楊春民　邵在虎

虛擬儀器技術(shù)是測試技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是2門學(xué)科最新技術(shù)的結(jié)晶，融合測試?yán)碚?、儀器原理和技術(shù)、計(jì)算機(jī)接口技術(shù)、高速總線技術(shù)以及圖形軟件編程技術(shù)于一體。

虛擬儀器是由計(jì)算機(jī)硬件資源和用于數(shù)字分析與處理、過程通訊以及圖形界面的軟件組成的測控系統(tǒng)，它把儀器生產(chǎn)廠家定義儀器功能的方式轉(zhuǎn)變?yōu)橛捎脩糇约憾x儀器功能。也就是說傳統(tǒng)測試中使用廠家生產(chǎn)的儀器，儀器的性能及功能在出廠時(shí)已被廠家定義，用戶只能根據(jù)自己的要求和需要選擇和使用；而虛擬儀器是在一定的硬件基礎(chǔ)上，用戶可根據(jù)測試的需求，編寫軟件定義自己的儀器功能。同樣的硬件配置可開發(fā)出不同的儀器，例如在儀器面板上顯示采集信號在時(shí)域的波形，那么該儀器為虛擬示波器；如果在程序中對采集信號進(jìn)行FFT變換，那么該儀器就是虛擬頻譜分析儀。筆者則用LabWindows／CVI來開發(fā)虛擬經(jīng)紗張力測試儀，用來測試織機(jī)在工作時(shí)經(jīng)紗張力的變化情況。

1 經(jīng)紗張力傳感器

織機(jī)在織造過程中，經(jīng)紗動態(tài)張力對織造的順利進(jìn)行有著很大的影響，張力過大，易引起斷頭，影響織造效率；張力不足，易造成梭口不清，形成三跳疵點(diǎn)，使布面及紋路不夠清晰。當(dāng)經(jīng)紗穿過軸時(shí)，經(jīng)紗對兩側(cè)傳力桿有壓力，通過傳力桿將壓力傳給彈性梁，使之產(chǎn)生應(yīng)變，利用應(yīng)變片將其應(yīng)變轉(zhuǎn)化為電阻的變化，然后再通過轉(zhuǎn)化電路將電阻的變化轉(zhuǎn)化為電壓的變化，測量出電壓值，根據(jù)傳感器的標(biāo)定就可求出相應(yīng)的經(jīng)紗張力。

2 虛擬經(jīng)紗張力測試儀系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)虛擬經(jīng)紗張力測試儀的測試系統(tǒng)由傳感器、數(shù)據(jù)采集卡、接口總線、硬件驅(qū)動程序和開發(fā)的測試軟件構(gòu)成，數(shù)據(jù)采集卡采用6024E，LabWindows／CVI平臺開發(fā)測試軟件，在Windows98操作系統(tǒng)下運(yùn)行。

2.2 信號采集由于要測出經(jīng)紗張力與主軸轉(zhuǎn)角的關(guān)系，所以用了3個(gè)傳感器。傳感器1是經(jīng)紗張力傳感器，把經(jīng)紗張力物理信號轉(zhuǎn)化為電信號；傳感器2是光電脈沖傳感器，用來測量主軸轉(zhuǎn)角；傳感器3是霍爾傳感器，將霍爾電壓作為測量觸發(fā)信號。各個(gè)傳感器輸出的信號都要經(jīng)過一個(gè)信號調(diào)理電路對信號進(jìn)行處理(如濾波、放大等)，從混合信號中取出待測的有用信號，送入數(shù)據(jù)采集卡，并要適合數(shù)據(jù)采集卡的電壓范圍，通過總線結(jié)構(gòu)送進(jìn)計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理。

數(shù)據(jù)采集借助軟件來控制整個(gè)DAQ系統(tǒng)，包括采集原始數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)等，調(diào)理后的信號經(jīng)多路開關(guān)在軟件設(shè)定采樣率的控制下，巡回采集并放大，再經(jīng)采樣與保持及A／D轉(zhuǎn)換器單元被量化成數(shù)字信號，成為計(jì)算機(jī)可以處理的信號，由虛擬儀器軟件對測試信號進(jìn)行計(jì)算、分析、顯示，并儲存結(jié)果。

3 虛擬經(jīng)紗張力測試儀的設(shè)計(jì)

3.1 經(jīng)紗張力測試儀的面板結(jié)構(gòu)虛擬經(jīng)紗張力測試儀面板右邊的7個(gè)文本框輸入內(nèi)容，是用戶根據(jù)實(shí)際測量的需求以及與采集卡的連接通道在開始測試前設(shè)定的。測量時(shí)，打開測試儀器開關(guān)，儀器就可以工作；按下采集數(shù)據(jù)，稍等幾秒，面板上就會顯示出經(jīng)紗張力的波形圖。保存數(shù)據(jù)就是對測量的原始數(shù)據(jù)、信號處理后的數(shù)據(jù)以及需要提供給用戶的數(shù)據(jù)存取；讀數(shù)據(jù)是讀取事先已經(jīng)測量的數(shù)據(jù)，然后在儀器面板上繪出曲線，這有利于事后分析；關(guān)閉儀器則退出測試狀態(tài)。

3.2 虛擬經(jīng)紗張力測試儀的軟件面板上的數(shù)據(jù)采集、關(guān)閉儀器、保存數(shù)據(jù)等命令按鈕通過回調(diào)函數(shù)來實(shí)現(xiàn)各自的功能，整個(gè)源代碼中數(shù)據(jù)采集的回調(diào)函數(shù)采集是程序的關(guān)鍵。

4 虛擬經(jīng)紗張力測試儀的應(yīng)用

用所設(shè)計(jì)的虛擬經(jīng)紗張力測試儀系統(tǒng)對YC-425型噴氣織機(jī)測試，織機(jī)主軸每轉(zhuǎn)一轉(zhuǎn)，經(jīng)紗張力周期變化一次，在0°附近，經(jīng)紗張力最大，有利于打緯，最小張力出現(xiàn)在280°附近。在理論上來講，下一個(gè)最大值出現(xiàn)在開口滿開的位置，且一般只有2個(gè)峰值。在曲線上除了打緯點(diǎn)外，還有2個(gè)峰值，這說明在后梁裝有張力緩解機(jī)構(gòu)。最小張力也就是經(jīng)紗的上機(jī)張力曲線的重復(fù)性不很好，說明織機(jī)工作狀況不夠穩(wěn)定。

5 結(jié)束語

虛擬儀器是今后儀器儀表、測試控制研究與發(fā)展的方向，用NI公司的LabWindows／CVI作為軟件開發(fā)平臺，比常用的面向?qū)ο筌浖幊屉y度大大降低，使得軟件開發(fā)效率高，界面友好，功能強(qiáng)大，且擴(kuò)展性好，對采集到的數(shù)據(jù)可用于高級分析庫進(jìn)行信號處理，也可以為了使所得測試曲線符合實(shí)際情況，進(jìn)行擬合處理?？傊摂M儀器有強(qiáng)大的功能，它強(qiáng)調(diào)“軟件就是儀器”，用軟件代替硬件，易開發(fā)，易調(diào)試，可有效節(jié)約資金。