàng)指揮協(xié)調(diào)較困難，技術(shù)性強(qiáng)又較繁雜的工作。 因電動(dòng) 機(jī)起動(dòng)時(shí)，風(fēng)機(jī)軸的輸入功率、氣流的壓差和靜壓都處于變化的狀態(tài)中，所以如果電機(jī)起動(dòng)的同時(shí)將各傳感器的輸出信號(hào)采入計(jì)算機(jī)中，必然存在較大的誤差。應(yīng)用算術(shù)平均值算法實(shí)現(xiàn)了各采集信號(hào)的濾波處理，有效地克服了系統(tǒng)的隨機(jī)干擾。由于各種隨機(jī)因素的影響，各次測(cè)量值可能均不相同，設(shè)測(cè)量序列為試 q(1)q(2)， q(3)，?? q(n)，則干擾形成的隨機(jī)誤差序列為 : e(k)=q(k)Q (k=1,2,3?? n) （ 53） 對(duì)上式兩邊求和得： （ 54） 對(duì)上式兩邊同除以 n得 : （ 55） 由誤差正態(tài)分布的抵償特性可知，當(dāng)測(cè)量次數(shù)為 n ∞ ，即誤差的算術(shù)平均值趨于零， （ 56） 根據(jù)式（ 55）可知，當(dāng) n ∞時(shí)，得下式 （ 57） 上式表明，當(dāng)測(cè)量次數(shù) n無(wú)限增大時(shí) ,測(cè)量值的算術(shù)平均值與真值無(wú)限接近。 (2)采用均值技術(shù) 電路1 電路3 電路2 信號(hào)地線(xiàn)（低電平電路） 電源線(xiàn)（干擾地線(xiàn)） 保護(hù)地線(xiàn)（機(jī)殼機(jī)架） 基于虛擬測(cè)試的風(fēng)機(jī)狀態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 20 本系統(tǒng)采用一種算術(shù)平均值原理實(shí)現(xiàn)的數(shù)字濾波器來(lái)剔除試驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差 [82]。 (l)剔除異常數(shù)據(jù) 試驗(yàn)數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)傳感器和數(shù)據(jù)采集板轉(zhuǎn)換后，得到一組測(cè)量值，有時(shí)會(huì)因測(cè)試系統(tǒng)的異 常而出現(xiàn)異常值，為了將這些異常值從正常測(cè)試數(shù)據(jù)中分離出來(lái)，在本系統(tǒng)中采用“拉依達(dá)”準(zhǔn)則進(jìn)行異常數(shù)據(jù)剔除處理。但原則上講，任何抗干擾措施都只能削弱干擾源的影響或降低系統(tǒng)對(duì)干擾的敏感性，干擾不可能絕對(duì)消除。其示意如圖 52所示。通常測(cè)控系統(tǒng)中至少有三條分開(kāi)的地線(xiàn) :一條是低電平電路的信號(hào)地線(xiàn) :一條是設(shè)備外殼、機(jī)架、機(jī)箱、屏蔽層的金屬地線(xiàn) (保護(hù)地線(xiàn) )。在實(shí)際的計(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，通道的信號(hào)頻率一般在 1MHz以下，對(duì)于這樣的低頻信號(hào)，并聯(lián)的一點(diǎn)接地方式是最合適的。如果測(cè)試系統(tǒng)兩點(diǎn)接地，則由于這兩點(diǎn)的地電位差而引起干擾。使用雙絞屏蔽線(xiàn)阻止禍合干擾的侵入： 在各電源輸入端與接地端之間分別并聯(lián)去藕電容： 電磁禍合 :電場(chǎng)和磁場(chǎng)組合而成。 (2)信號(hào)屏蔽 導(dǎo)線(xiàn)間的藕合是通道干擾的主要因素之一，導(dǎo)線(xiàn)間的干擾主要有以下幾種方式 : 電容性禍合 :兩回路的電場(chǎng)相互作用的結(jié)果。針對(duì)電壓的波動(dòng)，配備了交流穩(wěn)壓器 。 硬件抗干擾 [79 80 81] (1)抑制電壓的波動(dòng) 工業(yè)電網(wǎng)的過(guò)壓或欠壓常常達(dá)到額定電壓的士 15%，且持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)。在 清楚干擾的產(chǎn)生原因后，有效地抑制干擾是測(cè)試系統(tǒng)重要環(huán)節(jié)。對(duì)干擾信號(hào)敏感的接收電路 。要想使測(cè)試系統(tǒng)工作可靠，測(cè)試結(jié)果準(zhǔn)確，需對(duì)被測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，找出干擾因素，并采取有效的措施。