基于LabVIEW的压力测试系统设计

李豪帅 王高

【摘要】设计了压力测试系统，该系统以压力传感器、信号调理电路、数据采集卡、PC机为硬件开发平台，以图形化编程语言LabVIEW为软件开发平台，将虚拟仪器技术运用到压力测试中。结果表明，本设计各项功能运行情况良好，使工作效率和准确性都得到较大提升，同时也减少了故障率，能够有效地应用于各种通用的测试系统中。

【关键词】压力测试;LabVIEW;虚拟仪器

一、引言

压力是过程生产中四大重要参数之一，它是检测生产过程能否完全可靠正常运行的重要参数指标。目前很多传统的压力测试多采用手动方式或者是单片机来采集相关测试信息。其测试系统功能单一，开发周期长，功能难以扩展，测试精度不高[1]。应用LabVIEW虚拟仪器技术能按照客户的需求来设计仪器，方便灵活而且开发周期短。它不仅降低了仪器成本，而且提高了工作效率[2]。本文应用LabVIEW软件设计的压力测试系统，包括压力传感器、信号调理电路、数据采集与传输和计算机软件模块等。

二、压力测试系统硬件部分设计

压力测试系统的硬件由压力传感器、信号调理电路、数据采集卡及PC机等组成，压力信号的处理过程是：压力传感器把压力转换成电信号，经过调理电路，将信号放大，通过数据采集卡采集，再送入PC机进行各种处理。

1.压力传感器

压力传感器是用金属弹性体将压力转换为应变的功能元件，通过粘贴在弹性体敏感表面的电阻应变计及其以一定方式组成的电桥网络，在外加电源的激励下，实现压力、应变、电阻变化、电信号变化等转换环节的一种压力传感器[3]。此硬件系统主要利用陶瓷压力传感器AP681来测量压力信号。

2.信号调理电路设计

信号调理电路，是把模拟信号变换为用于数据采集、控制过程、执行计算显示读出或其他目的的数字信号。包括零点调整电路，信号的放大、滤波、隔离电路，多路数据转换电路及电源电路。

3.数据采集卡的选择

本系统采用研华PCI-1711，该数据采集卡完全符合PCI规格Rev2.1标准。支持即插即用;有16路单端模拟输入。12位MD转换器，16路数字量输入及16路数字量输出，2路12位模拟量输出，采样速率可达100KHz;每个输入通道的增益可编程，自动通道，增益扫描[4]。本系统为单通道测试系统，因此该采集卡符合要求。

三、压力测试系统软件部分设计

压力测试系统的软件设计，是运用NI公司的图形化编程语言LabVIEW为软件开发平台，该平台是当前测试领域功能最强、应用最广、发展最快的一种图形化软件开发集成环境[5]。在程序的设计过程中运用模块化的设计思想，根据不同功能的需要，分别组建各种功能模块，该系统包含了实时显示模块、参数设置模块和仪器控制模块等。

1.信号模拟模块

随机函数产生0～1的随机数，在达到最大压力值之前，每循环一次，循环计数加1，再与之前产生的随机数相加，即可产生随机递增的模拟压力信号，如图1所示。

图1 信号模拟模块          图2 压力值的实时显示

2.实时显示模块

在前面板中，采用LabVIEW中“数值”面板中的“仪表”。在程序框图中，与之前产生的模拟压力信号连接即可，如图2所示。

在前面板中，采用LabVIEW中“数值”面板中的“水平刻度条”。在程序框图中，与循环计数连接即可，如图3所示。

3.参数设置模块

在前面板中，采用LabVIEW“数值”面板中的“数值输入控件”。在程序框图中，由于该数值要与压力信号进行比较，因此要与“大于”函数连接，如图4所示。当压力信号大于最大压力时，程序进入下一阶段。

图3 实验进度实时显示        图4 最大压力值设置

在程序框图中，利用“函数”面板中“提示用户输入”模块，与保压过程连接即可，如图5所示。当压力信号大于最大压力值时，程序将进入保压阶段，此时，程序启动“提示用户输入”模块，提示用户输入保压时间，待用户输入后，系统进入保压阶段。

图5 保压时间设置

4.仪器控制模块

保压过程采用For循环结构和等待函数，由于等待函数是毫秒计算，所以“提示用户输入”的“保压时间”输入要利用“乘以”函数换算到秒。图6为升压、保压阶段程序框图。整个升压、保压过程流程如下：由信号模拟模块产生的随机递增模拟压力信号每循环一次都会与用户输入的最大压力值相比较。当模拟压力信号比最大压力值小时，程序将通过移位寄存器，将此时的压力值传送到下一次循环，直到当前的压力信号大于最大压力值，程序进入后续的保压阶段。首先，经过参数设置模块的保压时间设置，程序进入保压阶段，时间设置单位为秒。

图6 升压、保压阶段程序框图

暂停控制的实现，采用了事件结构和单按钮对话框，如图7所示。当用户通过前面板点击暂停时，程序将处于暂停状态。

图7 暂停控制            图8 泄压阶段程序框图

泄压过程采用For循环，条件结构和“单按钮对话框”函数，如图8所示。保压阶段的压力值传送到这个阶段后与保压阶段的压力值比较。由于加函数与循环次数连接，因此保压阶段新产生的信号是随循环次数递增的，再通过减函数将该信号与之前的压力值连接，可以实现泄压的目的。当之前的压力值与新产生的数值相减小于0时，程序显示“泄压完成”字样，运行结束。

四、仿真

在“初始压力”设置中填写0，在“压力上限”设置中填写5，点击“运行”，点击“开始采集”，开始进行仿真，压力将不断上升。如图9和图10所示。

图9 开始仿真          图10 升压过程

当压力值超过压力上限时，即当前压力值为5.56842Mpa，超过了预设压力上限5Mpa。系统红灯亮起并跳出页面，提示用户输入保压时间并进入保压阶段。如图11和图12所示。

图11 超过压力上限         图12 输入保压时间

为了仿真的效率，我们选择0s。保压时间结束后，系统自动进入泄压过程，泄压结束后，出现“泄压完成”窗口，仿真结束，如图13和图14所示。

图13 泄压过程                图14 泄压完成

五、结束语

本文介绍了基于LabVIEW的压力测试系统的设计。通过仿真，所得结果与预想的升压、保压和泄压过程基本吻合，设计目的基本达到，该设计可行。模块化的编程使程序扩展变得很方便，可以预见，虚拟仪器技术在测试领域将有更美好的发展前景。

参考文献

[1]晏克俊，刘君.基于虚拟仪器的压力开关测试系统设计[J].宇航计测技术，2010，30（2）.

[2]陈敏等.虚拟仪器软件LabVIEW与数据采集[J].小型微型计算机系统，2001，4：5-9.

[3]周又平，梅长彤.座倚压力测试系统设计[J].微计算机信息，2006（10）：189-190.

[4]Li Bo-quan：Data socket technique and Its Application in the Monitoring System[J].Computer application， Vol.23，（2003）.12，p229-230.

[5]National Instruments Corporation，LabVIEW Use Manuals[M].U.S.A.，2006.

作者简介：李豪帅（1988—），男，山西运城人，中北大学硕士研究生在读，研究方向：测试计量技术及仪器。