研究论文-基于LabVIEW的辐射测温系统.pdf

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介绍了基于LabVIEW及PXI6123采集卡设计的高温环境下的温度监测系统. 通过辐射测温对温度进行采集,以虚拟仪器开发软件LabVIEW编写数据处理以及提供用户操作界面和显示界面的交互平台. 实现了对温度的在线监控,并对所采集到的数据进行存储,提供对历史数据的查阅、分析、显示,可通过互联网进行数据传输. 实验结果表明,温度控制精度满足工业需求.
章 第39卷 查看所连接的设备等采集配置如图3所示. 2]采止。夾T 有限采菩斗 采样频率 民问工 差分 message t warnin PXI-6123 LI/0 回园 采样时钟·”模拟2DEL H通道咪采样 图3采集配置 图4队列状态机结构 在 DAQmx创建通道中主要需憂配置物理通道、 数米集 温度测量系统 最大值、最小值、输λ接线端配置,其中最大值、最 吊宫数据列表 电压数据列表 小值为输亼限制,设冒为±10V,输入接线端配詈选 停止平集 通道5 为差分,可有效降低共模干扰 DAQmx定时中的采样 品度趋势图通道1通道2通道通道4 系统设置 频率设置为50kHz,由于没有外部时钟,采样时钟 以每通道每秒采样为单位,每通道采样点数为10000 每秒进行一次数据长度为10000采样点的采集,一次 自动记录 610 采样仅需0.02s,不会造成数据溢出.采样的精度主要 手动记录 由采集卡PX6123决定,其采样时引入的噪声为3mV 生成报丧 程序的结构模式采用队列状态机模式,状态机是 020004000 对系统的一描述,该类系统包含了有限的状态, 网绍传输 游标标D1m四她 且在各个状态之间可以通过一定的条件进行转换当 回温度/量程 温度 T信号数量」 输人事件引起状态变化时,作为对输入事件的响应, 传输指示 50100 □电压 系统可能转变到相同或不同的状态,而输出事件可能 回电 □频谱 是任意产生的 状态机包含3要素:状态、事件和动作与普通状 图5温度采集系统主界面 2)波形显示.程序设计了8路通道,可以同时采 态机相比,队刎状态机由于有事件结构的存在,能很 集,在选项卡中进行切换来选择所要观察的通道每路 好地响应前面板的动作和外部事件设计过程为创建 通道都可以通过 LabVieW的虚拟示波器观察电压、 个新的队列,把数据作为这个队列的元素平时在各温度以及其温度的频谱,并可以根据用户需要改变坐 个ⅥI间传递参数时,传递的是这个队列需要时,再 标范围,默认情况下为 Labyiew的自动调节波形暂 将数据从队列中取出使用使用状态机可以避免大量停主要为了方便用广米观察某一时刻的波形,并可以 的糸件语句,它将相关的特定行为模块化,将每个状通过游标来显示某一点的数值温度趋势图主要用来 态进行封装,使程序更加简洁同时程序中的每个状态 观察被测物体长时间的温度走势 都是相对独立的,使得以后引入新的对象变得简单 3)数据列表.程序中的温度数据列表攴电压数据 本程序中的队列状态机模式是把将要执行的状态 列表,可以通过表格形式显示即时的电压及温度数据, 排队,然后把它们的状态名称存在缓存里3缓存中 如图6所示,表格中可以显示8路电压或温度 的状态名称与状态机的各个状态一一对应当运行状 4)历史数据.程序中包括对采集到的数据进行记 态机时,正在执行的名称就会从缓存中删除;同时运 录,可以手动记录,也可在系统设置中设置时间自动 行时也会根据要求添加或删除状态名称,对于需要用 记录.用户可以通过手动记录有选择的记录数据;自 户在状态列表中选出下一个要执行的状态的程序中, 队列型的状念机效率很高其结构如图4所示.程序运动记录可以在系统中设置数据记录间隔,系统会每隔 行主界面如图5所小.程序大致分为5部分: 相应的时间自动记录一组数据存储的数据以TDMS 1)系统设置.点击系统设置按键来对软件的一些 文件的形式存放在系统凵设定文件夹下,并以记录时 参数进行设置包括采样频率、通道放大系数、矫正系 间命名数据文件,如果8路通道同时进行采集,每次 数及电压温度转换两数系数等 记录的数据文件大小是625K.TDMs( technical data management streaming)文件是 Labview中的种 第2期 高山,等:基于LabⅤIEW的辐射测温系统 进制记录文件,它兼顾了高速、易存取和方便等多种 真2 远程端口1 优势,能够在№Ⅰ的各种数据分析或挖掘软件之间进 U16 UIG 行无缝交互,也能够提供一系列API函数供其他应用 远程端口2 程序调用.TDMS文件的逻辑格式遵循TDM3层结 写 USE U16 构,仍然是文件、通道组、通道3层用户在使用时只 把 需要关心这3层就行了其优点为写文件速度快、文件 只写 郾播服务器 网络传输 Labs HmM-STR PH 追加数据的时候速度快、写文件的速度不与文件大小 远程端口3 成正比、支持随机读取、支持分别读写描述性信息和 温度数据 UGH 原始数据 本端口3 拉温度据列表v1面板 a n1apt黑体 远程端口4 本端口4 UL6 M 通道3 只写 通道 图7网络传输模块 3数据分析 图6数据表格 辐射光经过红外测温仪采集,得到的数据为电压 通过档案按键,用户可以按照记录时间查阅历史数据,需要经过温度转换把它转换成相应的温度值. 