CN104614011A

CN104614011A - 一种冻土试验数据采集处理系统

Info

Publication number: CN104614011A
Application number: CN201310539917.4A
Authority: CN
Inventors: 赵淑萍; 杜玉霞; 南卓铜; 赵彦博
Original assignee: Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute of CAS
Current assignee: Cold and Arid Regions Environmental and Engineering Research Institute of CAS
Priority date: 2013-11-05
Filing date: 2013-11-05
Publication date: 2015-05-13

Abstract

本发明涉及一种冻土试验数据采集处理系统，其特征是由直流恒压电源给温度传感器、水分传感器、压力传感器、位移传感器和加速度传感器供电；温度传感器输出的电阻值、水分传感器输出的电压值、压力传感器输出的电压、电流或电阻值、位移传感器输出的电压或电流值由DT系列数据采集仪采集；加速度传感器输出的电压值经过信号调理器后由DAQ系列数据采集仪采集；DT系列数据采集仪和DAQ系列数据采集仪将采集到的原始电信号上传给计算机；基于labview的冻土试验数据采集处理软件安装在计算机上，给数据采集仪发送采集命令、并对上传的原始电信号进行处理，可以多通道采集温度、水分、压力、位移、加速度传感器的信号，进行实时数据转换和显示，并将转换后的数据以统一的格式保存、输出，满足冻土试验的要求。

Description

一种冻土试验数据采集处理系统

技术领域

本发明涉及一种冻土试验数据采集处理系统。

背景技术

冻土是温度低于或等于0℃，且含有冰的土体或岩体。冻土研究对于寒区工程建设和冻害防治具有重大意义。动图实验测试的要求越来越高，一方面，要求能够测试更多的参数，另一方面，对于已经能够测试的参数，要求能够实时显示、以便监控试验过程并及时调整试验方案。要获得高质量的冻土试验数据，需要选择高精度的传感器及相应的数据采集仪。随着技术水平的提高，用于冻土测试的传感器种类越来越多、测试范围越来越广、分辨率越来越高，另外，数据采集仪的性能也不断提高、越来越稳定。冻土试验测试的参数，最主要的是温度、水分、压力、位移及振动加速度，其他参数的测试原理与这些参数相同，或者可以通过这些参数换算出来。要获得温度、水分、压力、位移、振动加速度等主要参数，需要使用各类传感器，然后通过数据采集仪及自带的数据采集软件将测得的原始电信号采集出来。当一个冻土试验过程需要测试多个参数时，会存在如下问题：

（1）每一种传感器都要求与自身匹配的数据采集仪及数据采集软件，这样，就需要多种类型的数据采集仪及数据采集软件。不同的数据采集仪需要不同的数据传输端口，如USB端口、R232串行端口、LPT并行端口等。如果使用一台计算机，这些端口可能会发生冲突；而且不同的数据采集软件安装在同一个计算机上，也会出现不兼容的现象。因此，往往使用多台计算机来连接不同的数据采集仪、并安装采集软件，使试验过程十分繁琐。

（2）由于传感器类型、数据采集仪类型及相应的数据采集软件都各不相同，因此采集得到的数据类型、格式等差异很大，使得试验数据的后处理过程十分复杂。

（3）每一种传感器使用之前都要进行标定，获得传感器输出原始电信号与所测参数之间的转换公式及标定系数，而且这些转换公式往往比较复杂。使用时，数据采集仪采得传感器输出的原始电信号，然后利用转换公式和标定系数将原始电信号转换成所测参数。譬如，使用热敏电阻温度传感器时，将测得的电阻信号转换成温度数据；使用水分传感器时，将测得的电压信号转换成水分数据；使用压力传感器时，将测得的电流、电压信号或电阻信号转换成压力数据；使用位移传感器时，将测得的电压信号转换成为位移数据；使用振动加速度传感器时，将测得的电压信号转换成加速度数据。一般数据采集仪自带的数据采集软件重点放在与硬件的连接和兼容性上，仅能进行简单的数据转换，不能用复杂的转换公式来进行数据转换，也就是说，不能完成上述传感器输出原始电信号和所测参数之间的转换，还需要利用其他的数据处理软件进行转换，进一步增加了试验过程的复杂性。

