第17章 测试系统与虚拟仪器

第17章 测试系统与虚拟仪器 17.1 测试系统的概念 17.1.1 传感器 17.1.2 信号调理 17.1.1 传感器 根据传感器的工作原理，可分为物理传感器和化 学传感器两大类。 按照其用途，传感器可分为压力敏和力敏传感器 、位置传感器、液面传感器、能耗传感器、速度 传感器、加速度传感器、射线辐射传感器、热敏 传感器等。 按照其原理，传感器可分为振动传感器、湿敏传 感器、磁敏传感器、气敏传感器、真空度传感器 、生物传感器等。 传感器的静态特性。 传感器的动态特性。 传感器有3个重要的指标，即线性度、灵敏度、分 辨力。 17.1.2 信号调理 信号调理简单的说就是将待测信号通过放大、滤 波等操作，转换成采集设备能够识别的标准信号 。 17.2 数据采集 17.2.1 数据采集基本原理 17.2.2、数据采集设备 17.2.1 数据采集基本原理 数据采集的过程就是来自传感器的模拟量被转换 为数字量。 数据采集是测试系统最主要的基础环节，根据信 号的特征和测试的目的，模拟信号可以分为以下3 类。 17.2.2、数据采集设备 数据采集设备的基本种类 插卡式的数据采集设备 分布式数据采集设备 VXI与PXI设备 LAN接口设备 GPIB或串口设备 基于计算机的仪器 数据采集设备的主要指标 采样率 分辨率 设置设备量程范围 设置信号极限 通道数 17.3 测试信号 17.3.1直流电压测量 17.3.2高电压测量和隔离 17.3.1直流电压测量 信号的参考点 接地信号接地信号是信号的一端直接接地的电 压信号。它的参照点是系统地。如左图； 浮动信号浮动信号是不连接到建筑物地等绝对 参考点的电压信号。如右图； 信号连接方式 大多数模拟输入设备，可以有3 个不同的信号连接方式差分DIFF（differential ）、参考单端RSE（reference single-ended）和 非参考单端NRSE（nonreferenced single-ended ）。 17.3.2高电压测量和隔离 17.4 选择并配置DAQ测量硬件 17.4.1 选择硬件 17.4.2 安装DAQ设备驱动程序 17.4.3 测量与自动化管理器 17.4.4 NI-DAQmx 17.4.5 在MAX中配置NI-DAQmx设备 17.4.6 配置数据采集 17.4.1 选择硬件 一旦用户选择了准备测量或/和产生信号的种类， 就可以选择插卡式DAQ设备。一般来说，如果要 准确使用LabVIEW，则建议使用NI公司的设备。 NI公司提供有大量的、各种类型的DAQ设备供选 择，并精心设置了总线、平台、性能、功能和价 格范围，可以查看在线产品目录。如果找到的 DAQ设备不是NI公司的产品，则要确保厂家提供 有该产品的LabVIEW驱动。 具体来说在选择硬件时，首先要考虑的问题。 17.4.2 安装DAQ设备驱动程序 所有与计算机通信的设备都需要使用驱动程序。 驱动程序用于让计算机知道设备已经连接并且可 以使用。假定驱动程序第一次已经正确安装，以 后使用DAQ设备时就不用再为此而困扰。NI公司 的所有DAQ设备都带有驱动程序，封装起来称为 NI-DAQmx。实际上，在安装LabVIEW时已经默 认安装了NI-DAQmx，因此若拥有了LabVIEW完 整版，驱动程序就已经安装在计算机上了 在NI-DAQmx和LabVIEW之间，还有一个称为 MAXMeasurement Automation Explorer的实 用软件。MAX是一个Windows的软件接口，用于 配置和测试软件，可以访问NI公司的所有设备（ 包括DAQ、GPIB、VXI等）。在LabVIEW中访问 硬件之前这样做很有用。而且，MAX是在安装 LabVIEW时默认安装的，在Windows桌面上可以 看到MAX的快捷方式 ，如下图； MAX是一个只能在Windows上使用的实用程序。 要在其他的操作系统上配置DAQ设备，如Mac OS X或Linux上，可以使用为这些OS提供的NI- DAQmx或NI-DAQmx Base配置实用程序，下图 所示为MAX浏览窗口。 17.4.3 测量与自动化管理器 MAX主要用来配置和测试NI公司的硬件，但它也 提供有其他功能，如查看是否安装了最新版本的 NI-DAQmx等。 17.4.4 NI-DAQmx NI-DAQmx是NI公司的跨平台DAQ设备驱动程序 。NI-DAQmx代替了传统的NI-DAQ，并在传统的 NI-DAQ基础上做了如下一些改进 改进了状态模型； 多线程驱动程序； 意外情况下的健壮性； 简化的同步； 降低了LabVIEW框图的混乱； 从简单到高级程序的平滑过渡。 17.4.5 在MAX中配置NI-DAQmx设备 17.4.6 配置数据采集 17.5 小结 本章介绍了基本信号和数据采集理论。不同类型的信号按 照测量的目的，可分为模拟AC、模拟DC、数据开/关、数 字计数/定时器和频率等。信号源可以是接地的或浮地的 。接地信号通常来自插卡式设备或连接到大地。浮地信号 源包括许多类型的传感器，如热电偶或加速度等。根据信 号源的类型、信号的特点和信号数量，有差分、单端接地 和单端浮地等3种。数据采集系统的采样率，根据Nyquist 定理必须大于被测量信号的最高频率的两倍。 NI提供了设备驱动软件包NI-DAQmx，所以数据采集系统 软件的编写很简单，借助NI-MAX的辅助，可以很容易采 集到数据。