應用領域：現(xiàn)場測試 挑戰(zhàn)：構造一個便攜式測試系統(tǒng)，將現(xiàn)場測得的加速度信號經過復雜的數(shù)學處理直接得到鐵道車輛運行平穩(wěn)性指標。 應用方案：使用National Instruments 公司的LabVIEW 軟件、SCXI 設備以及便攜式計算機構造一個應用于現(xiàn)場測試的便攜式鐵道車輛平穩(wěn)性測試系統(tǒng)。 使用的產品：LabVIEW, SCXI 摘要：本文介紹了采用虛擬儀器技術開發(fā)的便攜式鐵道車輛平穩(wěn)性測試儀。該測試儀器由National Instruments 公司的LabVIEW 軟件、SCXI 設備以及便攜式計算機構成，利用LabVIEW 軟件強大的數(shù)學處理功能，通過對現(xiàn)場采集的加速度信號的頻譜密度函數(shù)進行加權統(tǒng)計運算，實時測量鐵道車輛運行品質的Sperling 平穩(wěn)性指標。 1平穩(wěn)性指標 鐵道車輛在運行中產生的各種振動影響旅客乘坐的舒適度和裝運貨物的完整，衡量鐵道車輛運行品質的主要技術參數(shù)是運行平穩(wěn)性指標，目前我國采用的評定指標是Sperling 平穩(wěn)性指標。 Sperling 指標是基于大量實驗而制定的，它用于評定車輛本身的運行品質和旅客乘坐舒適度，運行品質由車輛本身來衡量，而舒適度則還與旅客對振動環(huán)境的敏感度有關。用于舒適度評價的指標由下式表示： 式中， j 為加速度峰值（cm/s/s），F(xiàn)（ f ）為頻率的加權修正函數(shù)，表示人對各種振動頻率的敏感性不同，在常用的頻率范圍內，垂向和橫向的加權函數(shù)F（ f ）是不同的。 對于垂向振動的頻率加權函數(shù)： 以上公式是根據(jù)單一頻率的等幅振動得到的。由于車輛振動實際上是隨機振動，從車體上測得的加速度包含了車輛的整個自然頻率，因此需要將測得的振動加速度按頻率分組，統(tǒng)計每一頻率中不同加速度的W 值，總的平穩(wěn)性指標按下式求得： 2虛擬儀器 虛擬儀器是計算機系統(tǒng)與儀器系統(tǒng)技術相結合的產物。它利用計算機系統(tǒng)的強度功能，結合相應的硬件，大大突破傳統(tǒng)儀器在數(shù)據(jù)處理、顯示、傳遞、存儲等方面的限制，使用戶可以根據(jù)自己的需要“制造”自己的儀器。與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器的最大特點是它的靈活性，它可以很方便地通過選擇不同的硬件配置和改變軟件來實現(xiàn)各種測控功能，使得硬件資源具備了再用性。由于采用了通用的硬件和計算機，使得系統(tǒng)的成本下降，開發(fā)周期縮短，維護的成本降低。 在虛擬儀器系統(tǒng)中，硬件僅僅是為了解決信號的輸入輸出，軟件是整個虛擬儀器的核心。National Instruments公司的LabVIEW 是一個優(yōu)秀的數(shù)據(jù)流圖形化虛擬儀器軟件平臺，具有豐富的信號處理函數(shù)和數(shù)值分析函數(shù)。 3便攜式平穩(wěn)性測量儀系統(tǒng)構成 便攜式平穩(wěn)性指標儀由加速度傳感器、SXCI 信號調試系統(tǒng)以及便攜式計算機組成。 3.1 系統(tǒng)硬件組成 傳感器采用了日本共和公司的應變式加速度傳感器。 基于現(xiàn)場測試的要求，我們選擇了National Instruments 公司的SCXI 系統(tǒng)作為信號調理。加速度傳感器信號通過接線端子SCXI－1321接到系統(tǒng)中，SCXI－1321 端子可以提供橋路的各種連接方式，同時利用端子內置電位器可以完成橋路的平衡。四通道隔離放大器SCXI－1121 提供4 路激勵信號，掃描速率為333ks/s，每通道的增益可以通過跳線調整1－2000 倍并提供低通濾波。由于SCXI－1211 模塊中的低通濾波器為一個三級RC 濾波器，濾波頻率只能設置為4Hz/10KHz,因此系統(tǒng)使用一個八通道可編程橢圓濾波器SCXI－1141 作為系統(tǒng)的濾波單元，軟件可選的低通濾波截止頻率為10Hz－25KHz，為八階橢圓濾波器，同時提供軟件可編程增益?？紤]現(xiàn)場測試的復雜性，后備了直流電源SCXI－1382。 數(shù)據(jù)采集卡DAQCard－AI－16E－4 直接插于筆記本電腦的PCMCIA接口。系統(tǒng)基本配置為單機箱8 通道，也可采用多機箱級連方式接入更多測點信號，同時每個機箱也可根據(jù)測試信號測點的需要插入不同的模塊。 [align=center] 圖1 SCXI測試系統(tǒng)結構框圖[/align] 3.2 系統(tǒng)軟件設計 測試軟件全部采用LabVIEW 編制。軟件的算法設計依照國標GB5599-85 規(guī)范進行。 [align=center] 圖2軟件流程框圖[/align] 將加速度信號進行頻譜分析，得到其頻譜分布函數(shù)，然后采用循環(huán)結構對每一頻率進行平穩(wěn)性指標計算，針對不同的頻率，循環(huán)內部采用了分支結構及公式框節(jié)點分別處理，最后由循環(huán)體得到的統(tǒng)計值經公式框節(jié)點進行開10 次方運算得到最終結果。 程序同時對加速度信號進行時域統(tǒng)計運算，得到其平均值、最大（?。┲怠MS。 [align=center] 圖3垂向平穩(wěn)性指標計算程序內核[/align] 程序用戶界面采用儀器化模式，上半部實時顯示信號的時間歷程，下半部左邊顯示加速度信號的統(tǒng)計結果和平穩(wěn)性指標，右邊是程序控制區(qū)。 [align=center] 圖4程序用戶界面[/align] 測試信號的計算結果可根據(jù)需要存放在數(shù)據(jù)文件中，由后處理程序對測量結果進一步處理。后處理程序能夠繪出平穩(wěn)性指標的時間歷程變化曲線、隨速度以及路況（直線、曲線）的變化曲線等。 3.3 系統(tǒng)的價格 與英國TDM Tape Services Limited 公司生產的MKII 型便攜式平穩(wěn)性指標儀相比，上述基于虛擬儀器開發(fā)的平穩(wěn)性指標儀在價格上只有前者的三分之一，但在功能上遠遠超過前者。 目前該測試系統(tǒng)配置在青島四方車輛研究所，在現(xiàn)場測試中得到廣泛運用。 4結論 采用虛擬儀器技術開發(fā)的鐵道車輛平穩(wěn)性指標儀功能完備、價格低廉，十分適合現(xiàn)場測試。使用National Instruments公司的LabVIEW和SCXI 設備開發(fā)虛擬儀器是一條捷徑。