风洞数据采集系统设计与实现
|
摘要
风洞用于空气动力模拟试验以获取各种空气动力学参数,风洞试验数据的获取主要依靠风洞数据采集系统,该系统在风洞中具有非常重要的地位,是风洞的重要组成部分之一。先进的风洞数据采集系统建设,可以提高风洞试验效率、精度及水平,对空气动力学的研究具有重要的意义。
本文通过对风洞数据采集系统组成原理与相关应用技术的研究,在详细分析用户需求的基础上,应用虚拟仪器技术设计了系统硬件和软件。该系统硬件基于PXI平台构建,主要包括各传感器元件、信号调理板、数据放大器、数据采集板、工控机等;该系统软件采用LabWindows/CVI工具软件进行开发,包括主控模块、静态数据采集模块、动态数据采集模块、数据的分析和处理模块、文件管理模块、网络通信模块等程序模块。
本文设计的风洞数据采集系统已经通过调试,并已投入使用,为我国空气动力学研究提供了先进的试验平台。多次实验表明,本文设计的风洞数据采集系统完全达到设计要求,其自动化程度高,可提高风洞运行效率,缩短试验时间,提高测试精度,从而提高该风洞的市场竞争力,创造良好的社会和经济效益。
Wind tunnel is used for the aircraft aerodynamic simulation test to acquire a variety of aerodynamics data. Wind tunnel test data acquisition depends mainly on wind tunnel data acquisition system. So the system is one of the important parts of wind tunnel. The development of advanced wind tunnel may enhance efficiency, accuracy and wind tunnel experimental level, playing an important role on the aerodynamic research.
This thesis first studies the composition principle of wind tunnel data acquisition system and related application technology. On the basis of a detailed analysis of user needs, virtual instrument technology is used to design the hardware and the software. The hardware system which bases on the PXI composes of sensors, signal modules, data amplifiers, acquisition modules and industrial control computer. The software system which uses LabWindows/CVI software tools to develop contains such programs as main control module, static data acquisition module, dynamic data acquisition module, data analysis and processing module, files management module and network communication module.
Wind tunnel data acquisition system designed in this thesis has successful in debugging. It has started test models and provids a reliable test platform for China's aerodynamics researching. Experiments show that the system fully satisfies the design requirements, demonstrating its high automation and efficiency. It may shorten the experiment time and improve precision. So the market competitiveness of wind tunnel is enhanced, and it creates a good social and economic benefits.
本文通过对风洞数据采集系统组成原理与相关应用技术的研究,在详细分析用户需求的基础上,应用虚拟仪器技术设计了系统硬件和软件。该系统硬件基于PXI平台构建,主要包括各传感器元件、信号调理板、数据放大器、数据采集板、工控机等;该系统软件采用LabWindows/CVI工具软件进行开发,包括主控模块、静态数据采集模块、动态数据采集模块、数据的分析和处理模块、文件管理模块、网络通信模块等程序模块。
本文设计的风洞数据采集系统已经通过调试,并已投入使用,为我国空气动力学研究提供了先进的试验平台。多次实验表明,本文设计的风洞数据采集系统完全达到设计要求,其自动化程度高,可提高风洞运行效率,缩短试验时间,提高测试精度,从而提高该风洞的市场竞争力,创造良好的社会和经济效益。
Wind tunnel is used for the aircraft aerodynamic simulation test to acquire a variety of aerodynamics data. Wind tunnel test data acquisition depends mainly on wind tunnel data acquisition system. So the system is one of the important parts of wind tunnel. The development of advanced wind tunnel may enhance efficiency, accuracy and wind tunnel experimental level, playing an important role on the aerodynamic research.
This thesis first studies the composition principle of wind tunnel data acquisition system and related application technology. On the basis of a detailed analysis of user needs, virtual instrument technology is used to design the hardware and the software. The hardware system which bases on the PXI composes of sensors, signal modules, data amplifiers, acquisition modules and industrial control computer. The software system which uses LabWindows/CVI software tools to develop contains such programs as main control module, static data acquisition module, dynamic data acquisition module, data analysis and processing module, files management module and network communication module.
