【正文】 種 想 象 出 來 的 疾 病 而 是 身 體 “戰(zhàn) 備 狀 態(tài) ”的 反 應(yīng) ， 這 是 當(dāng) 我 們 意 識 到 某 種 情 形 ， 或 者 某 個 人 ， 或 者 某 件 事 情 具 有 潛 在 的 威 脅性 的 時 候 做 出 的 反 應(yīng) [1]。生 活 中 監(jiān) 測 系 統(tǒng) 這 一 詞 應(yīng) 用 廣 泛 ， 很 多 人 只 是 聽 說 過 卻 無 法 準(zhǔn) 確 的 定 義 什 么 是監(jiān) 測 系 統(tǒng) ， 在 本 設(shè) 計(jì) 中 我 也 通 過 用 心 去 體 會 并 在 網(wǎng) 上 找 到 準(zhǔn) 確 的 監(jiān) 測 系 統(tǒng) 的 定 義 。隨著各種現(xiàn)代化設(shè)備的增加，各種數(shù)據(jù)的實(shí)時測量和分析成了通訊企業(yè)工作量較大的內(nèi)容。自動監(jiān)測系統(tǒng)可以減少配備人員的數(shù)量并提高監(jiān)測業(yè)務(wù)的效率 [3]。顧名思義，壓力監(jiān)測系統(tǒng)是上述兩項(xiàng)定義的結(jié)合，壓力監(jiān)測是通過利用先進(jìn)的儀器儀表系統(tǒng)對工業(yè)機(jī)械上所產(chǎn)生或應(yīng)用的壓力進(jìn)行實(shí)時的監(jiān)控并進(jìn)行控制。測控技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)、工業(yè)生產(chǎn)和國防科技等諸多領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛，它的現(xiàn)代化已被認(rèn)為是科學(xué)技術(shù)、國防現(xiàn)代化的重要條件和明顯標(biāo)志。電子測量技術(shù)作為測控技術(shù)的一部分，其發(fā)展總是與自然科學(xué)，特別是電子技術(shù)的最新發(fā)展緊密相連。虛擬儀器改變了傳統(tǒng)測量儀器的概念、模式和結(jié)構(gòu)，用戶完全可以自己定義一起的功能和參數(shù)，即“軟件即是儀器” ，虛擬儀器以其特有的優(yōu)勢顯示了強(qiáng)大的生命力 [2]。采用虛擬儀器構(gòu)建測試儀器，開發(fā)效率高，可維護(hù)性強(qiáng)，測試精度、穩(wěn)定性和可靠性能夠得到充分的保證，具有很高的性能價格比，節(jié)省投資，便于設(shè)備的更新和功能的轉(zhuǎn)換與補(bǔ)充。6 課題的提出與意義壓力是工業(yè)生產(chǎn)過程中的一個重要參數(shù),準(zhǔn)確地測量壓力進(jìn)而控制壓力,對保證設(shè)備安全和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有重要意義。因此，準(zhǔn)確測量壓力意義十分重要。但由于弊端的傳統(tǒng)手段，如價格昂貴、功能單一、可擴(kuò)展性不好等，很難滿足業(yè)界的要求。采用虛擬儀器構(gòu)建測試儀器，開發(fā)效率高，可維護(hù)性強(qiáng)，測試精度、穩(wěn)定性和可靠性能夠得到充分的保證，具有很高的性能價格比，節(jié)省投資，便于設(shè)備的更新和功能的轉(zhuǎn)換與補(bǔ)充。 課題的實(shí)現(xiàn)對于本課題，有很多的實(shí)現(xiàn)方法，然而對于我來講因?yàn)橘Y金與實(shí)驗(yàn)條件的多種限制，使我只能用很簡單的方式來模擬這種壓力監(jiān)測。Labview 是一種程序開發(fā)環(huán)境，由美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的，類似于 C和 BASIC 開發(fā)環(huán)境，但是 Labview 與其他計(jì)算機(jī)語言的顯著區(qū)別是：其他計(jì)算機(jī)語言都是采用基于文本的語言產(chǎn)生代碼，而 Labview 使用的是圖形化編輯語言 G 編寫程序，產(chǎn)生的程序是框圖的形式 [3]。虛擬儀器的研究中涉及的基礎(chǔ)理論主要有計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集和數(shù)字信號處理。圖形化的程序語言，又稱為“G”語言。它盡可能利用了技術(shù)人員、科學(xué)家、工程師所熟悉的術(shù)語、圖標(biāo)和概念，因此，Labview 是一個面向最終用戶的工具。