【正文】 里葉分析，從而可以得到它們的頻譜特性。往往在時域中是不清楚的、難以掌握的內容，轉換到頻域中卻變得非常容易理解。若信號函數僅在固定的離散時刻有定義，則稱為離散時間函數[19]。頻域分析是將采集來的信號進行處理，進而辨別切削力信號的一般特性。（2）濾波。（1）時域波形顯示。時域分析包括時域波形顯示、濾波、相關分析；頻域分析包括傅里葉變換和功率譜分析。考慮到該系統(tǒng)的對切削力信號進行在線實時監(jiān)測的要求，作者選用第一種數據采集方案。當頻率過高時，數據的采集和顯示就不能同步，無法實時采集波形。通過監(jiān)控部分，用戶可以在采樣前對采樣進行多種設置（采樣時間、采樣頻率、采樣幅度等）；采樣中用戶可以隨時暫停采樣、終止采樣和重新采樣，并且在重新采樣時給出警告，提醒用戶將所采集的數據文件更名。低頻數據采集是為了實時監(jiān)控采集數據的波形，使采集數據和顯示波形同步，并且不失真。考慮到這個問題，本文介紹兩種采集方案：一個是低頻數據采集，另一個是高頻數據采集。數據采集模塊的流程圖如下所示：初始化采集板和參數設置基地址、增益、采樣時間、采樣頻率選擇采集方向獲取零點開始采集顯示存儲結束 數據采集流程圖在實際情況中，若要實時監(jiān)控加工過程中的切削力信號，就要考慮到應在計算機屏幕上實時、動態(tài)的顯示信號的波形。在上一節(jié)主要討論了系統(tǒng)的組成及各個部件的功能，在這章作者將對數據采集模塊和數據分析模塊進行介紹。3數據采集模塊和數據分析模塊軟件是該監(jiān)測系統(tǒng)的關鍵。（2）介紹了信號的獲取及轉換，并分別介紹了壓力傳感器的結構、特點和原理，以及電荷放大器和數據采集板的基本原理。由于采用通用型數據采集分析軟件，所以不僅可進行切削力的采集分析，也可完成各種測量分析處理工作。系統(tǒng)構成如下圖所示：DEWETRON 數據采集分析系統(tǒng)帶加法器的5045A分線盒，信號輸出電纜1689B5連接電纜9257B測力儀 系統(tǒng)構成圖使用 9257B 型測力儀，配DEWETRON 的通用型數據采集分析系統(tǒng)，其顯著的特點是該系統(tǒng)不僅可完成切削力的采集分析工作，還可完成其它測量工作(振動、噪聲、轉速、溫度、應力、應變等)，是一個靈活方便的通用數據采集測量系統(tǒng)。由數據采集軟件DEWESoft6LT1的以上性能可知，其功能完全滿足于機床切削力在線監(jiān)測系統(tǒng)的要求。綜合以上所述，該系統(tǒng)所選用的是現有的Dewetron公司所研發(fā)的DEWEsoft數據采集分析系統(tǒng)軟件。（5）圖形、數據的輸出。因為分析信號的頻率結構是確定信號性質的最有效途徑，頻域分析正是要研究信號是由哪些頻率成分組成。對于數字信號，我們一般都采用離散傅里葉變換進行頻譜分析，而快速傅里葉轉換則是離散傅里葉轉換提高運算速度的一種快速算法。（4）數據處理功能。在信號采集過程中，不可避免的會有其它干擾信號，這就使采集的數據不夠準確。即軟件必須能夠實時的反映信號的變化，以便于操作者作出相應的措施。系統(tǒng)在發(fā)生故障或輸入數據不合理時，應有較強的抗干擾能力和排除故障的能力，以免系統(tǒng)產生錯誤或遭到破壞。 系統(tǒng)軟件的選擇系統(tǒng)的應用軟件是根據系統(tǒng)的功能要求來進行選擇的，應可靠地實現系統(tǒng)的各種功能。（10）支持任意塊視頻數據讀取。內部觸發(fā)，外部觸發(fā)，軟件觸發(fā)。（7）可采集單場、單幀、間隔幾幀、連續(xù)相鄰幀的圖像。（5）支持Overlay多路同時預覽，CPU占用率極低。（3）板載采樣保持器。