Wind tunnel data acquisition system designed in this thesis has successful in debugging. It has started test models and provids a reliable test platform for China's aerodynamics researching. Experiments show that the system fully satisfies the design requirements, demonstrating its high automation and efficiency. It may shorten the experiment time and improve precision. So the market competitiveness of wind tunnel is enhanced, and it creates a good social and economic benefits.
引文
[1]关萍,薛晓锋,付岚岚.风洞试验及其在结构风工程中的应用[J].山西建筑,2005,31(16):71-72.
[2]施洪昌.风洞数据采集技术[M].第1版.北京:国防工业出版社,2004.
[3]黄智刚,柳重堪,姚彤.多路并行高精度数据采集系统的两种实现方法[J].数据采集与处理,1999,14(2):225-229.
[4]康虎,施洪昌,祝汝松等.CG—01风洞测控系统改造[J].流体力学实验与测量,2002,16(3):57-62
[5]李其畅,伍开元,郑世华等.高速风洞大振幅俯仰动态试验技术研究[J].流体力学实验与测量,2004,18(4):68-77
[6]宋旸,施洪昌.基于PXI总线的汽车风洞测控系统[J].工业控制计算机,2005,18(11):21-22.
[7]李平,谢艳,杨奇磷.2.4m风洞大规模测压试验技术及应用[J].流体力学实验与测量,2002,16(2):92-96.
[8]吴培浩,杨仕超,马扬.地铁屏蔽门风压实测研究[J].城市轨道交通研究,2007,(6):57-59.
[9]战培国,杨炯.国外风洞试验的新机制、新概念、新技术[J].流体力学实验与测量,2004,18(4):1-5.
[10]施洪昌.高低速风洞测量与控制系统设计[M].第1版.北京:国防工业出版社,2001.
[11]张红,周述涛,张管兴.高精度高速A/D转换器时钟稳定电路设计[J].电子元器件应用,2006(9):86-87.
[12]陈建平,吴国庆.TMS320C6000系列DSP的最新进展[J].南通大学学报(自然科学版),2006,5(4):67-70.
[13]贺德馨.发展风洞测控技术 提高风洞试验水平[J].测控技术,1996,15(1):5-7.
[14]D.Shi,D.A.Axinte,N.N.Gindy.Development of an online machining process monitoring system:a case study of the broaching process[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2007,34(1-2):34-46.
[15]侯孝民,欧宏武,李刚.合成式超高速数据采集系统[J].指挥技术学院学报,1999,10(4):77-82.
[16]魏沛杰,顾正黄,田永泰等.基于CAMAC总线的交替式数据采集及实时监控系统研究[J].核电子学与探测技术,2007,27(1):53-56.
[17]马明建.数据采集与处理技术[M].西安:西安交通大学出版社,2005.9.
[18]杨拴科.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2003.
[19]申忠如,郭福田.现代测试技术与系统设计[M].西安:西安交通大学出版社,2006.2.
[20]何永红,伏金春.基于虚拟仪器的数据采集系统[J].电子质量,2005,(10):8-12.
[21]惠俊军,王志贤.基于labwindows/CVI的虚拟仪器的开发[J].机械工程师.2004.12:30-31.
[22]江凡,薛冬新,宋希庚.基于labwindows/CVI平台的数据采集及信号处理软件的开发[J].仪器仪表与分析监测,2003,(1):10-18.
[23]王晓蕾,和健,彭勇平等.基于虚拟仪器技术的自动气象站数据采集与处理系统[J].气象科技,2006,34(2):210-214.
[24]祖先锋,潘孟春,罗飞路等.基于LabWindows/CVI的导弹检测虚拟仪器系统[J].仪表技术,2006,(3):6-8.
[25]裴博,王卫东,宋彦峥.多种新编程技术在风洞实验测控系统中的实现[J].航空计算技术,2002,32(3):62-65.
[26]刘君华.基于LabVIEW的虚拟仪器设计[M].北京:电子工业出版社,2003.
