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應用領域：
航空／國防
使用的產品：
NI USB-6008
LabVIEW 8.20
挑戰：
運用NI的便攜式數據采集設備融合先進的虛擬儀器技術，實現多路電阻、多路電流的精密測量和係統狀態信號的監測，以較低的成本解決生產、調試和維修過程中的監測任務。
應用方案：
運用NI的便攜式數據采集設備配合相應的外圍電路，對監測信號進行采集，使用NI的圖形化編程軟件LabVIEW對監測數據進行顯示、處理和記錄，實現了慣性製導係統溫控電路的實時監測。
介紹：
本文根據監測精度的需要，設計了精密穩定的信號轉換電路，將需要監測的電阻、電流和係統狀態信號轉化為適當的電壓信號；並根據監測任務的需要選擇合適的數據采集設備，對電壓信號進行采集，軟件采用LabVIEW實現，受益於labVIEW對NI數據采集產品的完美支持，可以很方便的實現數據的顯示、處理和記錄等功能。
正文：
引言
guanxingzhidaoshiliyongtuoluoyihejiasudubiaozuchengdeguanxingceliangzhuangzhiceliangfeixingqideyundongcanshu，kongzhiqianyudingluxianfeixingdeyizhongzhidaofangshi。zhenggezhidaoxitongyibanyouguanxingceliangzuhe、計算機和執行機構等組成。慣性測量組合是保證製導精度的核心裝置，內部裝有高精度的測量儀器（包括陀螺儀、加速度表）和(he)相(xiang)應(ying)的(de)模(mo)數(shu)轉(zhuan)換(huan)電(dian)路(lu)，這(zhe)些(xie)器(qi)件(jian)必(bi)須(xu)工(gong)作(zuo)在(zai)恒(heng)定(ding)的(de)溫(wen)度(du)環(huan)境(jing)下(xia)，才(cai)能(neng)達(da)到(dao)高(gao)精(jing)度(du)的(de)測(ce)量(liang)要(yao)求(qiu)，因(yin)此(ci)慣(guan)性(xing)測(ce)量(liang)組(zu)合(he)內(nei)部(bu)都(dou)設(she)計(ji)有(you)精(jing)密(mi)的(de)溫(wen)度(du)控(kong)製(zhi)電(dian)路(lu)。本(ben)文(wen)所(suo)介(jie)紹(shao)的(de)就(jiu)是(shi)美(mei)國(guo)國(guo)家(jia)儀(yi)器(qi)公(gong)司(si)的(de)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)產(chan)品(pin)在(zai)某(mou)型(xing)號(hao)慣(guan)性(xing)製(zhi)導(dao)武(wu)器(qi)溫(wen)控(kong)電(dian)路(lu)的(de)實(shi)時(shi)監(jian)測(ce)中(zhong)的(de)應(ying)用(yong)。
監測對象分析
為了縮短穩定時間、提高控溫精度，慣性製導係統溫控電路采用多路控溫、多級控溫的方式，首先采用了溫度繼電器對係統進行初級控溫，待係統溫度升高到45℃時溫度繼電器斷開，係統對外輸出28V“加溫好”指示信號；一級溫控和二級溫控電路采用PWM（脈寬調製）控製方式，一級溫控電路的控溫點為52℃，二級溫控電路的控溫點為60℃，由於一、二er級ji溫wen控kong之zhi間jian溫wen度du梯ti度du較jiao小xiao，從cong而er保bao證zheng了le最zui終zhong的de控kong溫wen效xiao果guo，一yi級ji和he二er級ji的de控kong溫wen電dian路lu監jian測ce主zhu要yao通tong過guo監jian測ce慣guan性xing製zhi導dao係xi統tong自zi帶dai的de測ce溫wen鉑bo電dian阻zu阻zu值zhi和he加jia溫wen電dian流liu實shi現xian。
