基于 LabVIEW 软件的扭转变形测试系统
扭转变形是常见的四大基本变形之一，目前扭转变形测试存在仪器价格昂贵、
连接的硬件数多以及测量误差大等问题。本课题通过对扭转变形信号处理方法的
研究，根据扭转变形的测量原理和虚拟仪器技术相关知识，设计了一种基于
LabVIEW 软件的扭转变形测试系统。该测试系统主要包括了数据采集、数据分析
处理、声卡验证三大部分，可以完成扭转变形的实时测量及信号的分析处理等功
能。该扭转变形测试系统操作界面简单方便、所需硬件设备少，减少了测量中的
误差，提高了测量精度，实现了扭转变形的自动化测量与分析。
关键词 扭转变形，LabVIEW，数据采集，信号的分析处理
1 引言 .1
1．1 虚拟仪器发展现状及应用 .1
1．2 LabVIEW 软件的简介..3
2 扭转变形测试系统的硬件 .4
2．1 传感器 5
2．2 数据采集卡 .6
2.2.1 主要功能及特点 ..7
2.2.2 技术指标 ..7
2.2.3 A/D 卡的连接.8
2.2.4 A/D 卡的调整.9
3 扭转变形测试系统设计 ..9
3．1 数据采集 ..9
3.1.1 DAQmx 开始任务 (VI).10
3.1.2 DAQmx 读取(VI).. 11
3.1.3 Butterworth 滤波器 VI..12
3.1.4 DAQmx 清除任务(VI)13
3．2 数据分析处理 .13
3.2.1 空心轴数据分析处理 .14
3.2.2 实心轴数据分析处理 .16
3.2.3 FFT 频谱（幅度-相位）VI.18
3．3 声卡的数据采集及分析处理 .19
3.3.1 声音采集 Express VI..20
3.3.2 播放波形 Express VI..22
3.3.3 基本函数发生器 VI.22
结 论 .24
致 谢 .25
参 考 文 献 26
1 引言
随着科学技术的发展，有了越来越多的高精密仪器设备，这也就对这些设备仪器
的强度、硬度、变形度等要求更高。其中，扭转变形程度的测量就显的极其重要，但
是对于扭转变形的测试，现有的测试机械或者测试系统只能满足要求不是太精密的零
部件，而对于高精密零件其测试的误差就较大。
目前，对于汽车方向盘操纵杆、发动机的曲轴、变速箱齿轮轴等有强度与扭转变
形度有较高要求的零部件，其扭转变形的测试主要是依靠现有的扭矩测试机械，主要
有传统的测试机包括弹簧扭转测试机、线材扭转测试机、材料扭转测试机等，微机控
制电子扭转试验机，利用干涉条纹处理技术的扭转变形测量等。它们的工作原理多是
利用光电传感与干涉条纹的倾角和宽度通过测量被测件的扭矩和转角或者通过伺服
电机的转角来确定被测件的扭转角、扭转变形和扭矩的大小。
但是，这种传统的扭转变形测试机普遍存在测试精度不够高这一问题，其测试的
内容也比较单一，功能不够强大。对于一些高精密仪器的测量就比较困难，误差较大。
因此，需要测量精度更高的仪器设备来检测产品的扭转变形程度。高精度的测量是产
品性能的有力保证，而虚拟仪器技术的出现实现了这一目标。
1．1 虚拟仪器发展现状及应用
虚拟仪器是一种以计算机为主体的自动化测量与控制系统，用来对现实世界的各
种物理量进行测量或者是对其物理过程进行控制。虚拟仪器的应用是通过利用性能高
的模块化的硬件，结合高效率且方便的软件来完成各种各样的物理测试、数据测量和
自动化的应用。对于虚拟仪器而言，高性能模块化的硬件能够给测试、测量提供全方
位的硬件系统集成，而高效灵活的软件能够根据用户需求完全自定义的创建用户界面，
这样标准的软硬件结合平台能够满足测试测量的需求。虚拟仪器的本质是以现有的计
算机为载体，加上专业软件和为测试测量等应用特殊设计的仪器硬件形成既具有普通
仪器的基本功能又具有一般仪器所没有的特殊功能的新型仪器。虚拟仪器是利用计算