[27]王建新,杨世凤.LabWindows/CVI测试技术及工程应用[M].北京:化学工业出版社,2006.10.
[28]张凤均.LabWindows/CVI开发入门和进阶[M].北京:北京航空航天出版社,2001.
[29]刘君华.虚拟仪器编程语言LabWindows/CVI教程[M].北京:电子工业出版社,2001.
[30]NI上海分公司.NIDAQ7-数据采集软件演化的下个阶段[J].国外电子测量技术,2004,(1):38-40.
[31]PXI System Alliance.PXI Specification Revision 2.0[P].2000,5.
[32]沈辉,关振宏.基于PXI的虚拟仪器测试技术[J].Modern Scientific Instruments,2004,(6):16-18.
[33]黄福幸,李光里,李兵等.DFD风洞控制系统设计[J].宇航计测技术,2004,24(2):45-48
[34]艾延廷,黄福幸,李国文.DFD风洞数据采集与控制系统设计[J].仪器仪表学报.2005,(S1):821-823.
[35]张永双,康虎.FL-26风洞测控系统改造及其控制方法[C].全国空气动力测控技术交流会论文集,2003:204-212.
[36]高业芝,马军,刘忠华等.8米×6米风洞测量与控制系统[J].测控技术,2001,20(9):54-56.
[37]叶吉成,肖京平,李德祥等.8m×6m低速风洞技术改造研究[J].流体力学实验与测量,2001,15(3):72-78.
[38]徐镝,施洪昌.PXI在测控系统中的应用[J].西南科技大学学报,2003,18(1):26-29.
[39]韩珠风,张其威,吕英玮.WINDOWS环境下的风洞测量、控制、处理与管理系统[J].流体力 学实验与测量,1999,13(4):67-72.
[40]牛海发,牛明博,雷金奎等.多参数多台舵机自动测试系统的设计[J].实验技术与管理,2006,23(1):32-33.
[41]尹迪义,竹朝霞,惠增宏等.翼型风洞实验模型姿态角的测量与控制[J].流体力学实验与测量,2001,15(1):70-74.
[42]施洪昌,张永双,许海燕等.风洞测控系统干扰及抑制[J].工业控制计算机,2004,(9):7-8.
[43]徐皑冬.基于以太网的工业控制网络[J].信息与控制,2000,29(2):134-136.
[44]赵伟,张小牛,孟浩文.网络化-测量技术与仪器发展的新趋势[J].电测与仪表,2000,37(415):5-9.
[45]Harrold,D.Ethernet Everywhere[J].Control Engineering,1999,46(6):50
[46]杜承烈,李言俊,龚德辉.分布式测试环境下的实时通信研究[J].航空学报,1999,20(1):83-85.
[47]黄为勇,邵晓根.基于以太网的虚拟仪器的研究与实现[J].微计算机信息,2005,21(10-1):134-136.
[48]惠俊军,王志贤.用Labwindows/CVI实现基于C/S模式的网络化虚拟测试系统[J].今日电子,2004,(10):87-88.
[49]安幼林,杨锁昌.基于LabWindows/CVI与C++Builder的网络化测试系统设计与实现[J].计算机工程与设计,2005,26(11):3042-3044.
[50]赵大海,周小刚,惠俊军等.LabWindows/CVI的虚拟仪器远程网络控制系统设计[J].火力与指挥控制,2005,30(8):64-67.
[51]郑力新,周凯汀.LabWindows/CVI实现远程虚拟测控技术[J].华侨大学学报(自然科学版),2005,26(3):247-250.
[52]袁继敏,李小玲,古天祥.网络化数据采集系统的设计[J].燃气涡轮试验与研究,2003,16(1):41-44.
[53]National Instruments.SCXI-1102/B/C User Manual[R].2005.
[54]National Instruments.Low-Cost M Series Multifunction DAQ-16Bit,250ks/s,up to 80 Analog Inputs[R].2006.
[55]National Instruments.S Series Multifunction DAQ-up to 16Bit,up to 3MS/s per Channel,up to 8Analog Inputs[R].2005.