綜上所述，要完成對溫控電路的實時監測，需要對多路電阻、多路電流和“加溫好”信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)采(cai)集(ji)。對(dui)於(yu)鉑(bo)電(dian)阻(zu)阻(zu)值(zhi)的(de)監(jian)測(ce)，考(kao)慮(lv)到(dao)電(dian)阻(zu)初(chu)始(shi)值(zhi)較(jiao)高(gao)，而(er)變(bian)化(hua)量(liang)又(you)較(jiao)小(xiao)，采(cai)用(yong)電(dian)橋(qiao)法(fa)，輸(shu)出(chu)的(de)微(wei)弱(ruo)電(dian)壓(ya)信(xin)號(hao)經(jing)儀(yi)表(biao)放(fang)大(da)器(qi)放(fang)大(da)到(dao)0~5V之間。由於電流的典型值最大高達18A左右，最小0.2A左右，為保證采集精度，我們選用高精度的霍爾效應線性電流傳感器ACS712，選用量程20A的電流傳感器監測總加溫電流，量程5A的電流傳感器監測分路加溫電流。“加溫好”信號通過電阻分壓的方法將其將降為1~3V之間。這樣所有的待測信號都轉化為0~5V的電壓信號。
硬件係統組成
1) 鉑電阻阻值監測電路設計
鉑電阻阻值監測電路示意圖如圖1suoshi。zaijianceguochengzhong，zuiduoxuyaojianceliulucewenbodianzudezuzhi，tongguojidianqikongzhiyuqudongdianlufenbiejiangcewenbodianzuzuoweiyigeqiaobijieruqiaoshizuzhiceliangdianlu，bodianzuzuzhidebianhuachanshengdedianyaxinhao，jingyibiaofangdaqiAD620放大後送入數據采集設備。
2) 電流監測電路設計
電流監測電路如圖2所示。在監測過程中，最多需要監測四路加溫電流，所以我們選用了四片Allegro公司的高精度的霍爾效應線性電流傳感器ACS712，其輸出電壓正比於交/直流電流輸入，在室溫下其輸出誤差小於1.5%，精度完全能夠滿足總電流0.5A、分路電流0.2A的測量精度。選擇量程為20A的ACS712-20A用於監測總加溫電流，其餘三片監測分路加溫電流的ACS712-5B量程為5A，電流傳感器輸出的電壓信號無需放大即可直接送入數據采集設備。
圖2 電流監測電路
3) “加溫好”信號監測電路設計
“加溫好”信號是由慣性製導係統初級加溫達到45℃時對外輸出的28V直流電壓信號，考慮到一般數據采集設備的量程，我們將其作分壓處理，原理圖如下：
圖3 “加溫好”信號監測電路
圖中，Tok+的輸出為0V、1.33V，經過分壓後的電壓信號更加方便數據采集設備的處理。
4) 數據采集設備的選擇
l 精度
鉑電阻阻值監測精度分析
鉑電阻的阻值計算公式：
R(t)=R(0℃)（1+At+Bt2）………………………………………………………（1）
式中：
R(t)――溫度為t時鉑電阻的阻值；
t――溫度；
R(0℃)――溫度為0℃時鉑電阻的阻值（這裏為500Ω）；
A――3.90802×10-3 ℃-1；
B――-5.80195×10-7 ℃-2。
根據公式計算可得到
R（25℃）=500×（1+3.90802×10-3×25-5.80195×10-7×252）=548.7Ω
R（52℃）=500×（1+3.90802×10-3×52-5.80195×10-7×522）=600.8Ω
R（60℃）=500×（1+3.90802×10-3×60-5.80195×10-7×602）=616.2Ω
R（75℃）=500×（1+3.90802×10-3×75-5.80195×10-7×752）=644.9Ω
由於監測都在室溫下進行，我們將溫度監測的低點設為25℃，高點設為75℃，並保證0.1℃的監測精度。將圖1中的R取549Ω，則溫度在25℃~75℃之間時，輸出的電壓信號在0~200mV之間，則放大倍數G=19.93（RG=2.61kΩ）時可輸出0~4V的電壓信號。由於R與T近似線性關係，也即Ｒ也需要1/500的相對精度，但由於輸出電壓與R是非線性關係,當R變化1/500時，
根據R與電壓的關係可得：
Ｕ1=G*(2.5-549*5/(R+549))
U2=G*(2.5-549*5/（R+R/500+549）)