使用它進(jìn)行原理研究、設(shè)計(jì)、測試并實(shí)現(xiàn)儀器系統(tǒng)時，可以大大提高工作效率。整體設(shè)計(jì)思路如下：利用壓力傳感器監(jiān)測壓力信號此信號為模擬信號，并由數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進(jìn)行 A/D 信號轉(zhuǎn)換將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號送入 PC 機(jī)。在采集信號的同時可設(shè)定信號上限，超出的信號不能顯示出來并使路燈閃亮。對于虛擬儀器 LABVIEW，軟件才是它的核心。以方便習(xí)慣使用現(xiàn)有測量儀的人員的使用；另一方面也是讓工作人員更容易接受這套系統(tǒng)。這些功能主要通過 Labview 軟件實(shí)現(xiàn)的。最后在軟件的前面板顯示出動態(tài)特性測試結(jié)果。信號輸入輸出信號數(shù)據(jù)采集 PC 機(jī)LABVIEW圖 21 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖利用壓力傳感器，傳感器輸出的信號送入電路轉(zhuǎn)換為電壓信號，再送入數(shù)據(jù)采集卡將模擬量到數(shù)字量的轉(zhuǎn)換，并輸入到 PC 機(jī)中，然后利用 PC 機(jī)中的 LABVIEW 圖形化編程軟件將輸入的電壓信號處理輸出并且顯示，并對信號進(jìn)行分析對超限信號起到報(bào)警功能，數(shù)據(jù)可由 EXCEL 生成報(bào)表。大連交通大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8報(bào)警(綠燈亮)EXCEL 工具箱實(shí)現(xiàn)報(bào)表輸出LABVIEW數(shù)據(jù)處理壓力傳感器接受壓力信號數(shù)據(jù)采集卡接受模擬信號進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號壓力信號（電流信號）通過接入電阻轉(zhuǎn)換成電壓信號存儲顯示壓力數(shù)據(jù)的曲線和數(shù)字實(shí)時顯示數(shù)據(jù)接收圖 22 系統(tǒng)總體細(xì)節(jié)框圖 大連交通大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）9第三章 壓力傳感器 壓力傳感器定義壓力傳感器是工業(yè)實(shí)踐中最為常用的一種傳感器，其廣泛應(yīng)用于各種工業(yè)自控環(huán)境，涉及水利水電、鐵路交通、智能建筑、生產(chǎn)自控、航空航天、軍工、石化、油井、電力、船舶、機(jī)床、管道等眾多行業(yè)，面就簡單介紹一些常用傳感器原理及其應(yīng)用。 瓷 壓 力 傳 感 器 抗 腐 蝕 的 陶 瓷 壓 力 傳 感 器 沒 有 液 體 的 傳 遞 ， 壓 力 直 接 作 用 在陶 瓷 膜 片 的 前 表 面 ， 使 膜 片 產(chǎn) 生 微 小 的 形 變 。 寶 石 壓 力 傳 感 器 　 利 用 應(yīng) 變 電 阻 式 工 作 原 理 ， 采 用 硅 藍(lán) 寶 石 作 為 半 導(dǎo)體 敏 感 元 件 ， 具 有 無 與 倫 比 的 計(jì) 量 特 性 。 其 中 石 英 （ 二 氧 化 硅 ） 是 一 種 天 然 晶 體 ， 壓 電 效 應(yīng) 就 是 在 這 種 晶 體中 發(fā) 現(xiàn) 的 ， 在 一 定 的 溫 度 范 圍 之 內(nèi) ， 壓 電 性 質(zhì) 一 直 存 在 ， 但 溫 度 超 過 這 個 范 圍 之 后 ，壓 電 性 質(zhì) 完 全 消 失 。 當(dāng) 傳大連交通大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10感 器 確 定 之 后 ， 與 之 相 配 套 的 測 量 方 法 和 測 量 設(shè) 備 也 就 可 以 確 定 了 。 1． 根 據(jù) 測 量 對 象 與 測 量 環(huán) 境 確 定 傳 感 器 的 類 型　 　 要 進(jìn) 行 —個 具 體 的 測 量 工 作 ， 首 先 要 考 慮 采 用 何 種 原 理 的 傳 感 器 ， 這 需 要 分 析多 方 面 的 因 素 之 后 才 能 確 定 ?！?　 