基于LabVIEW生产者-消费者模式的齿轮传动振动测试系统

    0　引言

    机械振动测量是工程测试中常见的内容,传统的测量手段通常是依靠功能单一、价格昂贵、可重配置性弱的硬件仪器完成的[1]。因此,研制一个成本低、精度高的振动测试系统有着非常重要的实际意义。随着科学技术的发展,特别是计算机在测试测量领域的广泛应用,产生了许多新的测试技术与方法。

    虚拟仪器充分利用先进的科技技术,如计算机技术、模块化的数据采集调理电路及总线技术等,可以实现普通仪器的全部功能以及一些在普通仪器上无法实现的特殊功能,常被称作“软件仪器”。它利用数据采集模块完成一般测量测试仪器的数据采集功能,利用计算机系统完成一般测量测试仪器的数据分析和输出显示等功能。虚拟仪器是计算机技术、现代测量技术共同发展的结晶,代表着当今仪器发展的最新趋势[2]。

    本文介绍了基于LabVIEW2009,采用生产者—消费者模式设计的一种振动测试系统,并将其应用于齿轮传动的振动测量。

    1　生产者—消费者模式及其实现

    1.1　普通循环模型

    一个典型的测试程序的过程可以简化为数据的采集、分析、存储和显示等。如果采用“普通循环”模型(如图1所示),其各程序模块顺序相连,由最后一个子VI用来判断实验是否结束、是否进入下一个循环。它的优点是程序结构简单,容易设计和理解。但是此模型的每个功能模块存在依赖关系,它只能单线程运行,即计算机必须从前到后依次执行,直到最后一个模块完成才执行下一个循环。例如尽管数据分析模块是一个相对比较缓慢的过程,但计算机还是必须先执行完它才进行下一个循环数据采集工作,这使得整个程序的执行速度也相对缓慢。

    1.2　管道流水线模型

    一种改进效率的方法就是采用“管道流水线”模型,可以同时运行这几个功能模块。当然同时运行并不是对同一数据同时运行这几项功能,而是程序在采集新的数据的同时,分析上一次循环迭代采集到的数据(如图2所示)。同时存储和显示上一次循环分析好的数据,这就有点类似于一个需要多道工序产品的生产作业流水线。流水线在一定程度上提高了程序的效率,但其每处理一个数据的时间取决于各步骤中耗时最长的那个,如果程序中总是同一个步骤耗时最长,那么使用“流水线”模型是个非常好的选择。但是实际程序行中,受数据传输线路影响,数据采集进电脑的速度可能时快时慢;而受计算机中其他程序的影响,计算机对数据的处理过程也可能时快时慢。流水线的速度总是取决于各工序中最慢的一个,如果能使用一个缓存,在采集数据达到最快、处理速度较慢的时候,把数据先存下来,等采集速度减慢或处理速度变快时再对缓存中的数据进行处理,程序的总体效率就可以进一步提高。