大功率用電設(shè)備的起停 。圖 43 軟件操作過(guò)程 圖 43 軟件操作過(guò)程 輸入 設(shè)置風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)環(huán)境參數(shù) 設(shè)置采集控制參數(shù) 采集信號(hào) 信號(hào)處理 生成試驗(yàn)報(bào)告 基于虛擬測(cè)試的風(fēng)機(jī)狀態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 18 第五章 系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì) 對(duì)于任何一個(gè)測(cè)試系統(tǒng)，都不可避免的存在內(nèi)部及外部干擾，要想保證測(cè)控系統(tǒng)正常穩(wěn)定 地工作，使其測(cè)試結(jié)果可靠，需對(duì)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行分析，找出各種干擾源與干擾途徑，并采取有效的措施抑制干擾。電路板的接線(xiàn)端子皆為弱電端子，切勿接高壓電。在幫助模塊，用戶(hù)可通過(guò)超連接的形式，對(duì)風(fēng)機(jī)狀態(tài)試驗(yàn)和系統(tǒng)使用說(shuō)明進(jìn)行查詢(xún)。 (6)最后在“試驗(yàn)報(bào)告”模塊，通過(guò)點(diǎn)擊菜單，可查看風(fēng)機(jī)狀態(tài)試驗(yàn)的原始數(shù)據(jù)、風(fēng)機(jī)有因次狀態(tài)曲線(xiàn)和風(fēng)機(jī)無(wú)因次狀態(tài)曲線(xiàn)，并可選擇打印或保存。 (4)在“主控臺(tái)”模塊，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“電源”，移動(dòng)工況滑塊，設(shè)置工況后點(diǎn)擊“采集”按扭，系統(tǒng)即進(jìn)行信號(hào)采集。 (3)打開(kāi)“采集與控制設(shè)置”模塊，在采集部分輸入各壓差信號(hào)、靜壓信號(hào)、扭矩信號(hào)的輸入通道、輸入電壓范圍和采樣速率，在控制部分輸入 控制變頻調(diào)速器和步進(jìn)電機(jī)輸出信號(hào)的輸出通道，輸出信號(hào)電壓范圍和輸出信號(hào)的幅值。系統(tǒng)進(jìn)入主界面，主界面中包含基本參數(shù)設(shè)定、采集與控制設(shè)置、主控臺(tái)、數(shù)據(jù)處理、試驗(yàn)報(bào)告、工況控現(xiàn)場(chǎng)、歷史查詢(xún)和幫助 8個(gè)功能模塊。 軟件使用說(shuō)明 本軟件使用簡(jiǎn)單，其基本操作過(guò)程如圖 4一 3所示。另外，軟件還可實(shí)現(xiàn)信號(hào)圖形、信號(hào)數(shù)字量的顯示、存儲(chǔ)、打印等功能。 (5)歷史查詢(xún) :在歷史查詢(xún)模塊，用戶(hù)可對(duì)以前保存的數(shù)據(jù)文件及圖形文件進(jìn)行查詢(xún)，也可對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行查詢(xún)，對(duì)于查詢(xún)結(jié)果可進(jìn)行打印。 (3)數(shù)據(jù)自動(dòng)處理 :在采集得到各試驗(yàn)數(shù)據(jù)后，在數(shù)據(jù)處理模塊，用戶(hù)可通過(guò)簡(jiǎn)單操作得基于虛擬測(cè)試的風(fēng)機(jī)狀態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 17 到風(fēng)機(jī)的狀態(tài)參數(shù)，且以直觀(guān)的圖形方式表示出來(lái)。其結(jié)構(gòu)框圖如圖 41 所示，信號(hào)分析程序流程圖如圖 42 所示， 圖 42 信號(hào)流程圖 此軟件系統(tǒng)可向用戶(hù)提供較為齊全的功能，具體包括 : (1)信號(hào)的自動(dòng)檢測(cè) :用戶(hù)在配置完試驗(yàn)的 基本參數(shù)后 (或采用系統(tǒng)默認(rèn)值 )，在主控臺(tái)上，用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“試驗(yàn)”按扭，則系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)各試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行檢測(cè)，且將各路檢測(cè)值分別以圖形和數(shù)字的方式顯示出來(lái)，同時(shí)也可對(duì)信號(hào)進(jìn)行保存，以備將來(lái)查看。