虚拟仪器在火箭发动机参数测试中的应用

　　1. 引言

　　当今在科技不断飞速发展的情况下，测试系统对所应用的方法和设备、技术等提出了越来越高的要求。虚拟仪器通过软件来取代部分传统的硬件设备，也就是说，“软件即仪器”。用这种软件来进行数据采集、处理、存储、打印及图表等功能，将使仪器之间的数据交换及信息综合等能力增强。同时，虚拟仪器的使用也使得其自身的升级和改进变得更加容易。LabVIEW的界面友好、编程方便、功能强大，成为虚拟仪器系统开发的优秀平台。它能够在有限的基本硬件支持下，通过软件完成数据的采集与控制、数据分析与处理以及数据显示与存储，从而实现各种现实

　　2. 虚拟仪器测试系统的硬件结构

　　在虚拟仪器测试系统的五种基本构成方式中，PC DAQ/PCI虚拟仪器系统是最廉价最基本的构成方式，根据我们的需要，采用这种方式构建测试系统。其结构如图1所示

　　图1 虚拟仪器测试系统硬件结构

　　PCI-6024E是美国NI公司生产的多功能接口卡，它集12位A/D转换器,12位D/A转换器,16路单端接地的模拟输入通道、8位或24位并行输人输出线((SV/TTL)及两路24位定时器与计数器为一体。支持DMA方式和双缓冲区模式，保证了实时信号不间断采集与存储。在双极性时，输入电压范围选择有100 mV,1 V,lOV,20V四种，它的最高采样率为200kbit/s,主要完成数据采集功能。

　　3.虚拟仪器测试系统的软件结构

　　在分析和测定所采集的数据记录时，快速傅立叶变换(FFT)和功率谱是非常有用的工具。借助这些工具能够有效地采集时域信号，测定其频谱成分，并对结果进行显示。功率谱图在频率轴(X轴)上的频率范围和分辨率取决于采样速率和数据记录的长度(采样点数)。功率谱图上的频率点数或谱线数为N/2,N是信号采集记录中包含的点数。所有的频点间隔为 ，通常称之为频率分辨率或FFT分辨率:

采取FFT算法进行频谱分析，要求采样点数满足N=2"，采样频率满足采样定理，即fs>fm(fm为信号的最大频率分量)。对无限长连续信号x(t)进行有限时间内的采样就相当于利用矩形窗进行截断, 截断后变成有限长的离散时间序列 ,就有可能出现栅栏效应和泄露现象。这里n=0、1、2、3、…、n-1,截取长度tp=NT,T为采样间隔。为了避免栅栏效应，必须使截取长度是信号频率的整数倍。为了抑制快速傅里叶变换中的泄漏效应，选择适合的窗函数对数据进行加权。本系统采用九种窗函数—矩形窗、汉明窗、汉宁窗、海宁窗、布莱克曼窗、凯塞窗、三角窗、平顶窗和指数窗等。其中矩形窗主瓣窄，旁瓣大，频率识别精度最高，幅值识别精度最低;布莱克曼窗主瓣宽，旁瓣小，频率识别精度最低，但幅值识别精度最高。要根据信号分析的不同要求来选择不同的窗。