ΔU=U2-U1=G*(2.5-549*5/（R+R/500+549）-2.5+549*5/(R+549))=5.49*G*R/((R+549)(R+R/500+549))
當R在548.7~644.9Ω之間時ΔU在49.6~50mV之間,因此數據采集卡在量程為0~5V時應具有不大於49.6mV的絕對精度。
根據電流傳感器輸出電壓的靈敏度，量程為20A的電流傳感器靈敏度為100mV/A，輸出電壓範圍0.5Ｖ~2.5V；量程為5A的電流傳感器靈敏度為185mV/A，輸出電壓範圍1.575~2.5V；同時還需監測+5V（DAQ）精密電壓基準以方便對電流傳感器輸出電壓進行校準，因此數據采集卡在量程為0~5V時應具有不小於100mV的絕對精度。
“加溫號”信號隻需監測其有無，無精度要求。
l 采樣速率
本應用對采樣速率無特殊要求，不小於100S/s的采樣速率即可滿足要求。
l 模擬輸入通道
三路差分模擬輸入通道分別用來精確測量鉑電阻阻值、加溫電流、+5V（DAQ）精密電壓基準；一路模擬或數字輸入通道用來監測“加溫號”信號的有無，當選用數字輸入通道時，圖3中的R26應換用10k電阻，R27應不大於1k，否則無法將數字輸入通道拉低到零。
l 數字I/O
能輸出六路鉑電阻通道切換控製信號和四路電流傳感器輸出電壓通道切換控製信號，共需十路（並行控製）數字I/O，或者四路（串行控製，需要譯碼器配合）數字I/O。
根據上述要求我們選用美國國家儀器公司的便攜式多功能數據采集設備NI USB-6008, NI USB-6008具有10kS/s采樣速率、12位分辨率，8路模擬輸入、2路模擬輸出，12路數字I/O，1個32位的數字計數器，功能全麵，性能適中，具有很高的性價比。NI USB-6008在量程為±5V的差分工作模式下，絕對精度可達4.28mV，完全可以滿足監測的需要。
軟件及界麵設計
軟件程序流程圖如圖4所(suo)示(shi)，程(cheng)序(xu)初(chu)始(shi)化(hua)後(hou)首(shou)先(xian)進(jin)行(xing)係(xi)統(tong)配(pei)置(zhi)，選(xuan)擇(ze)測(ce)試(shi)項(xiang)目(mu)，輸(shu)入(ru)產(chan)品(pin)信(xin)息(xi)和(he)測(ce)試(shi)信(xin)息(xi)等(deng)測(ce)試(shi)必(bi)需(xu)的(de)配(pei)置(zhi)選(xuan)項(xiang)，然(ran)後(hou)即(ji)可(ke)開(kai)始(shi)采(cai)集(ji)工(gong)作(zuo)，此(ci)時(shi)NI USB-6008被配置為四路差分模擬輸入通道，分別對電阻、電流、基準電壓、“加溫好”信號進行采集，而P0和P1口(kou)被(bei)用(yong)來(lai)控(kong)製(zhi)多(duo)路(lu)電(dian)阻(zu)和(he)電(dian)流(liu)的(de)切(qie)換(huan)。數(shu)據(ju)被(bei)實(shi)時(shi)的(de)顯(xian)示(shi)在(zai)前(qian)麵(mian)板(ban)上(shang)，數(shu)據(ju)的(de)其(qi)他(ta)處(chu)理(li)在(zai)後(hou)台(tai)進(jin)行(xing)。達(da)到(dao)設(she)定(ding)的(de)監(jian)測(ce)時(shi)間(jian)或(huo)用(yong)戶(hu)終(zhong)止(zhi)采(cai)集(ji)後(hou)結(jie)束(shu)采(cai)集(ji)，生(sheng)成(cheng)測(ce)試(shi)報(bao)表(biao)，表(biao)中(zhong)的(de)控(kong)溫(wen)精(jing)度(du)是(shi)根(gen)據(ju)標(biao)準(zhun)偏(pian)差(cha)算(suan)法(fa)求(qiu)得(de)，計(ji)算(suan)公(gong)式(shi)如(ru)下(xia)：
其中， 為樣本的平均值，n為樣本個數。測試報表共給出了25分鍾、30分鍾、35分鍾、40分鍾時的控溫精度，用以衡量本路控溫電路的穩定性。數據預覽無誤後可保存或打印輸出。
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