Labview是美国国家仪器公司（NI）研发的一个仪器开发软件，是目前公认的较好的开发平台，具有与多个数据采集仪兼容的特点。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的旨在提供一种冻土试验数据采集处理系统。该系统适合冻土试验的要求，可以通过数据采集仪多通道采集温度、水分、压力、位移、加速度传感器的信号，并进行实时的数据转换和显示，能将转换后的数据以统一的格式保存、输出。

本发明的目的是这样实现的：一种冻土试验数据采集处理系统，由温度传感器、水分传感器、压力传感器、位移传感器、加速度传感器、直流恒压电源、信号调理器、DT系列数据采集仪、DAQ系列数据采集仪、计算机、基于Labview的冻土试验数据采集处理软件组成；温度、水分、压力、位移传感器的一端与直流恒压电源通过导线相连，另一端与DT系列数据采集仪通过信号线相连，直流恒压电源为温度、水分、压力、位移传感器供电，DT系列数据采集仪采集各传感器输出的信号；加速度传感器的一端与直流恒压电源通过导线相连，另一端与信号调理器通过导线相连，信号调理器与DAQ系列数据采集仪通过信号线相连，直流恒压电源为加速度传感器供电，信号调理器对加速度传感器输出的信号进行处理并传输给DAQ系列数据采集仪；DT系列数据采集仪和DAQ系列数据采集仪都与计算机通过数据线相连，将采集到的原始电信号上传给计算机；基于labview的冻土试验数据采集处理软件安装在计算机上，给数据采集仪发送命令进行数据采集，并对上传的原始电信号进行处理和显示；

基于Labview的冻土试验数据采集处理软件包括标定系数文件导入模块、数据采集和处理模块、数据编辑和显示模块、数据存储和输出模块；试验前将所用到的传感器归类，并将每一类传感器的标定系数做成标定系数文件，该文件的表头为传感器编号；标定系数文件导入模块的功能是将各类传感器的标定系数文件导入；数据采集和转换模块的功能是进行采集设置，并给数据采集仪发送命令，最后循环采集电压、电流或电阻原始电信号并转换成所测的参数值；数据编辑和显示模块的功能是对原始电信号或转换后的温度、水分、压力、位移、加速度各参数进行编辑并实时显示于列表框或波形图中；数据存储及输出模块的功能是及时保存原始电信号或转换后的温度、水分、压力、位移、加速度各参数。

本发明的优点：

该系统克服现有冻土试验数据采集系统需要多台计算机来连接不同类型的数据采集仪和安装多个数据采集软件的弱点，以及不能实时显示所测参数的弱点，按照冻土试验的要求，基于labview的冻土试验数据采集处理软件安装在计算机上，能够与多个数据采集仪兼容，可以多通道采集温度、水分、压力、位移、加速度等传感器的信号，可进行实时的数据转换和显示，并能将转换后的数据以统一的格式保存、输出。完成冻土试验温度、水分、压力、位移及振动加速度参数的测试。

附图说明

图1是冻土试验数据采集处理系统框图。

图2是图1中基于Labview的冻土试验数据采集处理软件各模块功能图。

图3是图1中基于Labview的冻土试验数据采集处理软件标定系数文件导入模块界面。

图4是图1中基于Labview的冻土试验数据采集处理软件数据采集和转换模块的界面。

图5是图1中基于Labview的冻土试验数据采集处理软件数据编辑和显示模块的界面。

图6是图1中基于Labview的冻土试验数据采集处理软件数据储存和输出模块的界面。

图7是冻土试验数据采集处理系统操作流程图。

具体实施方式

本发明采用Labview作为软件开发平台，上位机选择使用计算机，下位机采用DT系列数据采集仪和DAQ系列数据采集仪，上位机与下位机配合使用来完成冻土试验数据采集处理工作。