實體外觀如下圖所示： 數據采集卡視頻采集卡的A/D轉換工作原理如下圖所示：ADCPGA 通道0 IN+ : : : :PGAADC : : : 通道3 IN+BUFFERCONTRAL 外觸發(fā) 總線 視頻采集卡中A/D轉換工作原理MP04A視頻采集卡的接口為1394火線接口，其主要特點有：（1）支持9位的視頻A/D轉換。MP04A視頻采集卡是專門針對系統(tǒng)開發(fā)商開發(fā)出的多路視頻PCI總線視頻卡，可采集彩色/黑白信號。Philips 7130芯片是一個9 bit ADC,相對于8 bit ADC BT878芯片來說，不管是圖像質量，還是顏色的飽和度方面都強很多?？紤]到研制周期、質量、可靠性等諸多因素，作者采用了現有的數據采集板——臺灣研華公司的MP04A視頻采集卡。（4）精度：精度是指量化誤差和附加誤差之和。A/D轉換器總存在177。（2）轉換時間：A/D轉換時間指的是從轉換命令開始到轉換結束，得到穩(wěn)定的數字輸出量的時間。它是A/D轉換器能夠區(qū)分的模擬量的最小變化值。A/D轉換器的主要功能有：（1）抽樣：將模擬信號在時間上離散化，使其成為抽樣信號；（2）量化：將抽樣信號的幅度離散化，使其成為數字信號；（3）編碼：將數字信號表示成計算機所能接受的形式[14]。在計算機測試系統(tǒng)中，由于壓電式傳感器、信號放大器輸出的信號是模擬信號，而計算機所能識別的信號是數字信號，因此在計算機和傳感測試電路之間，就需要用A/D轉換器來實現信息的轉換和傳遞，進而實現監(jiān)測系統(tǒng)對信號的控制。數據采集系統(tǒng)是計算機獲取信息的主要途徑[13]?；贒ewetron公司儀器的諸多優(yōu)點和對實驗條件的研究，最終決定采用其公司的 DAQPadCHARGEB型電荷放大器。Dewetron公司是世界著名的設計和生產便攜式數據采集系統(tǒng)的專業(yè)廠家，其便攜式數據采集分析系統(tǒng)享譽世界。根據密勒定理，反饋電容 Cf 折算到放大器輸入端的等效電容為（1 + A）Cf，則有： （）當 A 足夠大時，則（1 + A）Cf（Ca + Cc + Ci），上式變?yōu)椋? （）由此可見，電荷放大器的輸出電壓僅與反饋電容和輸入電荷有關，電纜電容以及其他因素的影響可忽略不計，但需滿足兩個條件：（Ca + Cc + Ci）（1 + A）Cf；增益A→∞,但電纜也不能太長，否則會降低信噪比，使低頻特性變差[12]。高通濾波器為二階無源高通濾波器，其可以非常有效地抑制低頻干擾信號對有用信號的影響[11]。反饋電容Cf有有101pF、102pF、103pF、104pF四檔。電荷變換級的作用是將電荷轉換成與其成正比的電壓信號，將高輸出阻抗轉換為低輸出阻抗。理想的電荷放大器是一個具有極大電容Cf負反饋的高增益運算放大器。傳感器所產生的電信號一般非常弱。該測力儀的特點如下：（1）剛性好，高固有頻率；（2）測量范圍寬；（3）線性度高且范圍寬，較小的滯后性；（4）各通道間的干擾很?。唬?）操作簡單：按一個按鈕（復位鍵）——測量；（6）結構簡單，壽命長；Kistler9257B型測力儀的實體外觀如下圖所示： Kistler9257B型測力儀 測力儀受力時傳感器產生力矩示意圖 ，當測力儀受到外力作用時，其內部四組壓電傳感器就會產生8組（X方向的X1和X2，Y方向的Y1和Y2,Z方向的ZZZZ4）切削力信號。最后通過對多種石英壓電式傳感器性能進行比較，作者最終選用了實驗室現有的奇石樂公司的Kistler9257B型測力儀。而且石英晶體的輸出具有較大的線性范圍與較好的響應特性等特點[9]。石英晶體的突出優(yōu)點是具有較好的機械強度和時間、溫度穩(wěn)定性。機械能電能正壓電效應逆壓電效應 壓電效應在自然界中大多數晶體都具有壓電效應, 但壓