【正文】 taSocket 是 LabVIEW 最新提供的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具，它大大簡(jiǎn)化甚至免除了網(wǎng)絡(luò)通信編程，用戶使用這種技術(shù)可以很容易地在互聯(lián)網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)高速實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交換。圖12描述了 DataSocket 的體系結(jié)構(gòu)。DataSocket 使用一種增強(qiáng)型數(shù)據(jù)類型來(lái)交換儀器類型的數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)類型包括數(shù)據(jù)特性(如采樣率、操作員、通道數(shù)、時(shí)間、及采樣精度)和實(shí)際測(cè)試數(shù)據(jù)。FILE 表示本地文件，HTTP 為超文本傳輸資源，F(xiàn)TP 為文件傳輸服務(wù)器上的資源，OPC表示訪問(wèn)的資源是 OPC 服務(wù)器，DSTP(DataSocket Transfer Protocal，DataSocket 傳輸協(xié)議)則說(shuō)明數(shù)據(jù)是來(lái)自 DataSocket 服務(wù)器的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)。它能有效地支持本地計(jì)算機(jī)上不同應(yīng)用程序?qū)μ囟〝?shù)據(jù)地同時(shí)應(yīng)用，以及網(wǎng)絡(luò)上不同計(jì)算機(jī)地多個(gè)應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)交互，實(shí)現(xiàn)跨機(jī)器、跨語(yǔ)言、跨進(jìn)程的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)共享。DataSocket 包括 DataSocket Server Manager（以下簡(jiǎn)稱 Manager），DataSocket Server和 DataSocket API 一部分。例如，將 Manager 中的Default Reader 設(shè)置為 everyhost，則網(wǎng)絡(luò)中的每臺(tái)客戶計(jì)算機(jī)都可以讀取服務(wù)器上的數(shù)據(jù)。DataSocket Server 是一個(gè)必須運(yùn)行在服務(wù)器端的程序，負(fù)責(zé)監(jiān)管 Manager 中所設(shè)定的具有各種權(quán)限的用戶組和客戶端程序之間的數(shù)據(jù)交換。它可以和測(cè)控應(yīng)用程序安裝在同一臺(tái)計(jì)算機(jī)上，也可以分裝在不同的計(jì)算機(jī)上，以便用防火墻進(jìn)行隔離來(lái)增加整個(gè)系統(tǒng)的安全性。使用 DataSocket 技術(shù)進(jìn)行通信時(shí)服務(wù)器和客戶端的計(jì)算機(jī)上必須都運(yùn)行 DataSocket ServerDataSocket 對(duì)外提升資源定位接口和功能調(diào)用接口，通過(guò)同意資源定位符（URL）對(duì)數(shù)據(jù)的傳輸目的地進(jìn)行定位，讀數(shù)據(jù)時(shí)為源地址，寫(xiě)數(shù)據(jù)時(shí)為宿地址。DataSocket 支持多種數(shù)據(jù)傳送協(xié)議，不同的 URL 前綴表示不同的協(xié)議或數(shù)據(jù)類型。要使用該協(xié)議，必須首先運(yùn)行一個(gè) OPC Server；（5）fieldpoint，logos，lookout：分別為 NI FieldPoint 模塊，LabVIEW 數(shù)據(jù)記錄與監(jiān)控（DSC）模塊及 NI Lookout模塊的通信協(xié)議；（6）file（local file servers，本地文件服務(wù)器）；可提供一個(gè)到包含數(shù)據(jù)的本地文件或網(wǎng)絡(luò)文件的連接。 遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)的組成根據(jù)遠(yuǎn)程測(cè)控?cái)?shù)據(jù)流量狀況及不同的測(cè)試需求可采用基于Client/Server（簡(jiǎn)寫(xiě)為C/S）和Browser/Server（簡(jiǎn)寫(xiě)為B/S）兩種網(wǎng)絡(luò)模型組建遠(yuǎn)程測(cè)試系統(tǒng)。遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖13所示。Web服務(wù)器主要提供基本的網(wǎng)站功能，客戶端通過(guò)訪問(wèn)該網(wǎng)站，可以獲得數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中的實(shí)時(shí)作業(yè)信息和歷史數(shù)據(jù)。