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 MAX(Measurement & 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。