[56]National Instruments.SCXI-1141/1142/1143 User Manual[R].2001.
[57]恽起麟.对风洞试验数据精确度的要求.气动实验与测量控制[J],1994,8(1):66-72.
[2]施洪昌.风洞数据采集技术[M].第1版.北京:国防工业出版社,2004.
[3]黄智刚,柳重堪,姚彤.多路并行高精度数据采集系统的两种实现方法[J].数据采集与处理,1999,14(2):225-229.
[4]康虎,施洪昌,祝汝松等.CG—01风洞测控系统改造[J].流体力学实验与测量,2002,16(3):57-62
[5]李其畅,伍开元,郑世华等.高速风洞大振幅俯仰动态试验技术研究[J].流体力学实验与测量,2004,18(4):68-77
[6]宋旸,施洪昌.基于PXI总线的汽车风洞测控系统[J].工业控制计算机,2005,18(11):21-22.
[7]李平,谢艳,杨奇磷.2.4m风洞大规模测压试验技术及应用[J].流体力学实验与测量,2002,16(2):92-96.
[8]吴培浩,杨仕超,马扬.地铁屏蔽门风压实测研究[J].城市轨道交通研究,2007,(6):57-59.
[9]战培国,杨炯.国外风洞试验的新机制、新概念、新技术[J].流体力学实验与测量,2004,18(4):1-5.
[10]施洪昌.高低速风洞测量与控制系统设计[M].第1版.北京:国防工业出版社,2001.
[11]张红,周述涛,张管兴.高精度高速A/D转换器时钟稳定电路设计[J].电子元器件应用,2006(9):86-87.
[12]陈建平,吴国庆.TMS320C6000系列DSP的最新进展[J].南通大学学报(自然科学版),2006,5(4):67-70.
[13]贺德馨.发展风洞测控技术 提高风洞试验水平[J].测控技术,1996,15(1):5-7.
[14]D.Shi,D.A.Axinte,N.N.Gindy.Development of an online machining process monitoring system:a case study of the broaching process[J].The International Journal of Advanced Manufacturing Technology,2007,34(1-2):34-46.
[15]侯孝民,欧宏武,李刚.合成式超高速数据采集系统[J].指挥技术学院学报,1999,10(4):77-82.
[16]魏沛杰,顾正黄,田永泰等.基于CAMAC总线的交替式数据采集及实时监控系统研究[J].核电子学与探测技术,2007,27(1):53-56.
[17]马明建.数据采集与处理技术[M].西安:西安交通大学出版社,2005.9.
[18]杨拴科.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2003.
[19]申忠如,郭福田.现代测试技术与系统设计[M].西安:西安交通大学出版社,2006.2.
[20]何永红,伏金春.基于虚拟仪器的数据采集系统[J].电子质量,2005,(10):8-12.
[21]惠俊军,王志贤.基于labwindows/CVI的虚拟仪器的开发[J].机械工程师.2004.12:30-31.
[22]江凡,薛冬新,宋希庚.基于labwindows/CVI平台的数据采集及信号处理软件的开发[J].仪器仪表与分析监测,2003,(1):10-18.
[23]王晓蕾,和健,彭勇平等.基于虚拟仪器技术的自动气象站数据采集与处理系统[J].气象科技,2006,34(2):210-214.
[24]祖先锋,潘孟春,罗飞路等.基于LabWindows/CVI的导弹检测虚拟仪器系统[J].仪表技术,2006,(3):6-8.
[25]裴博,王卫东,宋彦峥.多种新编程技术在风洞实验测控系统中的实现[J].航空计算技术,2002,32(3):62-65.
[26]刘君华.基于LabVIEW的虚拟仪器设计[M].北京:电子工业出版社,2003.
[27]王建新,杨世凤.LabWindows/CVI测试技术及工程应用[M].北京:化学工业出版社,2006.10.
[28]张凤均.LabWindows/CVI开发入门和进阶[M].北京:北京航空航天出版社,2001.
