0 虛擬儀器技術與LabVIEW
虛擬儀(yi)器(qi)技(ji)術是利用高(gao)性能(neng)的模塊化硬件(jian)，結合靈(ling)活的軟件(jian)完成(cheng)各(ge)種(zhong)測試、測量和自(zi)動(dong)化的應用。虛擬儀(yi)器(qi)技(ji)術具有(you)性能(neng)高(gao)，擴展性強，開(kai)發時間少及出色的集成(cheng)能(neng)力等優勢。基(ji)于虛擬儀(yi)器(qi)技術可以開發適(shi)應不同(tong)應用場合的虛擬(ni)儀器測(ce)試方案，更好地組建自動化程度較(jiao)高，數據(ju)處(chu)理分析能力較(jiao)強的測(ce)試系統口。Lab-VIEW是一個具有革命性的圖形化開發環(huan)境，內置信號采集、測量分析與數據顯示功(gong)能(neng)，摒(bing)棄了傳統(tong)(tong)開(kai)發工具的(de)(de)(de)(de)復雜性，在(zai)提供強大(da)功(gong)能(neng)的(de)(de)(de)(de)同時，還保證(zheng)了系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)靈活性；LabVIEW將(jiang)廣(guang)泛的(de)(de)(de)(de)數據采集(ji)、分析與顯示功(gong)能(neng)集(ji)中在(zai)同一個環境中，可(ke)以(yi)在(zai)自己的(de)(de)(de)(de)平臺上(shang)無縫地集(ji)成(cheng)一套完整(zheng)的(de)(de)(de)(de)應(ying)用方案Ⅲ。正(zheng)因為具有(you)如此巨大(da)的(de)(de)(de)(de)優點，使它成(cheng)為建立測試與測控系(xi)統(tong)(tong)的(de)(de)(de)(de)*選(xuan)擇。
1 應變測量原理
半導體應變片可用于應力測量和應力分析，以及作為各種傳感器的力一電轉換元件，它基于金屬絲在受拉或受壓后發生彈性形變，其阻值也隨之產生相應的變化這一物理特性實現的。
在金屬絲變形的彈性范圍內，電阻的相(xiang)對變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)化△R／R與應(ying)(ying)(ying)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)△L／L成正比(bi)，因而△R／R=K△L／L。其(qi)中，K為電阻應(ying)(ying)(ying)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)片(pian)(pian)(pian)的靈敏系數(shu)。用應(ying)(ying)(ying)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)片(pian)(pian)(pian)測量應(ying)(ying)(ying)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)或應(ying)(ying)(ying)力(li)(li)時，是將應(ying)(ying)(ying)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)片(pian)(pian)(pian)粘貼(tie)于被測對象(xiang)上，在(zai)(zai)外力(li)(li)作用下，被測對象(xiang)表(biao)面產生微小機(ji)械變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)形，粘貼(tie)在(zai)(zai)其(qi)表(biao)面上的應(ying)(ying)(ying)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)片(pian)(pian)(pian)亦(yi)隨其(qi)發(fa)生相(xiang)同的變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)化，因此應(ying)(ying)(ying)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)片(pian)(pian)(pian)的電阻也發(fa)生相(xiang)應(ying)(ying)(ying)的變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)化。當壓力(li)(li)F在(zai)(zai)一定范圍內時，應(ying)(ying)(ying)變(bian)(bian)(bian)(bian)(bian)εx以一個(ge)常數(shu)正比(bi)于F。
L為兩孔中心距的50％；E為梁的彈性模量；b為梁的寬度；h為孔上下zui薄處的厚度。當力F使單個應變片的電阻變化△R時，全橋測量電路的輸出電壓U0=U△R／R.
其中，信(xin)(xin)號(hao)調(diao)理電路(lu)包(bao)括信(xin)(xin)號(hao)放大和濾波，其作用是對信(xin)(xin)號(hao)進行必要的調(diao)理。如果(guo)選用NI公司具有信(xin)(xin)號(hao)調(diao)理模(mo)塊的數據采集卡，則(ze)不必再(zai)另外設(she)計信(xin)(xin)號(hao)調(diao)理電路(lu).
