基于虚拟仪器技术的振动测试系统的设计

　　0前言

　　振动是自然界最普遍的现象，传统的振动测试系统大多采用电子测量仪器，其特点是功能单一、专用、灵活性较差、大大的制约了振动测试的范围。如今，正在流行着一种将虚拟仪器技术引到振动测试领域中的技术，将计算机技术和振动测试技术相结合，组建虚拟振动测试系统。实践表明，虚拟振动测试仪器不仅功能强大、用途多样，而且具有友好的用户界面和简化的图形化编程方法，受到广大用户的普遍欢迎和高度重视，成为振动测试新的发展方向。

　　1虚拟振动测试系统的硬件设计

　　虚拟振动测试系统的硬件主要包括了加速度传感器、力传感器、信号放大器、数据采集卡以及通用PC机。

　　1.1 加速度传感器

　　加速度传感器主要测试振动体的振动加速度，机械振动测量中常用的压电式加速度传感器，它是以某些材料受力后在其表面产生电荷的压电效应为转换原理的传感器，压电式加速度传感器输出的电荷量与物体振动加速度成比例，用适当的测试系统检测出电荷量，就实现了对振动加速度的测量。它有体积小，重量轻，灵敏度高和频率范围宽的优点，在振动测试中应用最为普遍。本系统的设计采用的是并联压电材料的压电传感器，适于选用电荷放大器，其电路特点是放大器输出电压只与传感器产生的电荷输入量及放大器反馈电容有关，与构成电路的电缆形成的分布电容和信号频率无关，这一特性使电荷放大器的传输线路的分布电容不敏感，传输距离可达数百米。

　　1.2 电荷放大器

　　压电式传感器输出的电荷信号比较微弱，不能直接被数据采集卡采集，需要用信号放大器把较弱的电荷信号转化成较强的能被数据采集卡采集的电压信号。电荷放大器是一种输出电压与输入电荷量成正比的放大器，它的核心是一个具有电容负反馈、且输入阻抗及高增益的运算放大器。本系统采用BC97型电荷放大器为例，电荷放大器上还具有低通滤波器和能按传感器灵敏度调节放大倍数的适调放大器。

　　1.3 数据采集卡

　　本系统中采用的数据采集卡是PCI-6024，它是美国NI公司生产的多功能接口卡，此卡设计基于PCI总线，数据传输速率高，吞吐量大，是数据采集卡设计的主流，它是一块性价比较好的产品，支持DMA方式和双缓冲模式，保证了实时的信号不间断采集与储存。它支持单极性和双极性模拟信号输入，信号输入范围分别为-5v～+5v和0～10v。提供16路单端/8路差动模拟输入通道，2路独立的D/A输出通道，24线的TTL型数字I/O，3个16位定时计数器等多种功能。实际测量是输入信号通过BNC接头从输入端子进入数据采集卡进行数据采集，同时用美国NI公司提供的 Measurement Automation软件进行简单的设置便可完成系统软件与数据采集卡之间的通讯。