机强大的图形环境和在线帮助等功能，创建一个虚拟仪器的控制面板，以代替传统仪
器的操作面板来完成对仪器的控制、数据分析和显示功能。虚拟仪器的信号、数据的
输入输出是由数据采集卡、GPIB 卡等硬件模块完成的，虚拟仪器的功能主要通过软 件实现，
虚拟仪器的系统框图如图 1-1 所示。虚拟仪器最突出的优点在于其能够与功
能强大的计算机技术相结合，将计算机与各种硬件，数字信号处理技术与不同功能的
软件模块结合，组成具有不同功能的仪器。虚拟仪器的发展主要取决于三个方面。
（1）计算机，计算机是虚拟仪器的载体,计算机的功能越强大则虚拟仪器的可发展
空间就越大。
（2）软件，虚拟仪器的一切功能是依托软件来实现的，软件是虚拟仪器的核心。
（3）数据采集卡及信号调理器，虚拟仪器的测试测量所需的信号数据都是通过数
据采集卡传输到电脑中的，就相当于是电脑与外界相连的通道，而信号调理器可将信
号数据进行适当的处理，使之更符合测试测量的要求。所以，数据采集卡和信号调理
器是虚拟仪器发展的关键。 图 1-1 虚拟仪器程序框图
根据虚拟仪器技术的特点，用户可根据自己的测试测量需要自定义设计自己的专
用虚拟仪器系统，并且虚拟仪器系统功能灵活，构建简单，所以虚拟仪器的应用面极
为广泛。尤其是在检测计量、测量测试以及科研开发，电力等领域应用更为普遍。
（1）虚拟仪器应用于测试测量，可提高精确度、降低测试测量成本、节省开发时
间。
（2）虚拟仪器应用于电力方面，由于其具有灵活的图形用户接口，可以更精确地
进行图像的处理。也便于远端的实时监控，便于存储。也可利用虚拟仪器强大的网络
功能，实现电力数据共享等。
（3）虚拟仪器应用于教学方面，因为由虚拟仪器构建的系统灵活、开放性好、性
价比高等。现在，越来越多的教学部门也开始用它来建立实验教学系统，这不仅节省
了大量的开支，而且使得教学方法也变得更加灵活多变了。
虚拟仪器作为新型仪器的代表，功能、成本、维护、开发时间等都优于传统仪器
随着计算机技术的高速发展，依托于计算机的虚拟仪器技术将是未来测试测量等方面
的发展方向。
1．2 LabVIEW 软件的简介
本课题将采用 LabVIEW 开发平台，来进行这次的扭转变形测试系统的设计。
LabVIEW 是由美国 National Instruments（简称 NI）公司推出的一种类似于 C 和 BASIC
的程序开发环境， LabVIEW 软件有别于其他计算机语言的是， LabVIEW 使用的是
图形化编辑语言 G 编写程序（包括各种图标、图形符号、连线等），产生的程序是框
图的形式。使用这种语言编程时，基本上不写程序代码，取而代之的是流程图或流程
图。它具有十分强大的功能，包括数值函数运算、数据采集、信号处理、输入/输出控
制、信号生成、图象的获取、处理和传输等等。LabVIEW 作为一个通用的编程系统，
它与 C 和 BASIC 一样有一个完成任何编程任务的庞大函数库。LabVIEW 的函数库
主要有数据采集、GPIB、串口控制、数据分析、数据显示及数据存储等等。LabVIEW
也有传统的程序调试工具，如连续运行程序、高亮显示程序运行过程、单步执行等等，
便于程序的调试。LabVIEW 中还有很多外观与传统仪器类似的控件（如图形显示控
件、按钮开关控件等），可用来方便地创建用户界面。
用户界面在 LabVIEW 中被称为前面板如图 1-2 所示，前面板主要有各种各样的
图形显示控件、数据输入输出控件等。而使用图标和连线，可以通过编程对前面板上
的对象进行控制的就是图形化源代码，又称 G 代码如图 3 所示。前面板上的所有控件
会在程序面板上有相应的控件显示。
原文链接：http://www.jxszl.com/jxgc/jdgc/24476.html