面向机械参量的通用数据采集仪的设计

0 引 言

    在机械工程测试中，需要经常对一些常见的机械参量进行采集与分析实验，如力、位移、振动及转速等。这些参量的频率范围跨度大，信号特征具有多样性和复杂性 [1]，此类信号的数据采集仪不仅需要设计多种显示模式去表达信号的各个特征，还常常需要兼容多种数据采集卡并支持设置多种采样方式。目前工程中应用的大 多数此类采集仪只是面向特定范围内的测量对象，测试其余对象时就不得不购买另一套采集软件，用户面临的不仅是成本的增加，有时还有操作风格和数据格式的改 变，同时增加了对测试管理的难度[2-3]。而能采集多种机械参量的通用型数据采集仪并不多见，比利时 LMS 公司的SCADAS系列数据采集系统功能强大，且界面友好，但价格十分昂贵；因此，开发一套有自主产权的能测试多种机械参量的通用数据采集仪有着重要意 义。

1 总体设计

    基于面向对象的思想，采用模块化的设计方法，可将整个数据采集仪分为数据采集模块、采集参数模块、数据显示模块及结果保存模块 4 个模块。每个模块功能虽然不同，但在设计中都要考虑如何体现对机械参量的通用性，如数据采集模块负责与采集卡交互并获取原始数据，需要能够读采集各种机械 参量，考虑到采集卡的专用性，就需支持采集卡的可互换性。具体每个模块的设计技术路线如图 1所示。

2 模块详细设计

2.1 数据采集模块

2.1.1采集卡互换性的实现

    数据采集模块负责读取数据采集卡采集到的数据供后续显示和保存。工程中每种类型的数据采集卡通常是面向特定的测试对象，如 NI 9234 是面向振动噪声的采集卡，而NI 9227则是电流的获取模块，固定的数据采集卡难以实现多种机械参量的测量要求。而数据采集仪的数据获取需要采集卡驱动程序的支持，一旦采集卡的型号发生 变化，则相应的驱动程序也要改变，数据采集仪将不能正常运行。为了实现采集卡的互换性，本采集仪借鉴现在较流行的仪器互换方案IVI标准的思想，通过设计 仪器类驱动来解决这一问题，但只有相对较少的硬件开发商支持IVI驱动器标准[4-5]。因此，本采集仪的设计采用了一个折中的方法，仪器类驱动程序不完 全是一组与具体设备无关的函数，当更换采集卡时需要在仪器类驱动程序中根据采集卡的具体控制特性做相应的修改，但其与采集仪的接口保持不变。采集仪在工作 过程中调用的是采集卡类驱动程序，采集卡类驱动程序再通过不同的具体采集卡驱动程序来操作具体的采集卡，所以当更换采集卡后，只需修改配置文件中的信息和 采集卡类驱动程序接口的具体实现，使程序的具体控制对象称指向新的采集卡和其驱动程序，而采集仪本身不需要做任何修改。