【正文】 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 ,都有：。 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。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”。采樣定理指出了對信號采樣所必須遵守的基本原則。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。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。目的是為了保證系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、正確的運行。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。本來可以利用函數(shù)Array ,本程序中直接給出。 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)。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 。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。 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。(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。使用時系統(tǒng)默認用戶名—“dardiwatercut”，其密碼為“200906”。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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。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）。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。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。 虛擬儀器硬件連接被測對象和計算機。 虛擬儀器系統(tǒng)包括儀器硬件和應用軟件兩大部分。 ◆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。其中，控制器安裝在零號槽中，稱為零槽控制器?！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)。 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。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。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。可以采用差分測量的方法來有效的消除共模電壓的影響。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。（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。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。(b)，干擾信號N出現(xiàn)在輸入信號S的兩端。 產(chǎn)生串模干擾的原因主要有: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。干擾噪聲是指無用的、變化很快的、雜亂的交變信號。串模干擾是疊加在被測信號上的干擾噪聲。就會失去測試的意義。如通過輸入、輸出信號線、電源線和地線，把干擾傳導進計算機系統(tǒng)。如，大功率電機、電氣設備產(chǎn)生的磁場、高壓電氣設備的電場以及各種電磁波和其他輻射等。 測試系統(tǒng)的抗干擾設計[21] 在超高壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、測控系統(tǒng)現(xiàn)場，計算機控制對象和測量信號分布在各處。⑤ 磁盤寫入速度：200KS/s。其A/D轉換部分的主要性能指標如下：① 提供3種信號輸入方式選擇：單端無參考地輸入、單端有參考地輸入及差分輸入；② 量程：分為177。NI 6024E是一種性能優(yōu)良，能夠完成信號采集、數(shù)字信號的模擬輸出以及定時、計數(shù)等功能，適合于組建虛擬應變測試系統(tǒng)。 數(shù)據(jù)采集卡的選型[20]800MPa超高壓系統(tǒng)測試進行性能測試時，輸入信號既有模擬輸入?yún)⒘?，又有?shù)字輸入?yún)⒘?，并且同時采集的參量較多，需要外部信號或軟件的觸發(fā)采樣，測試的工作性質還要求系統(tǒng)應有較好的穩(wěn)定性。 模擬信號的一個數(shù)據(jù)采集過程一個多點多通道波形數(shù)據(jù)采集的過程一般經(jīng)過以下幾個步驟：（1）數(shù)據(jù)采集VI通知數(shù)據(jù)采集卡相關的采樣參數(shù)；采樣頻率，即多路開關進行一次掃描的頻率；采樣次數(shù)，即多路開關掃描的次數(shù)；采樣通道，即多路開關對哪些通道進行掃描；數(shù)據(jù)緩存的大小，確定每次將多少掃描的數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)緩存中。另外，數(shù)據(jù)采集卡的選擇還有一些常用的指標，如輸入電壓的最大范圍、輸入增益的種類、是否有模擬輸出、輸入觸發(fā)的類型等[18]。