温度标定首先需要的是稳定的热源,如黑体炉在温度 记录点击档案键时,首先会弹出数据选择对话框,用 已知的情况下,通过本测温系统对不同的温度进行采 户根据记录的时间对数据进行选择.之后用户可以从 集,得到相应的电压经多次测量,得到N组试验数据, 虚拟示波器上观察数据,例如,得到历史温度大小, 再将数据拟合成电压与温度的关系曲线,根据山线求 通过改变标尺估算温度噪声,通过频谱对噪声频率进得函数关系式 行分析等系统对数据进行一系列处理后,可以通过电 根据测得数据点进行电压-温度函数的拟合,拟 压数据列表与温度数据列表观察数据,并可通过生成合采用 Stopt软件,该软件为非线性曲线拟合的综合 报表按鍵,将所需数据生成word格式的报表并打印出优化分析计算软件半台,通过软件自动搜索功能对测 来 量的数据进行搜索,寻求与输入数据相匹配的拟合函 5)网络传输稈序中设计了网络传输模块,将虚数,会得到多组函数,这里选择相关系数最接近于1 拟仪器技术与 Internet/intranet技术融合,使测量数据的函数作为拟合函数,表1中数据得到的电压-温度 得到共享在工作现场测得的温度数据,可以直接通过公式如式(3)所示: 閃络传递到多个远端上位机的客户端软件上进行数据 7=+Pv++ncp()+lIm)(3) 显示与分析,而不需要大量的人员在现场监测 式中: P1-324.487628126144, 如图7所示,本程序中使用了UDP传输模式, P2=115450247264369, 执行过程为将数据报发送到目的计算机或端口即完成 P3=2.92180279987619, 了进程间的通信端口是发送数据的出人口.P用于处 P4=0.0279845679798822, 理计算机到计算机的数据传输当数据报到达目的计 Ps=0.0181173646199743 算机后,UDP将数据报移动到其目的端口.如目的端 实验数据如表1所示,试验数据点与拟合曲线如 口未打开,UDP将放弃该数据报对传输可靠性要求图8所示图9为试验数据的每一点与拟合出的曲线之 不高的程序可使用UD本程序中程序可能十分频繁差的直方图由图中可观察到,试验数据与拟合数据之 地传输有价值的信息数据,以全于遗失少量数据段也差最大为2℃,在温度为600℃附近从以上描述可知, 不成问题,所以使用UDP传输协议较好 系统由采集引入的误差为3mV,由于拟合得到的曲线 10 应用料技 第39卷 近似线性,可以佔算出采集引起的测量温度误差不超 过±0.2℃;因此,本系统的测温精度高于±0.3%, 而一般光学高温计测量精度为±1%,⊥业用的光学高 温计也只在±0.5%左右 表1试验数据 80 温度℃电压N温度/℃电压温度/℃电压N 3350.09355601.96287853.8064 350 0.2165752.07988003.9438 365 0.3335902213781540593 0.489 6052358783041714 395 05986202.464784542939 410 07266352.57938604235 05101520 303540 425 0.86 650270728754.5604 图9试验数据与拟合数据之差 440 0.985 6652846989046764 455 1.0956802961890547869 4结束语 470 1.22l 953.071592049043 基于LabⅤEW图形化编程语言的测温界面能够 485130570319179355087更直观方便地反映所监测物体的温度信息,并适用于 5001.47157253.322295051617 各种辐射测温原理的温度传感器.本系统实现」在线 515 1.5875740345549655.3001 监测高温设备,并能存储数据和调用记录通过试验表 明,测温系统精度高,并且具有成本低、操作方便、 5301.72427553565398054123 实现简单等特点,在工业生产、航窄、航天等需要高 5451858277036851 温监测的工作环境中有很高的应用价值. 950 850 参考文献: /50 [程文楷,刘水平矿用红外辐射测温技术的研究J煤炭学 报,1995,20(6):578-580 650 [2]高魁明测温技术(二)—辐射测温原理与技术治金自 动化,1981(04):48-51 [3]刘章发,衣法臻.LabⅤEW编稈样式M北京:电子工业出 版社,2009:22-25 350 4」聂影,冯向军,廖瑛,等.基于 Labview的状态机模型研 究计算机測量与控制,2007.15(9):1166-1171. [S]李瑞,周冰,胡仁喜,等.LabⅤIEW2009中文版虚拟仪器 图8试验数据点与拟合曲线对比 从人门到精通[M]北京:机械工业出版社,2010:16-17

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2019-08-07
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