图1为冻土试验数据采集处理系统框图。一种冻土试验数据采集处理系统，包括温度传感器、水分传感器、压力传感器、位移传感器、加速度传感器、直流恒压电源、DT系列数据采集仪、信号调理器、DAQ系列数据采集仪、计算机、基于Labview的冻土试验数据采集处理软件。直流恒压电源给温度、水分、压力、位移、加速度传感器供电；温度传感器输出的电阻值、水分传感器输出的电压值、压力传感器输出的电压电流或电阻值、位移传感器输出的电压或电流值由DT系列数据采集仪采集；加速度传感器输出的电压值经过信号调理器后由DAQ系列数据采集仪采集；DT系列数据采集仪和DAQ系列数据采集仪将采集到的原始电信号上传给计算机；基于labview的冻土试验数据采集处理软件安装在计算机上，给数据采集仪发送命令进行数据采集，并对上传的原始电信号进行处理和显示。

如图2所示，基于Labview的冻土试验数据采集处理软件包括标定系数文件导入模块、数据采集和处理模块、数据编辑和显示模块、数据存储和输出模块。下面阐述各模块的功能：

a、标定系数文件导入模块，界面如图3所示。

每一种传感器使用之前要进行标定，获得传感器输出原始电信号与所测参数之间的转换公式及标定系数。试验前，将所用到的传感器（温度传感器、水分传感器、压力传感器、位移传感器、加速度传感器）归类，并将每一类传感器的标定系数做成标定系数文件，该文件的表头为传感器编号，各传感器的标定系数与传感器编号对应；在标定系数文件导入模块中指定路径，将各类传感器的标定系数文件导入；文件导入后，表头的传感器编号及相应的标定参数自动保存在计算机中，在其他模块中可以通过选择传感器编号而使用相应的标定参数。例如，C:\ZSP\中保存了一个温度传感器的标定系数文件Coeff_temp_sensor，在标定系数文件导入模块中指定路径C:\ZSP\Coeff_temp_sensor，就可以导入并显示温度传感器标定系数。

b、数据采集和转换模块，界面如图4所示：

首先选择数据采集仪编号、并选择其与计算机连接的端口号。每一个基于Labview的冻土试验数据采集处理软件窗口只能用于一台数据采集仪，也就是说，如果要同时使用多台数据采集仪，必须同时打开多个窗口。

其次，选择是否校对日期和时间。

然后，输入采集任务名，并为该采集任务选择传感器编号、采集通道、信号类型、设置采样频率、选择转换公式。采集通道是指数据采集仪上的对应通道位置，如“主机的4号通道”编号为“4”，“1号扩展板的5号通道”编号为“105”。信号类型有电阻R、电压V、电流I三种。采样频率可以自行输入，如1s、1m、1h。同一个采集任务名下所有传感器的信号类型和采样频率应该相同，也就是说，对于不同类型的传感器或不同的采样频率，应该设置不同的采集任务名。每一类传感器都有相应的转换公式，如热敏电阻温度传感器的转换公式为，式中T为所测的温度值，A₁、B₁、C₁、A₀、B₀为标定系数，R为传感器输出电阻信号。编写软件的时候已经将所用到的各类传感器的转换公式全部内置其中，使用时选择相应的转换公式即可。

最后，可以先进行数据采集，一次试验完成后再进行数据转换，也可以同时进行数据采集和转换。软件程序给数据采集仪发送命令，采集电流电压或电阻信号，原始电信号返回给计算机，计算机软件根据各传感器的转换公式将原始电信号转换成温度、水分、压力、位移、加速度等被测参数，如此反复进行，实现循环采集和转换。

例如，将DT-80-1数据采集仪连接在计算机的com1端口上，温度传感器TS1连接在DT-80-1数据采集仪的1号扩展板1号通道上，需要每1秒钟采集一个电阻信号，则需要进行如下设定。数据采集仪: DT-80-1；端口号: com1；校对日期和时间: 是；传感器: TS1；采集通道: 101；信号类型: R；采样频率: 1s。最后，开始数据采集和转换，得到所需温度参数。

c、数据编辑和同步显示模块，界面如图5所示：

数据编辑和同步显示模块可以对数据进行复制、剪切、粘贴、删除、调整位置操作，使数据的可读性变得更强；并可将原始电信号或转换后的温度、水分、压力、位移、加速度各参数显示于列表框或波形图中，从而可实时监控各个参数随时间的变化过程。

d、数据存储及输出模块，界面如图6所示：

数据存储及输出模块可以及时将原始电信号或转换后的温度、水分、压力、位移、加速度各参数保存在指定路径的文件中，而且可以设置输出文件类型，如txt、dat、xsl等类型。