客戶機(jī)（C/S）客戶機(jī)（C/S）客戶機(jī)（C/S）網(wǎng)關(guān)測(cè)控服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器web服務(wù)器Internet瀏覽器瀏覽器圖13 遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 Data）傳輸?shù)?。DataSocket技術(shù)是一種簡(jiǎn)單易用的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信技術(shù)，它封裝了TCP/IP編程細(xì)節(jié)（如選擇端口號(hào)、定義協(xié)議、創(chuàng)建連接、字節(jié)流處理、錯(cuò)誤處理等），使測(cè)試工程師不用了解底層的網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)，就可以方便的搭建網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)。Instruments的兩個(gè)組件DatasocketManager和Server。Server是一個(gè)小巧、獨(dú)立運(yùn)行的程序，利用DS技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)必須在發(fā)布數(shù)據(jù)的機(jī)器上打開(kāi)DataSocket發(fā)布數(shù)據(jù)的程序通過(guò)它進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出。DataSocketDatasocketManager和Server主要功能是設(shè)置DS圖API提供了一個(gè)用于多樣編程語(yǔ)言、多種數(shù)據(jù)類型通訊的單一接口，它在LabView中的形式之一是兩個(gè)函數(shù)DataSocket和DataSocket發(fā)布數(shù)據(jù)時(shí)用DataSocketRead將字節(jié)流還原到它原始的形式。傳遞數(shù)據(jù)的3個(gè)部分，即發(fā)布數(shù)據(jù)程序、DataSocket服務(wù)器和接收數(shù)據(jù)的程序，可以放在同一臺(tái)機(jī)器上，但更有普遍意義的是將發(fā)布數(shù)據(jù)程序和DS服務(wù)器放在一臺(tái)機(jī)器上，將其作為測(cè)控服務(wù)器，而接收數(shù)據(jù)的程序在另一臺(tái)機(jī)器上運(yùn)行，將其作為客戶機(jī)。由測(cè)控服務(wù)器首先進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，然后把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)布到DataSocketServer中，客戶端便可以同步地從DataSocket應(yīng)用DataSocket技術(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)目驁D例程如圖15所示。突出的一點(diǎn)就是安全性高。ServerManager可以設(shè)定客戶端連接數(shù)目、數(shù)據(jù)項(xiàng)數(shù)目，創(chuàng)建用戶組和用戶，設(shè)置用戶讀/寫(xiě)以及創(chuàng)建數(shù)據(jù)項(xiàng)的權(quán)限（未設(shè)定權(quán)限的用戶對(duì)服務(wù)器不可訪問(wèn)）。 可以采取在發(fā)布端發(fā)送多個(gè)數(shù)據(jù)項(xiàng)的方法解決，即把實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、時(shí)間、及其他信息分別建立各自的數(shù)據(jù)項(xiàng)，之后經(jīng)采集服務(wù)器端的DataSocketServer，再由客戶端分別接收。為保證客戶端接收數(shù)據(jù)的一致性，采用數(shù)據(jù)屬性方法，把時(shí)間等信息作為數(shù)據(jù)屬性同實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)綁定后再進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)布。采用這種措施后即使傳輸過(guò)程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，丟失的也只能是綁定的數(shù)據(jù)包，并不會(huì)對(duì)下次傳來(lái)的數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，實(shí)驗(yàn)的偽數(shù)據(jù)就不會(huì)產(chǎn)生了，從而避免了因某一項(xiàng)數(shù)據(jù)丟失而無(wú)法匹配或匹配錯(cuò)誤情況的發(fā)生。