2 應變片選用——BP型半導體應變片
BP型半導體應變片可用于應力測量和應力分析，并作為各種傳感器的力-電轉換元件。它們具有靈敏度高（比金屬應變片大50～100倍左右），機械滯后小，體積小，耗電少等優點。其高的靈敏度使輸出信號電平增大幾十倍，所以不必采用放大器而直接用電壓表或示波器等簡單儀表就可以直接記錄測量結果，因而使得測量儀表大為簡化；再加上它的機械滯后小，可以測量靜態應變、低頻應變等，在許多新技術中，如火箭、導彈、飛機等制造工業及遙測系統中，半導體應變片具有*的應用價值。
BP-6-120型半導體應變片技術參數：
硅絲尺寸為6mm×0．4 mm×0．05 mm；基底尺寸為10 mm x 6 mm；靈敏系數120；電阻溫度系數小于0．2％；靈敏度溫度系數小于0．16％；允許工作電流25 mA；允許zui大應變2 000με；極限工作溫度100℃。
3 信號濾波電路
從應變片組成的電橋電路(lu)中出來的電壓信(xin)號通(tong)常(chang)會伴隨著噪(zao)聲、振動(dong)等于擾，為了(le)得到較為準確的低(di)頻應變(bian)信(xin)號，在(zai)將采(cai)集到的應變(bian)信(xin)號送(song)到計算(suan)機之(zhi)前，需要(yao)進行(xing)濾(lv)波(bo)處理。雙(shuang)二階環(huan)濾(lv)波(bo)電路(lu)利用(yong)兩個以上的加法器、積分(fen)器等組成的運算(suan)放大電路(lu)，根據要(yao)求(qiu)的傳遞函數，引(yin)入適當的反(fan)饋，構成濾(lv)波(bo)電路(lu)。其突(tu)出特(te)點是電路(lu)靈敏度低(di)，特(te)性非(fei)常(chang)穩定，并(bing)可實現多種濾(lv)波(bo)功能，這里使用(yong)低(di)通(tong)濾(lv)波(bo).
4．1 電阻片的溫度效應
電阻片由金屬材料(liao)制成，它的(de)阻(zu)(zu)值隨(sui)著溫度的(de)變(bian)化(hua)也將產生變(bian)化(hua)。另外，由于試件和(he)電(dian)阻(zu)(zu)材片的(de)線性膨(peng)脹系(xi)數不同，從(cong)而會使電(dian)阻(zu)(zu)片的(de)阻(zu)(zu)值發生變(bian)化(hua)。溫度變(bian)化(hua)引起(qi)的(de)電(dian)阻(zu)(zu)變(bian)化(hua)是(shi)客(ke)觀存在的(de)，但不希(xi)望在測量(liang)結果(guo)中反映出來。
4．2 溫度補償
作為測量電橋的四個臂，當稱重時受到負載F的作用后，R1，R2受拉伸阻值增加，R3，R4受壓縮阻值下降，四個應變片組成差動電橋，輸出特性的線性度好，并且還具有溫度補償作用。輸出應變信號電壓為：
4．3 橋路預調零點
為測量方便起見，在試件變形前，要求電橋起始輸出電壓等于零，即U0=0。要挑選*一樣的電橋電阻是很困難的，可以采取在電橋上調零的措施來達到使其平衡的目的。
5 測量系統硬件組成和軟件設計
系統硬件部分主要包括雙孔梁、BP-6-120型半導體應變片、全橋電路、通用PC機、數據采集卡,信號調理電路 。利用NI公司的LabVIEW 8.0軟件作為程序設計編譯環境和工具。
啟動應(ying)用程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)，輸入相關測試參數(shu)(shu)和采(cai)(cai)樣數(shu)(shu)據(ju)(ju)存(cun)放路(lu)徑，點擊“采(cai)(cai)集數(shu)(shu)據(ju)(ju)”開始，進行(xing)應(ying)變量(liang)的(de)采(cai)(cai)集，點擊處(chu)理數(shu)(shu)據(ju)(ju)，程(cheng)(cheng)序(xu)(xu)對所采(cai)(cai)樣數(shu)(shu)據(ju)(ju)進行(xing)計算(suan)處(chu)理，得(de)出在(zai)力F作用下的(de)應(ying)變值。
基于LabVIEW圖形(xing)化的(de)編程(cheng)方式直接簡便，使得程(cheng)序(xu)(xu)更加簡潔，降低(di)程(cheng)序(xu)(xu)的(de)開發難度，減少程(cheng)序(xu)(xu)的(de)開發時間。本軟件設計主要(yao)完成應(ying)變信號數據的(de)采集、管理(li)、處理(li)分析(xi)與(yu)結(jie)果輸出等。
6 結 語
介紹在LabVIEW平臺下設計應變測量系統的方法。LabVIEW在測試測量領域有著的優勢，是儀器開發領域的一個新的發展方向。該文給出了它的一個簡單應用，實現了對應力應變信號的實時數據采集和檢測。