對(duì)象所要求的控制質(zhì)量 :控制精度要求越高，采樣周期應(yīng)越短。采用的控制算式和執(zhí)行機(jī)構(gòu)的類(lèi)型?？刂频幕芈窋?shù) :在系統(tǒng)中，若各個(gè)通道采用分時(shí)控制，則通道數(shù)越多，采樣周期越長(zhǎng)。當(dāng)對(duì)象具有純滯后和容量滯后時(shí)，最好是采樣周期接近對(duì)象的時(shí)間常數(shù)。 在實(shí)際應(yīng)用中，常取 Fs=(5 一 10) fmax從信號(hào)的復(fù)雜性和控制性來(lái)考慮，采樣周期越短越好，但 由于計(jì)算機(jī)速度和容量的限制，采樣周期不能太短，所以單純從理論計(jì)算來(lái)確定采樣周期不盡合理，實(shí)際應(yīng)用時(shí)要結(jié)合經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定，采樣周期通常與下列因素有關(guān) : 基于虛擬測(cè)試的風(fēng)機(jī)狀態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 15 (3)采樣時(shí)間的確定 :系統(tǒng)中各傳感器和數(shù)據(jù)采集板將連續(xù)的模擬量變化為間斷的離散信號(hào)，但這樣的離散信號(hào)能否止確描述被采樣的連續(xù)信號(hào)，則取決于系統(tǒng)的采樣頻率。等效時(shí)間采樣的方法是預(yù)先設(shè)定采樣點(diǎn)數(shù)， 當(dāng)采樣點(diǎn)數(shù)達(dá)到此預(yù)先設(shè)定值時(shí)，采樣信號(hào)才被數(shù)字化。實(shí)時(shí)采樣是當(dāng)數(shù)字化一開(kāi)始，信號(hào)波形的第一個(gè)采樣點(diǎn)被采入并數(shù)字化。當(dāng)然，在系統(tǒng)改變后，可以重新輸入各初始參數(shù)。初始化內(nèi)容包括給定通道號(hào)、量程下限，量程上限，采樣時(shí)間等數(shù)據(jù)。 (1)數(shù)據(jù)通道的初始化 :由于系統(tǒng)的硬件資源比較多，在進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)之前應(yīng)首先對(duì)數(shù)據(jù)采集板上的數(shù)據(jù)通道進(jìn)行初始化。被采集信號(hào)能否再現(xiàn)真實(shí)信號(hào)，與信號(hào)采集的初始化工作有很大關(guān)系。在本系統(tǒng)中，軟件主要完成了信號(hào)檢測(cè)與數(shù)據(jù)處理。 LabVIEW是一種易學(xué)易用，功能強(qiáng)大的圖形化開(kāi)發(fā)軟件，用戶(hù)不需要懂得其他編程語(yǔ)言就可以學(xué)習(xí)使用，非常適合從事科研，開(kāi)發(fā)的科學(xué)工作者和工作技術(shù)人員。通常編制軟件時(shí)，可以采用兩種編制方法，一種是傳統(tǒng)的方法，采用高級(jí)語(yǔ)言，如 :Visual C++， Visual Basic， Delphi等編寫(xiě)儀器的軟件，另一種是采用現(xiàn)在流行的圖形化編程方法，如 NI公司的 LabVIEW 、 Labwindows/CVI或 HP 公司的 VEE等 . 任何一臺(tái)儀器或系統(tǒng)可概括為有三大功能模塊組成：信號(hào)的采集 ,數(shù)據(jù)的處理，結(jié)果的輸出與表達(dá)。美國(guó)國(guó)家儀器公司提出其著名的口號(hào)“ TheSoftware15theInstrument(軟件即是儀器 )[61]所以軟件是構(gòu)成虛擬儀器的重 要支撐。其狀態(tài)指標(biāo)如表 3一 4所示。他能完成信號(hào)采集 (A/D)、信號(hào)模擬輸出 (D/A)以及定時(shí) /記數(shù)等功能。 對(duì)一些功能豐富的數(shù)據(jù)采集板，還有定時(shí)八己數(shù)等其他功能。 分辨率 :指當(dāng)輸入數(shù)字發(fā)生單位數(shù)碼變化即 ILSB 時(shí)，所對(duì)應(yīng)輸出模擬量的變化量。精度 :一般用量化誤差表示。分辨率一般以 A/D 轉(zhuǎn)換器輸出的二進(jìn)制位數(shù)或 BCD碼位數(shù)表示。 采樣速率 :指在單位時(shí)間內(nèi)數(shù)據(jù)采集板對(duì)模擬信號(hào)的采集次數(shù)，是數(shù)據(jù)采集板的重要指標(biāo)。