（8）支持的軟件驅動程序及其軟件平臺和數(shù)據(jù)采集卡的硬件接口類似，買來的數(shù)據(jù)采集卡能在什么軟件環(huán)境下使用，使用起來是否還需要自己編制驅動程序，也是選擇數(shù)據(jù)采集卡很重要的因素。（7）是否有標定功能數(shù)據(jù)采集卡使用一段時間以后，器件值會有變化，基準電壓也可能會改變，零點會有漂移。對于工作在強電磁干擾環(huán)境中的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，選擇具有隔離配置的數(shù)據(jù)采集卡才能保證采集的可靠性。（4）數(shù)據(jù)總線接口類型不同的總線接口類型的數(shù)據(jù)采集卡的接口硬件形式不一樣，數(shù)據(jù)傳遞的規(guī)則和數(shù)據(jù)傳遞的速度也不一樣。所以在選擇這個指標時，首先要明確測試信號的最高頻率及需要同時采樣的通道數(shù)。（2）最高采樣速度數(shù)據(jù)采集卡的最高采樣速度一般用最高采樣頻率（Hz）來表示，表示其單通道采樣能使用的最高采樣頻率，這也就限制了該數(shù)據(jù)采集卡能夠處理信號的最高頻率（最高采樣頻率/2）。另外，數(shù)據(jù)采集卡的分辨率往往高于其精度，分辨率等于一個量化單位，和A/D變換的位數(shù)直接相關，而精度包含了分辨率、零位誤差、零漂等各種誤差因素。要組建一個基于計算機的現(xiàn)代測試系統(tǒng)，性能好的數(shù)據(jù)采集卡是及其重要的因素。該系統(tǒng)包括傳感器和變換器、信號調理設備、數(shù)據(jù)采集卡（或裝置）、驅動程序、硬件配置管理軟件、應用軟件和計算機等。（7）具有同步采樣保持電路，可滿足同時采樣要求。（5）SCXI1520在模塊中提供了半橋補償電阻，在SCXI1314接線板中提供了1/4橋的350?和120?的補償電阻。（4）可編程控制的四階巴特沃斯低通濾波器。（2）為了能夠精確的進行應變測試，SCXI1520為每個通道提供了可編程控制的放大器，增益調整在X1到X1000之間，共有48個檔。NI儀器公司的SCXI—1520的技術性能如下：（1）一個八通道的通用應變電橋輸入模塊，提供基于應變電橋的初級或高級應變測試。％），故SCXI1125也用來測量氣壓、油壓。按標準規(guī)定，測量吸排壓力的誤差小于177。將電阻信號轉變?yōu)榫_的電壓信號，以4線制方式測出此電壓，經(jīng)隔離、放大、抗噪聲濾波后送到數(shù)據(jù)采集卡。[18]超高壓測試系統(tǒng)所需傳感信號有電壓信號，電流信號，壓力信號，溫度信號等，現(xiàn)場測試伴有噪聲信號干擾，同時根據(jù)選型原則，該系統(tǒng)選用SCXI調理模塊SCXI1121和SCXI1125。數(shù)字濾波器可分為兩大類：一類是無限沖激響應（IIR）或者遞歸數(shù)字濾波器，另一類是有限沖激響應（FIR）或者非遞歸數(shù)字濾波器。數(shù)字濾波是信號處理的一個重要內容，在某些方面它已經(jīng)可以取代模擬濾波器，尤其在一些需要靈活性和編程能力的領域內。其作用是將傳感器輸出的數(shù)字信號進行必要的整形或電平調整。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。（5）線性化許多傳感器對被測量的響應是非線性化的，因而需要對其輸出信號進行線性化，并補償傳感器帶來的誤差。某些高性能的數(shù)據(jù)采集卡自身帶有抗混疊濾波器。大多數(shù)信號調理模塊有低通濾波器，用來濾除噪聲。如果數(shù)據(jù)采集卡的地與信號地之間有電位差，而又不進行隔離，那么就有可能形成接地回路，引起誤差。（2） 隔離隔離是指使用變壓器、光或電容耦合等方法在被測系統(tǒng)和測試系統(tǒng)之間傳遞信號，避免直接的電連接。（1） 放大對微弱信號都要進行放大，以提高分辨率，并使調理后信號的電壓范圍與ADC的電壓范圍相匹配。信號調理的方法包括放大、隔離、濾波、激勵、線性化等。信號調理電路的設計原則，是對有用信號起增益作用，對噪聲干擾起抑制作用，信噪比是它的一項重要指標。 CAYD28型加速度傳感器主要技術指標:靈敏度：10mv/ms2。本文的被測對象—超高壓水切割系統(tǒng)的振動加速度較大，頻率成分主要集中在幾赫茲到幾百赫茲范圍內，設計了信號截止頻率為800Hz的低通濾波器。內裝ICP電路電壓式傳感器是國際上新興的機電一體化測量傳感器。通過測量晶體上的電荷變化量，可測得這個慣性力F，進而可測得振動的加速度值。 （a） （b） 箔式應變片BA1203A 11型應變片的主要技術參數(shù)：輸出：電阻值；補償方法：溫度補償；電橋結構：全橋；靈敏度1/1000；工作溫度：80～100℃；（1）振動傳感器的工作原理 測量振動信號時，通?？梢赃x用電渦流位移傳感器、壓電加速度傳感器或集成加速度傳感器。在用應變片測試應力時最重要的是掌握好應變片的粘貼方法，選擇粘貼劑要抗剪能力強，能正確傳遞應力；絕緣良好；形變能力大；蠕變??；粘貼固化工藝簡單方便。由于厚度薄，因此具有很好的可繞性，靈敏度系數(shù)較高。由于超高壓水切割系統(tǒng)高壓缸發(fā)生的形變很小，而且要測圓軸型缸體的應力，因此選用BA1203A 11箔式應變片，該類的敏感柵是通過光刻、腐蝕等工藝制成。(2)應變片的選型根據(jù)應變片的質地，可以分為金屬電阻應變片和半導體應變片兩大類。根據(jù)電阻定義式: (35)當有變化量變化時，其相對的變化率為式: (36)再由熱力學的泊松比式（38）得到電阻與溫度程線性關系式: (37 (38) 其中，為應變靈敏系數(shù)；是由幾何尺寸改變引起的，金屬材料一次為主；表示是由材料電阻率隨應變而引起的變化，半導體材料以此為主。（a） （b） STTTS螺旋式溫度傳感器 (1)電阻應變片的工作原理導體或半導體在外力作用下產(chǎn)生機械形變時，它的電阻值也相應的發(fā)生變化，這一物理現(xiàn)象稱為電阻應變效應。1℃；814μm光譜響應；177。 HBIR0810紅外溫度傳感器非接觸式HBIR0810型溫度傳感器主要技術參數(shù)：測溫范圍在0～300℃；距離系數(shù)為5：1；測