如果僅用DataSocket中的DataSocketDataSocket會(huì)再次返回上一次的接收數(shù)據(jù)或讀不到數(shù)據(jù)，返回“0”值等，這些都是與測(cè)控過(guò)程無(wú)關(guān)的偽數(shù)據(jù)，反而導(dǎo)致接收端顯示的混亂。具體是將每個(gè)數(shù)據(jù)包分為兩項(xiàng)：數(shù)據(jù)項(xiàng)和屬性項(xiàng)，分別存放采集數(shù)值和本次發(fā)送的標(biāo)記—序號(hào)Q，然后發(fā)包給DataSocket。如果某次從DataSocket圖16為程序流程：圖16 收發(fā)數(shù)據(jù)流程隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的引入，虛擬儀器技術(shù)漸漸向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，很多測(cè)試任務(wù)也提出了遠(yuǎn)程測(cè)試的要求。虛擬儀器技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合及其在測(cè)控領(lǐng)域中的應(yīng)用，是對(duì)傳統(tǒng)測(cè)控方式的一場(chǎng)革命。測(cè)控方式的網(wǎng)絡(luò)化，是未來(lái)測(cè)控技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)，通過(guò)建立分布式網(wǎng)絡(luò)測(cè)控系統(tǒng)，能夠充分利用現(xiàn)有資源和網(wǎng)絡(luò)帶來(lái)的種種好處，實(shí)現(xiàn)各種資源最有效合理的配置。這樣既可以充分發(fā)揮服務(wù)器控制測(cè)試儀器的接口能力，又能發(fā)揮客戶機(jī)數(shù)據(jù)處理能力，而且便于系統(tǒng)的擴(kuò)展。（1）振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖21 所示客戶端計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)采集卡 服 務(wù) 器 計(jì) 算 機(jī) 恒流源傳感器客戶端計(jì)算機(jī)激振器功率放大器客戶端計(jì)算機(jī)圖21 振動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)產(chǎn)生一個(gè)頻率連續(xù)變化的正弦激勵(lì)信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換后輸出，經(jīng)功率放大器送到激振器，是被測(cè)構(gòu)件產(chǎn)生受迫振動(dòng)。采用外接電荷放大器，將對(duì)應(yīng)振動(dòng)加速度的電荷量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘?hào)并放大后傳遞到數(shù)據(jù)采集卡。這樣當(dāng)服務(wù)器運(yùn)行振動(dòng)測(cè)試服務(wù)程序，采集被測(cè)對(duì)象加速度信號(hào)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)以后，客戶端只要在本地的振動(dòng)測(cè)試程序中準(zhǔn)確填寫(xiě)服務(wù)器計(jì)算機(jī)的IP地址或網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識(shí)名，就可以像自己的機(jī)器采集數(shù)據(jù)一樣完成振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)。圖（a）為服務(wù)器端得程序結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)采集模塊采集到反映振動(dòng)加速度的電壓信號(hào)通過(guò)DataSocket傳輸?shù)接?jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上，同時(shí)監(jiān)控振動(dòng)的頻率。網(wǎng)絡(luò)通信使用DataSocket從網(wǎng)絡(luò)上接收加速度信號(hào)。根據(jù)本次實(shí)驗(yàn)條件選擇濾波器截止頻率400Hz。頻譜分析模塊選用快速傅里葉變換計(jì)算出時(shí)域信號(hào)的自功率；頻率單位轉(zhuǎn)換VI將自功率譜轉(zhuǎn)換為需要的格式；功率及頻率估值VI計(jì)算出自功率譜中的頻率峰值。積分用“數(shù)學(xué)積分與微分”函數(shù)子選板中的Integral x(t)VI。