图7是冻土试验数据采集处理系统的操作流程图，具体流程如下：

试样安装、温度控制等工作就绪后，准备开始试验。将温度、水分、压力、位移传感器的一端与直流恒压电源通过导线相连，另一端与DT系列数据采集仪通过信号线相连，直流恒压电源为温度、水分、压力、位移传感器供电，DT系列数据采集仪采集各传感器输出的信号；加速度传感器的一端与直流恒压电源通过导线相连，另一端与信号调理器通过导线相连，信号调理器与DAQ系列数据采集仪通过信号线相连，直流恒压电源为加速度传感器供电，信号调理器对加速度传感器输出的信号进行处理并传输给DAQ系列数据采集仪；DT系列数据采集仪和DAQ系列数据采集仪的数据输出口与计算机对接，将采集到的原始电信号上传给计算机，最后，打开“基于Labview的冻土试验数据采集处理软件”。在“导入标定系数文件模块”中选择标定系数文件的路径，导入标定系数文件。在“数据采集与处理模块”中选择数据采集仪编号及相应的连接端口号、选择是否校对时间和日期、设定采集任务名、选择传感器编号、采集通道、信号类型、设定采样频率、选择转换公式，然后软件根据使用者的操作判断是否进行数据采集和数据转换，譬如，点击“开始采集”按钮则只进行数据采集、一个试验完成后点击“开始转换”按钮则进行数据转换，直接点击“开始采集和转换”按钮则同时进行数据采集和转换。在“数据编辑和显示模块”中，软件根据选择的“采集任务名和传感器编号”判断显示哪些数据，然后，软件根据使用者的操作判断是否进行数据编辑和显示、以及如何显示。譬如，点击“显示电信号”按钮则以列表框形式显示原始电信号，点击“显示参数值”则以列表框形式显示转换后的温度、水分、压力、位移、加速度各参数，点击“复制、剪切、粘帖、删除、调整位置”按钮，进行相应的数据编辑，点击“显示参数波形图”则以波形图形式显示原始电信号或转换后的参数值。在“数据存储与输出模块” 中，软件根据选择的“采集任务名”判断存储和输出哪些数据，再根据设定的路径和文件类型，将数据以统一的格式保存、输出。

Claims

1.一种冻土试验数据采集处理系统，由温度传感器、水分传感器、压力传感器、位移传感器、加速度传感器、直流恒压电源、信号调理器、DT系列数据采集仪、DAQ系列数据采集仪、计算机、基于Labview的冻土试验数据采集处理软件组成；其特征是温度传感器、水分传感器、压力传感器、位移传感器的一端分别与直流恒压电源相连，另一端与DT系列数据采集仪通过信号线相连，直流恒压电源为温度、水分、压力、位移传感器供电，DT系列数据采集仪采集各传感器输出的信号；加速度传感器的一端与直流恒压电源通过导线相连，另一端与信号调理器通过导线相连，信号调理器与DAQ系列数据采集仪通过信号线相连，直流恒压电源为加速度传感器供电，信号调理器对加速度传感器输出的信号进行处理并传输给DAQ系列数据采集仪；DT系列数据采集仪和DAQ系列数据采集仪都与计算机通过数据线相连，将采集到的原始电信号上传给计算机；基于labview的冻土试验数据采集处理软件安装在计算机上，给数据采集仪发送命令进行数据采集，并对上传的原始电信号进行处理和显示。

2.按照权利要求1所述一种冻土试验数据采集处理系统，其特征是，上述基于Labview的冻土试验数据采集处理软件包括标定系数文件导入模块、数据采集和处理模块、数据编辑和显示模块、数据存储和输出模块。