0 虛擬儀器技術(shù)與LabVIEW
虛擬儀器技術(shù)是利用高性能的模塊化硬件，結合靈活的軟件完成各種測試、測量和自動(dòng)化的應用。虛擬儀器技術(shù)具有性能高，擴展性強，開(kāi)發(fā)時(shí)間少及出色的集成能力等優(yōu)勢?；谔摂M儀器技術(shù)可以開(kāi)發(fā)適應不同應用場(chǎng)合的虛擬儀器測試方案，更好地組建自動(dòng)化程度較高，數據處理分析能力較強的測試系統口。Lab-VIEW是一個(gè)具有革命性的圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境，內置信號采集、測量分析與數據顯示功能，摒棄了傳統開(kāi)發(fā)工具的復雜性，在提供強大功能的同時(shí)，還保證了系統的靈活性；LabVIEW將廣泛的數據采集、分析與顯示功能集中在同一個(gè)環(huán)境中，可以在自己的平臺上無(wú)縫地集成一套完整的應用方案Ⅲ。正因為具有如此巨大的優(yōu)點(diǎn)，使它成為建立測試與測控系統的*選擇。
1 應變測量原理
半導體應變片可用于應力測量和應力分析，以及作為各種傳感器的力一電轉換元件，它基于金屬絲在受拉或受壓后發(fā)生彈性形變，其阻值也隨之產(chǎn)生相應的變化這一物理特性實(shí)現的。
在金屬絲變形的彈性范圍內，電阻的相對變化△R／R與應變△L／L成正比，因而△R／R=K△L／L。其中，K為電阻應變片的靈敏系數。用應變片測量應變或應力時(shí)，是將應變片粘貼于被測對象上，在外力作用下，被測對象表面產(chǎn)生微小機械變形，粘貼在其表面上的應變片亦隨其發(fā)生相同的變化，因此應變片的電阻也發(fā)生相應的變化。當壓力F在一定范圍內時(shí)，應變εx以一個(gè)常數正比于F。
L為兩孔中心距的50％；E為梁的彈性模量；b為梁的寬度；h為孔上下zui薄處的厚度。當力F使單個(gè)應變片的電阻變化△R時(shí)，全橋測量電路的輸出電壓U0=U△R／R.
其中，信號調理電路包括信號放大和濾波，其作用是對信號進(jìn)行必要的調理。如果選用NI公司具有信號調理模塊的數據采集卡，則不必再另外設計信號調理電路.
2 應變片選用——BP型半導體應變片
BP型半導體應變片可用于應力測量和應力分析，并作為各種傳感器的力-電轉換元件。它們具有靈敏度高（比金屬應變片大50～100倍左右），機械滯后小，體積小，耗電少等優(yōu)點(diǎn)。其高的靈敏度使輸出信號電平增大幾十倍，所以不必采用放大器而直接用電壓表或示波器等簡(jiǎn)單儀表就可以直接記錄測量結果，因而使得測量?jì)x表大為簡(jiǎn)化；再加上它的機械滯后小，可以測量靜態(tài)應變、低頻應變等，在許多新技術(shù)中，如火箭、導彈、飛機等制造工業(yè)及遙測系統中，半導體應變片具有*的應用價(jià)值。
BP-6-120型半導體應變片技術(shù)參數：
硅絲尺寸為6mm×0．4 mm×0．05 mm；基底尺寸為10 mm x 6 mm；靈敏系數120；電阻溫度系數小于0．2％；靈敏度溫度系數小于0．16％；允許工作電流25 mA；允許zui大應變2 000με；極限工作溫度100℃。
3 信號濾波電路
從應變片組成的電橋電路中出來(lái)的電壓信號通常會(huì )伴隨著(zhù)噪聲、振動(dòng)等于擾，為了得到較為準確的低頻應變信號，在將采集到的應變信號送到計算機之前，需要進(jìn)行濾波處理。雙二階環(huán)濾波電路利用兩個(gè)以上的加法器、積分器等組成的運算放大電路，根據要求的傳遞函數，引入適當的反饋，構成濾波電路。其突出特點(diǎn)是電路靈敏度低，特性非常穩定，并可實(shí)現多種濾波功能，這里使用低通濾波.
4．1 電阻片的溫度效應
電阻片由金屬材料制成，它的阻值隨著(zhù)溫度的變化也將產(chǎn)生變化。另外，由于試件和電阻材片的線(xiàn)性膨脹系數不同，從而會(huì )使電阻片的阻值發(fā)生變化。溫度變化引起的電阻變化是客觀(guān)存在的，但不希望在測量結果中反映出來(lái)。
4．2 溫度補償
作為測量電橋的四個(gè)臂，當稱(chēng)重時(shí)受到負載F的作用后，R1，R2受拉伸阻值增加，R3，R4受壓縮阻值下降，四個(gè)應變片組成差動(dòng)電橋，輸出特性的線(xiàn)性度好，并且還具有溫度補償作用。輸出應變信號電壓為：
4．3 橋路預調零點(diǎn)
為測量方便起見(jiàn)，在試件變形前，要求電橋起始輸出電壓等于零，即U0=0。要挑選*一樣的電橋電阻是很困難的，可以采取在電橋上調零的措施來(lái)達到使其平衡的目的。
5 測量系統硬件組成和軟件設計
系統硬件部分主要包括雙孔梁、BP-6-120型半導體應變片、全橋電路、通用PC機、數據采集卡,信號調理電路 。利用NI公司的LabVIEW 8.0軟件作為程序設計編譯環(huán)境和工具。
啟動(dòng)應用程序，輸入相關(guān)測試參數和采樣數據存放路徑，點(diǎn)擊“采集數據”開(kāi)始，進(jìn)行應變量的采集，點(diǎn)擊處理數據，程序對所采樣數據進(jìn)行計算處理，得出在力F作用下的應變值。
基于LabVIEW圖形化的編程方式直接簡(jiǎn)便，使得程序更加簡(jiǎn)潔，降低程序的開(kāi)發(fā)難度，減少程序的開(kāi)發(fā)時(shí)間。本軟件設計主要完成應變信號數據的采集、管理、處理分析與結果輸出等。
6 結 語(yǔ)
介紹在LabVIEW平臺下設計應變測量系統的方法。LabVIEW在測試測量領(lǐng)域有著(zhù)的優(yōu)勢，是儀器開(kāi)發(fā)領(lǐng)域的一個(gè)新的發(fā)展方向。該文給出了它的一個(gè)簡(jiǎn)單應用，實(shí)現了對應力應變信號的實(shí)時(shí)數據采集和檢測。
