基于LabVIEW的超高压自增强测试系统设计

　　1 系统总体设计

　　系统采用直接静液压法，利用液压机对试验材料进行自增强加压，施加于试验材料的压力值最高可达10 MPa.自增强是指在超高压缸体实际应用前，利用液体压力直接作用于缸体内壁，使之塑性变形后产生超应变，然后卸除压力获得残余应力，以提高弹性强度极限和疲劳寿命。利用LabVIEW软件 ，配合相关的硬件设备，可以实时监测试验材料的自增强状态，并将试验过程中的数据保存起来。对采集得到的形变和压力2个参数，在LabVIEW 中使用数据处理分析方法，获得一些有价值的测试分析结果，作为后续研究的基础。自增强测试系统总体的软硬件结构框图如图1所示。

　　2 硬件组成

　　系统硬件组成包括：液压机、传感器、信号转换模块及PCI数据采集卡。

　　2.1 液压机

　　液压机是自增强系统的主要工作平台。系统采用某型号四柱液压机，并根据设计要求对其进行了相应改造。需要采集的物理量有温度、形变和压力，其中温度是指液压机主油缸的油温，形变、压力则为接受自增强处理的试验材料的检测量。

　　2.2 传感器

　　温度采集采用K型热电偶，由于实际测试时油温约在室温与5O～6O℃之间变化，其量程可完全满足要求;形变采集采用位移传感器，其有效位移测量范围为<2 mm，满足该测试系统0～300 m的测量范围要求;压力采集的范围为0～10 MPa，采用向传感器厂家定制的超高压型压力变送器。

　　2.3 信号转换模块

　　由于热电偶输出为十分微弱的mV级信号，而形变和压力的传感器输出为电流信号，为了便于数据采集卡的信号采集，系统选用XMT-3000型仪表，将传感器的输出信号转换为标准的0～5 V模拟信号。XMT-3000型仪表采用数字校正系统及自校准技术，测量精确稳定，消除了温漂和时漂引起的测量误差;接热电偶输入时，仪表内部带有冷端补偿部件;接电流输入时，对应的物理量程可任意设定。

　　2.4 数据采集卡

　　采用M系列PCI 6251数据采集卡，此板卡具有16路模拟输入通道，2路l6位模拟输出，24条数字lfO线和2个32位计数器，完全满足系统的设计要求。

　　3 软件程序设计

　　软件设计的工作可分为数据采集和数据处理2个部分。

　　3.1 数据采集

　　数据采集部分的工作主要为测试参数的数字与图表显示以及数据存储。原始信号经传感器的采集及信号转换模块的转换后，已经为0—5 V电压信号，可供PCI 6251数据采集卡直接采集。因此使用LabVIEW 中的Express VI“DAQ Assistant”模块，可以方便地对数据采集的各项设置，如接线方式、采样频率、输入与显示的对应关系等进行操作。对于测试数据的存储，可将其以Excel表格的形式保存，也可保存为LabVIEW 中特有的TDMS文件。TDMS文件以流文件的形式存储数据，因此读取速度更快，适合用来存储海量数据，并可在LabVIEW 中方便地调用。数据采集程序的前面板界面如图2所示。