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挑戰(zhàn):
為了進(jìn)行一個(gè)現(xiàn)場(chǎng)的物理量采集與分析，比如，鐵路道岔在操作過(guò)程中和/或火車(chē)通過(guò)中所產(chǎn)生的壓力和力，我們創(chuàng)建了易于運(yùn)輸?shù)南到y(tǒng)，以便驗(yàn)證和分析其在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的行為特性。
解決方案:
將NI CompactDAQ硬件與USB接口集成，利用安裝在便攜式電腦上的NI LabVIEW開(kāi)發(fā)系統(tǒng)來(lái)開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序，創(chuàng)建一個(gè)易于運(yùn)輸?shù)南到y(tǒng)，該系統(tǒng)不但結(jié)構(gòu)緊湊，簡(jiǎn)單易用，而且靈活，可配置以及良好的牢固性，可以與安裝在鐵路道岔系統(tǒng)上的不同類(lèi)型傳感器進(jìn)行交互，起到即使采集物理量的作用。
“由于NI CompactDAQ系統(tǒng)設(shè)備尺寸小巧，我們創(chuàng)建了一個(gè)重量輕，體積小巧的可封閉箱子，為了對(duì)安裝在現(xiàn)場(chǎng)傳感器上的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)理和采集，我們還包含了必要的功能，來(lái)對(duì)客戶(hù)的應(yīng)用進(jìn)行分析。”
我們?cè)O(shè)計(jì)了該系統(tǒng)，并對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了一段時(shí)間的測(cè)試，在測(cè)試期間出現(xiàn)了干擾現(xiàn)象，如峰值干擾——干擾甚至達(dá)到幾百伏電壓，這些干擾是由于經(jīng)過(guò)的火車(chē)引起的電磁場(chǎng)引起的。我們創(chuàng)建該系統(tǒng)，不僅為了對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行簡(jiǎn)單的測(cè)試，也為了研究道岔反復(fù)受到壓力時(shí)的情況。
系統(tǒng)組件
完整的系統(tǒng)由NI CompactDAQ采集系統(tǒng)，調(diào)理現(xiàn)場(chǎng)電信號(hào)且避免采集系統(tǒng)受到現(xiàn)場(chǎng)干擾的電氣接口組件，以及安裝了數(shù)據(jù)采集和處理應(yīng)用程序，并通過(guò)USB端口與NI CompactDAQ系統(tǒng)連接的便攜式電腦三部分組成。
我們還裝配了電氣系統(tǒng)，包括放置于軍方認(rèn)證的可封閉的帶輪子的箱子中的電信號(hào)調(diào)理與采集系統(tǒng)，該系統(tǒng)非常適合于現(xiàn)場(chǎng)使用。
應(yīng)用程序
我們?cè)O(shè)計(jì)了專(zhuān)用的應(yīng)用程序，用來(lái)輸入采集參數(shù)，如采樣通道，采樣頻率，觸發(fā)和采樣持續(xù)時(shí)間；在測(cè)試期間，用來(lái)管理數(shù)據(jù)，如數(shù)據(jù)的圖形可視化和保存；還可以在后處理中管理和分析采集的數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的圖形可視化，數(shù)學(xué)函數(shù)的應(yīng)用以及以.csv后綴格式的數(shù)據(jù)導(dǎo)出。
緊湊型硬件
由于NI CompactDAQ系統(tǒng)設(shè)備尺寸小巧，我們創(chuàng)建了一個(gè)重量輕，體積小巧的可封閉箱子，為了對(duì)安裝在現(xiàn)場(chǎng)傳感器上的電信號(hào)進(jìn)行調(diào)理和采集，我們還包含了必要的功能，來(lái)對(duì)客戶(hù)的應(yīng)用進(jìn)行分析。
由于硬件數(shù)量有限，用戶(hù)必須為該箱子提供220伏的交流電源，向所有系統(tǒng)中的組件，傳感器系統(tǒng)和采集系統(tǒng)供電；采用適當(dāng)?shù)碾娎|連接口，將傳感器電纜連接到箱子內(nèi)的接線(xiàn)終端上；并用USB電纜線(xiàn)將NI CompactDAQ硬件設(shè)備與便攜式計(jì)算機(jī)連接。
軟件
軟件設(shè)計(jì)部分將測(cè)試采集模塊與后處理分析模塊分開(kāi)，基于所進(jìn)行的不同測(cè)試，允許使用不同類(lèi)型的采集方式，然后在后處理過(guò)程中對(duì)所保存的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。
靈活，可配置的系統(tǒng)
我們將采集模塊結(jié)構(gòu)化，使用戶(hù)可以選擇用于測(cè)試的采樣通道和采樣頻率——用戶(hù)可以選擇的最大頻率取決于用戶(hù)所指定的通道數(shù)。用戶(hù)還可以選擇數(shù)字觸發(fā)器來(lái)啟動(dòng)采集模塊。通過(guò)這個(gè)特殊的功能，用戶(hù)可以定義采集只能在某些情況下才會(huì)開(kāi)始，因而優(yōu)化了實(shí)際的采集持續(xù)時(shí)間和實(shí)施的最長(zhǎng)采集持續(xù)時(shí)間。
對(duì)于每個(gè)模擬通道，用戶(hù)可以定義曲線(xiàn)的圖形表示方法，定義與模擬通道相關(guān)聯(lián)的名稱(chēng)，和定義將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為工程信號(hào)的線(xiàn)性參數(shù)值，來(lái)表示由單個(gè)模擬通道監(jiān)測(cè)的幅值。用戶(hù)可以以特定結(jié)構(gòu)的文件形式來(lái)保存這些參數(shù)值，以便重新反復(fù)使用這些值作為不同測(cè)試的參數(shù)配置。
當(dāng)用戶(hù)開(kāi)始進(jìn)行數(shù)據(jù)采集時(shí)，開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序就會(huì)根據(jù)用戶(hù)所作出的選擇來(lái)動(dòng)態(tài)配置采集引擎，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，以動(dòng)態(tài)采集的方式在圖形上顯示數(shù)據(jù)，將采集的數(shù)據(jù)保存，并在監(jiān)視器上顯示采集狀態(tài)。
我們?cè)O(shè)計(jì)了后處理模塊，以便用戶(hù)再次分析通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)采集存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。用戶(hù)利用該模塊，可以重新加載以前保存的測(cè)試數(shù)據(jù)，圖形顯示這些數(shù)據(jù)以及管理所顯示數(shù)據(jù)曲線(xiàn)，并使用數(shù)學(xué)函數(shù)，如應(yīng)用用于消除頻率上干擾的濾波器函數(shù)，來(lái)處理所采集的數(shù)據(jù)；獲得新的可以以.csv格式導(dǎo)出的圖表，該格式與其他數(shù)學(xué)分析軟件兼容，如NI DIAdem；或以圖片格式保存新的測(cè)試數(shù)據(jù)。