曾 榮 白 巍 于 杰 王 成

(中國華陰兵器試驗中心，陜西 華陰 714200）

1.引言

測試準備和設備調試時一般要使用信號發(fā)生器進行模擬測試，同時以此檢測設備狀態(tài)，因此采用與實測信號一致的信號進行系統(tǒng)驗證無疑是最理想的。傳統(tǒng)的信號發(fā)生器大多依靠硬件實現(xiàn)信號發(fā)生，價格在數(shù)千到數(shù)萬元不等。而在動態(tài)測試領域，由于測試對象、測試參數(shù)的千差萬別，僅僅依靠傳統(tǒng)的信號發(fā)生器對所有設備進行檢測實現(xiàn)起來難度較大，并且一般的信號發(fā)生器只有正弦、余弦等函數(shù)信號，不能產(chǎn)生我們期望的各種特殊要求的信號，無法完全滿足我們的使用要求。因此，可以考慮采用虛擬儀器技術并利用已有的硬件設計滿足實際需求的信號發(fā)生器。

2.技術實現(xiàn)

虛擬儀器技術的特色即在于使用基本的硬件設備，通過靈活的軟件編程，來實現(xiàn)多種需求，尤其是特殊需求的儀器功能。在虛擬儀器的數(shù)據(jù)采集設備上，除了標準的信號輸入端口外，一般都具有模擬信號輸出的端口。因此，利用這些輸出端口，在不增加硬件成本的前提下，利用程序將以往的測試數(shù)據(jù)通過計算機的控制，“虛擬”出實測的模擬信號并由模出端口輸出，再由相應的測試設備采集，可以檢驗整套系統(tǒng)。

這種方法既充分利用了硬件設備，節(jié)約了經(jīng)費，又最大限度地發(fā)揮了軟件是核心的特點。

2.1 原理框圖

圖1 原理框圖

信號發(fā)生器軟件通過控制計算機的PCI總線，向NI6070數(shù)據(jù)采集卡發(fā)出指令，控制板上的DAC電路將計算機輸出的數(shù)字信號轉換為模擬信號，并由兩路模擬輸出口輸出，可以產(chǎn)生兩路獨立的輸出信號，經(jīng)BNC-2090輸出信號，可以連接任何BNC接口的模擬輸入端。既可產(chǎn)生標準函數(shù)波形(如正弦波、三角波、方波、鋸齒波等），又可產(chǎn)生用戶定義的波形。

圖2 軟件界面

2.2 硬件組成

A：NI6070數(shù)據(jù)采集卡

輸入?yún)?shù)：16-ch SE/8-ch DI模入，12-bit精度，最高1.25MS/s采樣率，各路增益和輸入范圍可單獨設定；輸出參數(shù)：2-ch、12-bit、1MS/s更新率模出。

B：BNC-2090多功能連接器用于將各種由BNC端口的輸入轉換到NI6070數(shù)據(jù)采集卡的輸入端，或將NI6070數(shù)據(jù)采集卡的模擬輸出轉換到BNC端口。

C：SH-6868電纜：連接NI6070數(shù)據(jù)采集卡(輸入輸出端口為雙排68針插座)與BNC-2090(BNC接口與雙排68針插座相互轉換)。

2.3 軟件設計

軟件在圖形化編程軟件LabView的平臺上完成，由主程序和功能子程序組成，分為以下幾個模塊：

A：硬件設置：設置儀器地址、輸出信號的刷新率、緩沖長度等，一般使用軟件的默認設置；

B：信號選擇：選擇標準函數(shù)信號或是測試數(shù)據(jù)信號作為輸出信號；函數(shù)信號：包括正弦波。余弦波、三角波、方波、鋸齒波，并可以設置信號幅度、信號頻率、信號點數(shù)、直流偏置和相位等；數(shù)據(jù)信號：選擇需要的數(shù)據(jù)作為源數(shù)據(jù)；

C：輸出方式：選擇單次或是連續(xù)輸出；

D：輸出控制：控制輸出通道的開關、信號的輸出、信號的清除等。

主要功能有：可產(chǎn)生最高更新率1MS/s；可產(chǎn)生多種標準函數(shù)的波形；可根據(jù)實測數(shù)據(jù)產(chǎn)生相應的波形；可同時產(chǎn)生雙通道波形；可單次或連續(xù)產(chǎn)生波形；

需要說明的是，由于數(shù)據(jù)采集卡輸入輸出信號的標準范圍為±10V，而DAC轉換數(shù)據(jù)信號是按照實際的數(shù)據(jù)進行的(如數(shù)據(jù)中的最大值是1000，則其轉換后的數(shù)據(jù)波形仍然是1000)，如果完全按照這樣進行，在軟件的顯示是正常的，但是在輸出端卻因為信號過載而得不到正確的數(shù)據(jù)。因此，需要將數(shù)據(jù)在進入DAC之前進行相應的衰減，使其符合輸入輸出的要求，并且能夠正確反映源數(shù)據(jù)。同時在數(shù)據(jù)采集端，也要對放大器等進行相應的參數(shù)設置，使采集的數(shù)據(jù)正確地轉換為相應的數(shù)據(jù)。

3.應用實例

我們分別采用模擬信號發(fā)生器的函數(shù)信號和某火炮膛壓曲線的實測數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)源，使用模擬信號發(fā)生器軟件控制并由模擬輸出端將其輸出，并使用不同的測試系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集進行驗證。測試系統(tǒng)分別是專用火炮膛壓測試系統(tǒng)和我們使用LabVIEW語言編制的一個數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集部分使用的是NI6070采集卡。采集的數(shù)據(jù)分別有不使用電荷放大器(采集電壓信號)和使用電荷放大器(采集電荷信號，相當于實測模擬)的數(shù)據(jù)，將所得數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)的波形進行比較，得出了非常滿意的結果。

圖3 某火炮的實測膛壓曲線

圖4 由實測數(shù)據(jù)模擬輸出的膛壓曲線

圖5 專用火炮膛壓測試系統(tǒng)測試的模擬數(shù)據(jù)

圖6 新編制的測試系統(tǒng)測試的模擬數(shù)據(jù)

由以上數(shù)據(jù)可以看出，計算機“虛擬”出的模擬信號與實際的測試信號是一致的，既驗證了信號發(fā)生器設計的正確性，同時也驗證了新設計的采集系統(tǒng)的可靠性。

4.結束語

采用虛擬儀器技術設計的信號發(fā)生器不僅具有一般的信號發(fā)生器的功能，更具有其所不具備的能力，在不增加成本的情況下，不失為一種有效的方法。況且，即便是有了類似的基于虛擬儀器設備，仍然只具有一般的函數(shù)信號功能，如果需要進行實測信號的模擬測試，也可以使用本文的方法。

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