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基于虛擬儀器技術(shù)開(kāi)發(fā)的便攜式鐵道車(chē)輛平穩性測量?jì)x
作者：
時(shí)間：2013-03-08
來(lái)源：網(wǎng)絡(luò )
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應用領(lǐng)域：現場(chǎng)測試
挑戰：構造一個(gè)便攜式測試系統，將現場(chǎng)測得的加速度信號經(jīng)過(guò)復雜的數學(xué)處理直接得到鐵道車(chē)輛運行平穩性指標。
應用方案：使用National Instruments 公司的LabVIEW 軟件、SCXI 設備以及便攜式計算機構造一個(gè)應用于現場(chǎng)測試的便攜式鐵道車(chē)輛平穩性測試系統。
使用的產(chǎn)品：LabVIEW, SCXI
摘要：本文介紹了采用虛擬儀器技術(shù)開(kāi)發(fā)的便攜式鐵道車(chē)輛平穩性測試儀。該測試儀器由National Instruments 公司的LabVIEW 軟件、SCXI 設備以及便攜式計算機構成，利用LabVIEW 軟件強大的數學(xué)處理功能，通過(guò)對現場(chǎng)采集的加速度信號的頻譜密度函數進(jìn)行加權統計運算，實(shí)時(shí)測量鐵道車(chē)輛運行品質(zhì)的Sperling 平穩性指標。
1平穩性指標
鐵道車(chē)輛在運行中產(chǎn)生的各種振動(dòng)影響旅客乘坐的舒適度和裝運貨物的完整，衡量鐵道車(chē)輛運行品質(zhì)的主要技術(shù)參數是運行平穩性指標，目前我國采用的評定指標是Sperling 平穩性指標。
Sperling 指標是基于大量實(shí)驗而制定的，它用于評定車(chē)輛本身的運行品質(zhì)和旅客乘坐舒適度，運行品質(zhì)由車(chē)輛本身來(lái)衡量，而舒適度則還與旅客對振動(dòng)環(huán)境的敏感度有關(guān)。用于舒適度評價(jià)的指標由下式表示： 
式中， j 為加速度峰值（cm/s/s），F( f )為頻率的加權修正函數，表示人對各種振動(dòng)頻率的敏感性不同，在常用的頻率范圍內，垂向和橫向的加權函數F( f )是不同的。
對于垂向振動(dòng)的頻率加權函數： 
以上公式是根據單一頻率的等幅振動(dòng)得到的。由于車(chē)輛振動(dòng)實(shí)際上是隨機振動(dòng)，從車(chē)體上測得的加速度包含了車(chē)輛的整個(gè)自然頻率，因此需要將測得的振動(dòng)加速度按頻率分組，統計每一頻率中不同加速度的W 值，總的平穩性指標按下式求得： 
2 虛擬儀器
虛擬儀器是計算機系統與儀器系統技術(shù)相結合的產(chǎn)物。它利用計算機系統的強度功能，結合相應的硬件，大大突破傳統儀器在數據處理、顯示、傳遞、存儲等方面的限制，使用戶(hù)可以根據自己的需要“制造”自己的儀器。與傳統儀器相比，虛擬儀器的最大特點(diǎn)是它的靈活性，它可以很方便地通過(guò)選擇不同的硬件配置和改變軟件來(lái)實(shí)現各種測控功能，使得硬件資源具備了再用性。由于采用了通用的硬件和計算機，使得系統的成本下降，開(kāi)發(fā)周期縮短，維護的成本降低。
在虛擬儀器系統中，硬件僅僅是為了解決信號的輸入輸出，軟件是整個(gè)虛擬儀器的核心。National Instruments公司的LabVIEW 是一個(gè)優(yōu)秀的數據流圖形化虛擬儀器軟件平臺，具有豐富的信號處理函數和數值分析函數。
3便攜式平穩性測量?jì)x系統構成
便攜式平穩性指標儀由加速度傳感器、SXCI 信號調試系統以及便攜式計算機組成。
3.1 系統硬件組成
傳感器采用了日本共和公司的應變式加速度傳感器。
基于現場(chǎng)測試的要求，我們選擇了National Instruments 公司的SCXI 系統作為信號調理。加速度傳感器信號通過(guò)接線(xiàn)端子SCXI－1321接到系統中，SCXI－1321 端子可以提供橋路的各種連接方式，同時(shí)利用端子內置電位器可以完成橋路的平衡。四通道隔離放大器SCXI－1121 提供4 路激勵信號，掃描速率為333ks/s，每通道的增益可以通過(guò)跳線(xiàn)調整1－2000 倍并提供低通濾波。由于SCXI－1211 模塊中的低通濾波器為一個(gè)三級RC 濾波器，濾波頻率只能設置為4Hz/10KHz,因此系統使用一個(gè)八通道可編程橢圓濾波器SCXI－1141 作為系統的濾波單元，軟件可選的低通濾波截止頻率為10Hz－25KHz，為八階橢圓濾波器，同時(shí)提供軟件可編程增益?？紤]現場(chǎng)測試的復雜性，后備了直流電源SCXI－1382。
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