如圖31硬件結(jié)構(gòu)圖計(jì)算機(jī)壓電傳感器數(shù)據(jù)采集卡電荷放大器被測(cè)對(duì)象LabVIEW如圖31 硬件結(jié)構(gòu)圖（1）加速度傳感器加速度傳感器主要測(cè)試振動(dòng)體的振動(dòng)加速度，機(jī)械振動(dòng)測(cè)量中常用的壓電式加速度傳感器，它是以某些材料受力后在其表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)為轉(zhuǎn)換原理的傳感器，壓電式加速度傳感器輸出的電荷量與物體振動(dòng)加速度成比例，用適當(dāng)?shù)臏y(cè)試系統(tǒng)檢測(cè)出電荷量，就實(shí)現(xiàn)了對(duì)振動(dòng)加速度的測(cè)量。本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)采用的是并聯(lián)壓電材料的壓電傳感器，適于選用電荷放大器，其電路特點(diǎn)是放大器輸出電壓只與傳感器產(chǎn)生的電荷輸入量及放大器反饋電容有關(guān)，與構(gòu)成電路的電纜形成的分布電容和信號(hào)頻率無(wú)關(guān)，這一特性使電荷放大器的傳輸線路的分布電容不敏感，傳輸距離可達(dá)數(shù)百米。s2橫向靈敏度比：5%頻率范圍：~6000Hz安裝諧振：30kHz量 程：1000 ms2絕緣電阻：109Ω電 容：~2000pF工作溫度：20~120℃內(nèi)部結(jié)構(gòu)：平面剪切安裝方式：M5螺紋孔輸出方式：頂端L5（2）電荷放大器壓電式傳感器輸出的電荷信號(hào)比較微弱，不能直接被數(shù)據(jù)采集卡采集，需要用信號(hào)放大器把較弱的電荷信號(hào)轉(zhuǎn)化成較強(qiáng)的能被數(shù)據(jù)采集卡采集的電壓信號(hào)。本系統(tǒng)采用DHF4型電荷放大器為例，電荷放大器上還具有低通濾波器和能按傳感器靈敏度調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的適調(diào)放大器。 本儀器在國(guó)防工業(yè)、運(yùn)輸交通、機(jī)械制造及建筑工業(yè)等需要對(duì)機(jī)械振動(dòng)、沖擊等量進(jìn)行測(cè)量的地方有廣泛的用途。2靈敏度：本儀器的輸出靈敏度與所配用的壓電傳感器的電荷靈敏度之間經(jīng)適調(diào)電位歸一之后與增益，開(kāi)關(guān)之間的關(guān)系如電荷靈敏度SQ的范圍1～輸出電壓mv/,1,10,100,1000。4準(zhǔn)確度：≤177。5頻率范圍及濾波器。下限截止頻率： 。1V,該檔滿輸出時(shí)頻率上限為10KHz) 。1dB為準(zhǔn))五檔通帶外下降斜率為12dB/倍頻程。50mA ，輸出電壓：0～177。7噪聲電平本儀器的輸出噪音電平在輸入電容為1000pf時(shí)小于1mV(有效值)。8過(guò)載顯示本儀器內(nèi)各輸出電壓超過(guò)177。9諧波失真輸出信號(hào)的諧波失真度小于1%。重適用條件環(huán)境溫度：0℃～+10℃，相對(duì)濕度：〈80% ，大氣壓力：750177。15V(約35mA) （3）數(shù)據(jù)采集卡系統(tǒng)中采用的數(shù)據(jù)采集卡是PCI6251，它是美國(guó)NI公司生產(chǎn)的多功能接口卡，此卡設(shè)計(jì)基于PCI總線，數(shù)據(jù)傳輸速率高，吞吐量大，是數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計(jì)的主流，它是一塊性價(jià)比較好的產(chǎn)品，支持DMA方式和雙緩沖模式，保證了實(shí)時(shí)的信號(hào)不間斷采集與儲(chǔ)存。提供16路單端/8路差動(dòng)模擬輸入通道，2路獨(dú)立的D/A輸出通道，24線的TTL型數(shù)字I/O，3個(gè)16位定時(shí)計(jì)數(shù)器等多種功能。其工作原理是借助軟件來(lái)控制整個(gè) DAQ 系統(tǒng)，包括采集原始數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)等。其中 DAQ 卡的存儲(chǔ)單元有存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)緩沖器，存儲(chǔ)器按先進(jìn)先出或循環(huán)刷新的原則暫存采集數(shù)據(jù)，I/O 及存儲(chǔ)控制邏輯用于 I/O 編碼、定時(shí)計(jì)數(shù)、通信及產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸方式控制信號(hào)等。數(shù)據(jù)采集卡工作原理如圖34所示。使用過(guò)高的采樣率會(huì)消耗大量系統(tǒng)資源，并增加信號(hào)處理所用的時(shí)間。掃頻儀主要是采集部分連續(xù)輸出頻率并在一定的頻率范圍內(nèi)進(jìn)行循環(huán)，便于觀察者讀取數(shù)據(jù)，同時(shí)將輸出頻率發(fā)送到服務(wù)器振動(dòng)測(cè)試程序當(dāng)中。