基于Labview的多数据采集系统设计

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修方面具有重大意义。对于气室式局部干法水下焊接而言，气室式排水装置将焊枪、送丝装置和待焊接区域整体包围起来，焊接过程中气室始终保持固定静止，焊枪在气室内部机构的带动下做焊接运动。为保证焊接质量，需首先确定气室内部排水效果，因此需要对压力和湿度进行监测。另外，焊接电弧附近区域的温度值也对焊接质量及排水效果有较大影响 ，因此也需要采集焊接区域的温度数据，同时对相关数据进行联合分析。

I.abview使用图形化编程语言，用框图、图标和连线替代了传统的程序代码，通过配合高性能的拈化硬件进行测量、控制、数据采集等应用。利用虚拟仪器技术构建的系统具有编程简单、与多种编程语言可相互通信转换、精度高等特 点 ]。基 于 实 际 试 验 需 求，笔 者 在Labview环境下搭建 了以 DAQmx为驱动的多数据同步采集系统 。

1 硬件数据采集系统选用了湿度、压力和温度 3种传感器。湿度传感器采用电容式相对湿度传收稿 日期：2012-06-29北京市自然科学基金资助项目，项 目号：3102012。

感器 hm1500，具有高可靠性 与长时间稳定性 ，在 5 VDC供 电时 ，0～99 RH 对应输 出 1～4 VDC线性电压 ，温度依赖性非常低 ；定制的压力传感器输出电流信号，两线制接线方式；温度传感器为 WRNT型热电偶，测温范围为 0～1 300℃，电压信号输出。

虚拟仪器硬件平台由计算机和数据采集卡2个重要部分组成 ]，系统利用 NI公司的PCI-6221数据采集卡，16通道 ，最大模拟输入 电压lO V，采样率 250 kS/s，并配合了专用的信号线缆连接 PCI-6221和 CB-681p接线端子 ，采集卡和接线端子均通过 DAQmx驱动 ]，硬件的连接顺序如图 1所示。

2 程序设计图 1 信号流程在硬件连接和软件安装完毕后，进行采集系统程序设计。程序设计具体思路为：在设计时使用采集卡的 3个通道4j，用 1个 DAQ助手对 3个通道进行分别设置，随后进行信号拆分，对每个信号进行对应程序设计和信号处理，最后将湿度、压力、温度值输出并记录成文件。

湿度采集程序设计时，已知湿度传感器12 北京石油化工学院学报 2012年第 2O卷hml500电源为 5 V直流，输出1～4 V直流，对应 0～99 的相对湿度值，即理论相对湿度计算公式为：H 33(V- 1)式中 为输出电压值，数字 1代表湿度为 0时的理论电压输 出值 。

经过实验室湿度计多次测量并对湿度传感器进行调试，计算转换后得出湿度为 0时，其对应的电压值为 0.9，故公式应为：H - 33( -0.9)压力采集程序设计时，由于压力传感器输出为电流值，因此硬件接线时，接线端子的信号正负端之间需要并联-个分流电阻。软件编写时，在shunt resistor”对应栏 中填人所使用 的电阻值 220 Q。压力传感器的供电电源为 24 V直流 ，输出电流为 4～2O mA，测量范 围为 0～10 MPa，此测量气压值为相对压力值，即相对压力值为 0代表正常 1个大气压。经过计算简化后 ，可以得到压力的理论公式为 ：P-62 500( -0.O04)P式中，I 为输出电流值，P。为标准大气压，即约 101.325 kPa。

经 XMT602智能控制变送仪连接压力传感器后 测 得 标 准 大 气 压 下 ，输 出 电 流 值 为0.004 16 A，因此压力公式为 ：P-62 500( 1- 0.004 16) 101.325由于热电偶的特性曲线是非线性的，因此直接通过公式求 解较为 复杂，可通过使用labview软件里转换热电偶读数”子程序，该子程序可在编程-数值-缩放里找到，随后只需设置好所使用的热电偶分度号即可。

程序所实现的功能为湿度、压力、温度 3个数据的实时采集和显示，并展示出各个数据变化趋势的波形图，同时将采集的数据记录成文件。

数据记录功能通过数据采集键的开和关来实现，打开数据采集键即开始记录；关闭即结束记录，关闭的同时生成-个 LVM 文件 ，该文件可用 EXCEL打开，以方便后期的数据处理。

图2 数据采集系统程序框图3 系统应用数据采集系统主要采集在气室排水时的环境参数以及焊接时的焊接参数(加入电流和电压采集功能 以后)，系统设 计完成并经过 调试后，进行了气室内部环境参数的采集，采集时的第 4期 陈茂骁等 .基于 Labview的多数据采集系统设计 l3实时显示面板如 图 3所示 。

图 3 气室内环境参数采集前面板从图 3中可以得出，采集的瞬时湿度、压力 、温 度 分 别 为 31.369 1 、99.446 5 kPa、26.699 9℃，经过后期数据处理，可以得出 10min内平均湿度、压力、温度分别为 30.6 、100.6 kPa、25.7 C。而实验室数显温湿度计显示测试 当时的实 验室 湿度 为 30.5 ，温度 为25.9℃，常压下大气压力值为 101.3 kPa，由于所使用的普通数显温湿度计有±2 误差，而所使用的传感器也有±2 误差，经对比可以看出，通过数据采集系统采集的环境参数在实验误差范围内，并具有较好的可靠性，能够用于后续实验 中。

随后将采集系统应用于排水实验的湿度和压力数据采集。由于是水下焊接，气室内湿度过大会影 响焊接质量，而压力则对排水的稳定性有影响，所以首先对气室内的湿度和压力进行监控和采集。

在初期实验时，初始湿度在 70 左右，排出水后舱内湿度在 3O 9/6左右；在压力方面，气室内的压力值变化较大，经分析可知：该变化主要是由于实验舱的排水口底侧(不锈钢材料)与实验水槽直接接触时，接触面不能良好贴合，造成排水不均匀 ，整个实验舱震动较大 ，即不能提供较稳定的排水封闭环境，排水参数曲线如图4所示 。

通过在空气压缩机的供气管路上加入空气干燥机，并且在实验舱底部加入双层阻燃海绵后，排出水后舱内湿度值在 15 9/6左右，而整个排水过程压力变化相对稳定，并且实验舱的震动明显减小，改进后的排水实验参数曲线如图5所示。由图 5可以看出，实验中采集的湿度和压力值对排水过程 的优化具有指导意义 。

出遂遂越赠- n寸寸InIn ∞。 2宝采集数点/爪图 4 改进前排水实验参数曲线200o80604020需特别说明的是 ，在该多数据采集系统的使用过程中，发现了-种严重干扰输出信号的现象，经过实验测量 ，当多数据采集系统与附近大功率机床同时运行，会严重干扰传感器的输出信号，从而导致系统输出杂乱无规律，所以在使用时应避免这种情况的发生 。

4 结论(1)基于 Labview软件平台，完成了多数据采集 系统程序和硬件设计 ，并对系统进行了整体调试 。

(2)通过环境参数采集试验，验证了多数据采集系统的可靠性，为气室式局部干法水下焊接试验研究奠定了良好基矗