在 考 慮 上 述 問 題 之 后 就 能 確 定 選 用 何 種 類 型 的 傳 感 器 ， 然 后 再 考 慮 傳 感 器 的 具體 性 能 指 標(biāo) 。 因 為 只 有 靈 敏度 高 時 ， 與 被 測 量 變 化 對 應(yīng) 的 輸 出 信 號 的 值 才 比 較 大 ， 有 利 于 信 號 處 理 。 因 此 ， 要 求 傳 感 器 本 身 應(yīng) 具 有 較 高 的 信 噪 比 ， 盡 量 減 少 從外 界 引 入 的 干 擾 信 號 。 當(dāng) 被 測 量 是 單 向 量 ， 而 且 對 其 方 向 性 要 求 較 高 ，則 應(yīng) 選 擇 其 它 方 向 靈 敏 度 小 的 傳 感 器 ； 如 果 被 測 量 是 多 維 向 量 ， 則 要 求 傳 感 器 的 交叉 靈 敏 度 越 小 越 好 。傳 感 器 的 頻 率 響 應(yīng) 高 ， 可 測 的 信 號 頻 率 范 圍 就 寬 ， 而 由 于 受 到 結(jié) 構(gòu) 特 性 的 影 響 ， 機(jī)械 系 統(tǒng) 的 慣 性 較 大 ， 因 有 頻 率 低 的 傳 感 器 可 測 信 號 的 頻 率 較 低 。 性 范 圍　 　 傳 感 器 的 線 形 范 圍 是 指 輸 出 與 輸 入 成 正 比 的 范 圍 。 傳 感 器 的 線 性 范 圍 越 寬 ， 則 其 量 程 越 大 ， 并 且 能 保 證 一 定 的 測 量精 度 ?！?　 但 實(shí) 際 上 ， 任 何 傳 感 器 都 不 能 保 證 絕 對 的 線 性 ， 其 線 性 度 也 是 相 對 的 。 定 性大連交通大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）11　 　 傳 感 器 使 用 一 段 時 間 后 ， 其 性 能 保 持 不 變 化 的 能 力 稱 為 穩(wěn) 定 性 。 因 此 ， 要 使 傳 感器 具 有 良 好 的 穩(wěn) 定 性 ， 傳 感 器 必 須 要 有 較 強(qiáng) 的 環(huán) 境 適 應(yīng) 能 力 。 傳 感 器 的 穩(wěn) 定 性 有 定 量 指 標(biāo) ，在 超 過 使 用 期 后 ， 在 使 用 前 應(yīng) 重 新 進(jìn) 行 標(biāo) 定 ， 以 確 定 傳 感 器 的 性 能 是 否 發(fā) 生 變 化 。 度　 　 精 度 是 傳 感 器 的 一 個 重 要 的 性 能 指 標(biāo) ， 它 是 關(guān) 系 到 整 個 測 量 系 統(tǒng) 測 量 精 度 的 一個 重 要 環(huán) 節(jié) 。 這 樣 就 可 以 在 滿 足 同 一 測 量 目 的 的諸 多 傳 感 器 中 選 擇 比 較 便 宜 和 簡 單 的 傳 感 器 。對 某 些 特 殊 使 用 場 合 ， 無 法 選 到 合 適 的 傳 感 器 ， 則 需 自 行 設(shè) 計(jì) 制 造 傳 感 器 。 傳感器的選用 傳感器的選用總結(jié)以 上 本設(shè)計(jì)選用 AK4 型為壓力傳感器。AK4 型壓力傳感器主要用途：該傳感器適用于各種動、靜態(tài)、氣、液體介質(zhì)的壓力測量。圖 31 實(shí)物圖大連交通大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12圖 32 示意圖 AK4 型壓力傳感器特點(diǎn)、靈敏度調(diào)整功能，標(biāo)準(zhǔn)電壓、電流信號輸出，性能穩(wěn)定可靠，結(jié)構(gòu)緊湊，安裝使用方便:AK4a：普通型鋁外殼AK4b：不銹鋼外殼 AK4c：密封型：全 O 圈密封，隔潮；全不銹鋼結(jié)構(gòu)，防腐蝕AK4f：數(shù)顯壓力變送器，1/2 數(shù)碼顯示，直接顯示壓力數(shù)值，并且具有變送功能。6，12，24 VDC絕緣電阻 ≥100 MΩ工作溫度 10 至+50 ℃零點(diǎn)偏移 %FS/4h大連交通大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13熱零點(diǎn)偏移 %FS/10℃熱靈敏度偏移 %FS/10℃允許過負(fù)荷 120 %FS接線方式插座：電源（+） ；輸出（+）3 輸出（） ；4 電源（） 。 數(shù) 據(jù) 采 集 系 統(tǒng) 是 結(jié) 合 基 于計(jì) 算 機(jī) 或 者 其 他 專 用 測 試 平 臺 的 測 量 軟 硬 件 產(chǎn) 品 來 實(shí) 現(xiàn) 靈 活 的 、 用 戶 自 定 義 的 測 量系 統(tǒng) 。 