[29]刘君华.虚拟仪器编程语言LabWindows/CVI教程[M].北京:电子工业出版社,2001.
[30]NI上海分公司.NIDAQ7-数据采集软件演化的下个阶段[J].国外电子测量技术,2004,(1):38-40.
[31]PXI System Alliance.PXI Specification Revision 2.0[P].2000,5.
[32]沈辉,关振宏.基于PXI的虚拟仪器测试技术[J].Modern Scientific Instruments,2004,(6):16-18.
[33]黄福幸,李光里,李兵等.DFD风洞控制系统设计[J].宇航计测技术,2004,24(2):45-48
[34]艾延廷,黄福幸,李国文.DFD风洞数据采集与控制系统设计[J].仪器仪表学报.2005,(S1):821-823.
[35]张永双,康虎.FL-26风洞测控系统改造及其控制方法[C].全国空气动力测控技术交流会论文集,2003:204-212.
[36]高业芝,马军,刘忠华等.8米×6米风洞测量与控制系统[J].测控技术,2001,20(9):54-56.
[37]叶吉成,肖京平,李德祥等.8m×6m低速风洞技术改造研究[J].流体力学实验与测量,2001,15(3):72-78.
[38]徐镝,施洪昌.PXI在测控系统中的应用[J].西南科技大学学报,2003,18(1):26-29.
[39]韩珠风,张其威,吕英玮.WINDOWS环境下的风洞测量、控制、处理与管理系统[J].流体力 学实验与测量,1999,13(4):67-72.
[40]牛海发,牛明博,雷金奎等.多参数多台舵机自动测试系统的设计[J].实验技术与管理,2006,23(1):32-33.
[41]尹迪义,竹朝霞,惠增宏等.翼型风洞实验模型姿态角的测量与控制[J].流体力学实验与测量,2001,15(1):70-74.
[42]施洪昌,张永双,许海燕等.风洞测控系统干扰及抑制[J].工业控制计算机,2004,(9):7-8.
[43]徐皑冬.基于以太网的工业控制网络[J].信息与控制,2000,29(2):134-136.
[44]赵伟,张小牛,孟浩文.网络化-测量技术与仪器发展的新趋势[J].电测与仪表,2000,37(415):5-9.
[45]Harrold,D.Ethernet Everywhere[J].Control Engineering,1999,46(6):50
[46]杜承烈,李言俊,龚德辉.分布式测试环境下的实时通信研究[J].航空学报,1999,20(1):83-85.
[47]黄为勇,邵晓根.基于以太网的虚拟仪器的研究与实现[J].微计算机信息,2005,21(10-1):134-136.
[48]惠俊军,王志贤.用Labwindows/CVI实现基于C/S模式的网络化虚拟测试系统[J].今日电子,2004,(10):87-88.
[49]安幼林,杨锁昌.基于LabWindows/CVI与C++Builder的网络化测试系统设计与实现[J].计算机工程与设计,2005,26(11):3042-3044.
[50]赵大海,周小刚,惠俊军等.LabWindows/CVI的虚拟仪器远程网络控制系统设计[J].火力与指挥控制,2005,30(8):64-67.
[51]郑力新,周凯汀.LabWindows/CVI实现远程虚拟测控技术[J].华侨大学学报(自然科学版),2005,26(3):247-250.
[52]袁继敏,李小玲,古天祥.网络化数据采集系统的设计[J].燃气涡轮试验与研究,2003,16(1):41-44.
[53]National Instruments.SCXI-1102/B/C User Manual[R].2005.
[54]National Instruments.Low-Cost M Series Multifunction DAQ-16Bit,250ks/s,up to 80 Analog Inputs[R].2006.
[55]National Instruments.S Series Multifunction DAQ-up to 16Bit,up to 3MS/s per Channel,up to 8Analog Inputs[R].2005.
[56]National Instruments.SCXI-1141/1142/1143 User Manual[R].2001.
[57]恽起麟.对风洞试验数据精确度的要求.气动实验与测量控制[J],1994,8(1):66-72.