在試驗(yàn)過(guò)程中采用自動(dòng)掃頻時(shí)，程序運(yùn)行時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，所以采用手動(dòng)掃頻方式，在試驗(yàn)過(guò)程中，區(qū)間邊界值可以根據(jù)被測(cè)物得固有頻率在面板的設(shè)置。所用到的鐵板在敲擊時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)頻率在60Hz左右，可以手動(dòng)更改掃頻儀前面板頻率設(shè)置選項(xiàng)中的頻率值，直到波形清晰、完整為止。（2） 根據(jù)設(shè)置的輸出信號(hào)類型、幅值、頻率以及緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)容量計(jì)算出輸出的波形信號(hào)，并且設(shè)置輸出刷新率。模式設(shè)置為連續(xù)輸出（Continuous samples）。（5） 開(kāi)始執(zhí)行模擬輸出任務(wù)。據(jù)此重新計(jì)算輸出刷新率。（8） 使用DAQmx Is Task Done VI 通過(guò)設(shè)置時(shí)間檢查一次任務(wù)執(zhí)行狀況。服務(wù)器的主要完成數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)頻譜分析、采集數(shù)據(jù)情況的記錄、數(shù)據(jù)顯示、和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程發(fā)送等功能。數(shù)據(jù)采集助手的連續(xù)采集、采樣率和采樣數(shù)在程序前面板上設(shè)置。數(shù)據(jù)頻譜分析當(dāng)中，首先要進(jìn)行加窗處理，為了減小或抑制頻率泄露，由于實(shí)驗(yàn)中所用內(nèi)置電路壓電晶體加速度傳感器給出的靈敏度參數(shù)以g為單位。通過(guò)電子表格文件VI可以查看相應(yīng)采樣時(shí)間日期、采樣頻率、實(shí)驗(yàn)編號(hào)等內(nèi)容。數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程發(fā)送主要用到Dstr VI對(duì)數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行控制，下面會(huì)詳細(xì)介紹，在此不加講解。程序主要執(zhí)行步驟：（1） 讀取當(dāng)前文本文件程序。（3） 振動(dòng)信號(hào)通過(guò)低通數(shù)字濾波器。（5） 信號(hào)通過(guò)單位轉(zhuǎn)換變成加速度單位。（7） 通過(guò)加窗減少和抑制頻率泄露。（9） 通過(guò)前面板的按鍵完成對(duì)數(shù)據(jù)傳輸和采集的控制。圖44 振動(dòng)測(cè)試實(shí)驗(yàn)服務(wù)器程序框圖 數(shù)據(jù)傳輸控制Dstr VI中對(duì)數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行控制，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為振動(dòng)加速度波形數(shù)據(jù)和采樣率。按圖45構(gòu)建數(shù)據(jù)傳輸控制的程序圖圖45 Dstr VI的程序圖 客戶端程序設(shè)計(jì)客戶端主要完成數(shù)據(jù)的接收、數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)處理、頻譜分析、數(shù)據(jù)的顯示等功能。對(duì)加速度信號(hào)的變化率的累加進(jìn)行積分，得到當(dāng)前的速度；在通過(guò)對(duì)速度變化率的累加進(jìn)行積分，得到當(dāng)前的位移值，積分得到速度值以后，轉(zhuǎn)換為mm/s；積分得到位移振幅值以后，轉(zhuǎn)換為181。在圖形顯示時(shí)為了便于觀察，通過(guò)創(chuàng)建數(shù)組和捆綁最后顯示在一個(gè)波形圖當(dāng)中。加速度信號(hào)通過(guò)數(shù)組的轉(zhuǎn)化經(jīng)均值的求得加速度振幅平均值。兩個(gè)波形圖分別顯示振動(dòng)的時(shí)域信號(hào)和頻譜。時(shí)標(biāo)控件改變顯示的數(shù)據(jù)點(diǎn)間隔，以便于觀察波形。程序中用DataSocket Read VI從網(wǎng)絡(luò)上接收數(shù)據(jù)。（2） 將加速度信號(hào)的變化率進(jìn)行積分得到當(dāng)前的速度值，再進(jìn)行速度變化率的累加，得到當(dāng)前位移。在此用到消除趨勢(shì)項(xiàng)控件。（5） 通過(guò)自功率譜VI得到時(shí)域信號(hào)的自功率譜。（7） 功率和頻譜估計(jì)值VI計(jì)算出自功率譜中的頻率峰值。趨勢(shì)項(xiàng)是測(cè)試系統(tǒng)中某些因素引起的隨時(shí)間變