這 種 也 算 作 數(shù) 據(jù) 采 集 卡 的 一 種 ， 只 是 它 對 環(huán) 境 的 適 應(yīng) 能 力 更 強(qiáng) ， 可 以 應(yīng)對 各 種 惡 劣 的 工 業(yè) 環(huán) 境 。 和 常 見 的 內(nèi) 置 采 集 卡 不 同 ， 外 置 數(shù) 據(jù) 采 集 卡 一 般 采 用 USB 接 口 和1394 接 口 ， 因 此 ， 外 置 數(shù) 據(jù) 采 集 卡 主 要 指 USB 采 集 卡 和 1394 采 集 卡 。將采集到的信號放大濾波后，由數(shù)據(jù)采集卡 labjack 進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換并將其送入 PC 機(jī)中?；?LabJackU12 數(shù)據(jù)采集器和 LabVIEW 圖形化編程語言組成虛擬儀器測大連交通大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14試系統(tǒng)的硬件和軟件以及儀器的功能特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)采集測試的控制與實(shí)時顯示數(shù)據(jù)存儲與分析等功能,提高了測試的精度。 簡介圖41　　LabJackU12的正面圖數(shù)據(jù)采集硬件有多種形式，數(shù)據(jù)采集硬件的選擇要根據(jù)具體的場合并考慮到自己現(xiàn)有的技術(shù)資源，本次課題采用 U12 產(chǎn)品，如圖 41 所示。它使計(jì)算機(jī)輕而易舉地和外部物理世界聯(lián)系起來，被廣泛地應(yīng)用于測試儀器，工業(yè)過程控制，數(shù)據(jù)監(jiān)視等各種數(shù)據(jù)采集和控制場合。LabJackU12 主要性能和特點(diǎn)如下： 位、八個單端或四個差動的模擬量輸入2.177。要確定操作系統(tǒng)版本，點(diǎn)擊開始設(shè)置 控制面板 系統(tǒng)常規(guī)，確認(rèn)版本號是 或更高。 數(shù)據(jù)采集硬件配置在計(jì)算機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)下，用提供的連接線把 LabJackU12 接到計(jì)算機(jī)的 USB 口上。狀態(tài)發(fā)光二極管會快速閃爍 4 次（頻率大約 4 赫茲），然后保持暗狀態(tài)，這說明計(jì)算機(jī)正在訪問查尋。Windows 本身自帶 LabJackU12 所需的底層驅(qū)動程序，接上 LabJack 后，系統(tǒng)自動開始訪問查尋。如果必要，重新啟動計(jì)算機(jī)，此時可能需要視窗的安裝光盤，請確定所提供光盤的視窗版本是否正確。訪問查尋完成后，發(fā)光二極管會閃兩次并保持亮狀態(tài)，這說明視窗己正常地訪問查尋了 LabJack。大連交通大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）16 數(shù)據(jù)采集的軟件驅(qū)動雖然 Windows 已包含了 LabJack 所需的 USB 底層驅(qū)動程序，但是它還需要高級驅(qū)動程序來進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳送和接收。插入安裝光盤前，關(guān)閉所有打開的應(yīng)用程序，特別是與LabJack 相關(guān)的軟件。如果安裝程序沒自動運(yùn)行，你可用鼠標(biāo)雙擊在光盤上的 。所安裝的應(yīng)用程序是需要該引擎才能運(yùn)行的。一些病毒掃描程序和 LVRTE 的安裝可能有沖突。要測試安裝正確與否，運(yùn)行LJTEST 程序。安裝光盤會安裝高級驅(qū)動程序()、高級驅(qū)動程序的 ActiveX 接口和調(diào)用這些動態(tài)鏈接庫的 Labview 子程序。如果安裝程序能找到 Labview 的目錄，它會把 Labview 的子程序拷貝到“\\addons\”目錄下。否則，這些子程序會被復(fù)制到c:\ProgramFiles\LabJack)\drivers\labview 目錄中。由于 ActiveX 的限制性，OCX 中有兩個附加的函數(shù)。大多數(shù)函數(shù)使用了下列兩個參數(shù)：errorcode–LabJack 特定的錯誤碼。用“Ge