模擬輸入阻抗 :數(shù)據(jù)采集飯固有的參數(shù)，一般不由用戶(hù)設(shè)定。放大器增益 :數(shù)據(jù)采集板對(duì)信號(hào)的放大倍數(shù)。如對(duì)單極性輸入，典型值為 O一 10V，對(duì)雙極性輸入，典型值為 5一 +5V。信號(hào)的輸入范圍 (量程 )。 單極性 :信號(hào)幅值范圍為 [O 一 A]， A為信號(hào)最大幅值 雙極性 :信號(hào)幅值范圍為 [A,A]。一般待采集信號(hào)的輸入方式有 : 單端輸入 :即信號(hào)的其中一個(gè)端子接地。 數(shù)據(jù)采集板的狀態(tài)指標(biāo)主要有 : (l)模擬信號(hào)的輸入部分 : 基于虛擬測(cè)試的風(fēng)機(jī)狀態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 13 (5)D/A轉(zhuǎn)換器 :將計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)換為模擬量，以實(shí)現(xiàn)控制功能。 (4)A/D轉(zhuǎn)換器 :將輸入的模擬量轉(zhuǎn) 換為數(shù)字量輸出，并完成信號(hào)幅值的量化。通常實(shí)際系統(tǒng)中，放大器作成增益可調(diào)的放大器，設(shè)計(jì)者可根據(jù)輸入信號(hào)不同的幅值選擇不同的增益倍數(shù)。 數(shù)據(jù)采集板 DAQ(Data Acquisition)[59]一般由以下幾部分組成 : (1)多路開(kāi)關(guān) :將各路信號(hào)輪流切換到放大器的輸入端，實(shí)現(xiàn)多參數(shù)多路信號(hào)的分 時(shí)采集。 數(shù)據(jù)采集板作為儀器系統(tǒng)硬件的主要組成部分，是外界電信號(hào)與 PC機(jī)之間的橋梁。虛擬儀器系統(tǒng)中， I/0接口設(shè)備主要是數(shù)據(jù)采集板。試驗(yàn)時(shí)，將傳感器通過(guò)聯(lián)軸器加裝在風(fēng)機(jī)軸和電機(jī)軸之間，在電機(jī)帶動(dòng)風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，扭矩傳感器感受扭矩信號(hào)并轉(zhuǎn)換 成 O一 16mV 的電壓信號(hào)，此電壓信號(hào)再經(jīng)過(guò)扭矩儀輸出為 O一 5V電壓進(jìn)入數(shù)據(jù)采集卡，最后在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理。所以用 TS 一 22 智能扭矩側(cè)試儀將 mV信號(hào)轉(zhuǎn)換成 O一 5V的電壓信號(hào)。然后通過(guò)導(dǎo)流環(huán)把信號(hào)引 出來(lái)。在傳感器的彈性體上粘貼有電阻應(yīng)變計(jì)并組成惠斯通電橋。電阻應(yīng)變計(jì)是基于金屬電阻絲的電阻一應(yīng)變效應(yīng)。電阻應(yīng)變式扭矩傳 感器 [58]是利用應(yīng)變片將扭矩產(chǎn)生的剪應(yīng)變 (通過(guò)某種裝置轉(zhuǎn)變成正應(yīng)變 )轉(zhuǎn)換成電量而進(jìn)行測(cè)量的。電機(jī)轉(zhuǎn)矩測(cè)量設(shè)備和測(cè)試方法種類(lèi)很多，就一般中小型電機(jī)來(lái)說(shuō)，有機(jī)械測(cè)功機(jī)、渦流測(cè)功機(jī)、磁粉測(cè)功機(jī)、電機(jī)測(cè)功機(jī)等。本系統(tǒng)選用變截面烤口靜壓傳感器，其型號(hào)為 :Model268，技術(shù)指標(biāo)如下 : 工作溫度 :一 18~十 65℃ 溫度補(bǔ)償范圍 :+5一 +65’ C 溫漂 土 %FSC 基于虛擬測(cè)試的風(fēng)機(jī)狀態(tài)測(cè)試系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 12 測(cè)量介質(zhì) :空 氣或類(lèi)似的非導(dǎo)電性氣體 輸入電源 :9一 30VDC 輸出電流 :4一 2OmA 量程 :0一 2OOOPa 接線(xiàn)方式為兩線(xiàn)式，傳感器采用 24V 直流電源供電，數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸入通道采集 25OQ精密電阻兩端的電壓信號(hào)，此電壓信號(hào)進(jìn)入到計(jì)算機(jī)中進(jìn)行