LabVIEW下实现热分析仪器数据处理系统
2017-02-07
硬件开发环境新仪器系统的硬件主要包括采样器、数据采集系统、热分析仪器系统主机和虚拟仪器操作平台四部分组成。采样器是热分析仪器的传感部分，有检测天平重量变化的光电检测装置，检测天平两侧（试样边支持皿和参比边支持皿之间）温度的热电偶检测装置，检测热分析仪炉内温度的热电偶检测装置。数据采集系统由模拟多路开关、温度变送器、A/D转换器及12位单片机组成，并通过单片机提供的串行通讯接口与作为虚拟仪器操作平台的计算机数据采集存储系统相连。热分析仪器主机是指提供试样试验环境的硬件系统的组成，包括炉体、天平、差热装置及机壳等附属结构。虚拟仪器操作平台是指用于进行数据存储、数据处理、数据分析显示及控制的计算机系统及虚拟仪器软件环境（见）。
本研究项目包括硬件开发和软件开发。软件开发是重点，它主要实现一套能适用于WCT、WCR、WRT等系列热分析仪器产品的数据处理系统。各系列分别由相对独立的采样器和分析单元组成，软件系统一方面与数据转换接口配合，通过与仪器联机而取得原始测试数据，一方面对数据进行分析处理，并把处理结果以图谱、表格的形式打印输出。
硬件部分的关键是开发数据转换、数据采集接口。该部分由放大微弱信号的调理放大电路，加热温度控制单元，以及A/D转换器组成。最终通过RS―232串行输入输出口实现通信。
本系统软件的开发充分利用了Windows和LabVIEW所提供的丰富资源和强大工具，界面友好，人机交互快捷，操作直观、方便，在保证硬件配置的情况下，实时采样控制、数据处理、曲线分析的速度与质量均令人满意。利用虚拟技术的特点，开发本系统时，主要在以下几个方面改进与提升了热分析系统的测试特性：单片机采集系统，提供了RS―232串行口输入/输出功能，通过计算机实现了程序式的升温、降温、恒温等控制系统。只需确定试样的测量值，校准的过程可通过软件自动完成。
将数据采集系统与数据分析方法以模块化的方式设计，几个部分相互联系又相互独立，这样就能充分利用Windows系统多线程工作的特点，不仅界面友好、层次明显，而且有利于功能进一步的扩展与提升。针对不同型号的系列产品，只需增加与删减相关功能模块，实现了柔性化数据处理系统的拓宽与加深3.3热电偶的线性化热电偶的V―T特性是非线性的，必须对它进行线性化。根据铂铑10%/铂热电偶分度表（GB/T16839.11997热电偶第1部分）建立T一V对应数组，在发送加热参数时，根据温度直接查找对应电压值即可，对于采集实际温度值，采用直线拟合的最小二乘法拟合，将热电偶测温范围分为N段，每一段的回归方程为y这样，就保证采样温度的精度。
尽管数据在预处理中经过了低通数字滤波，但难免还会叠加一定的野值。根据提到“输入空（上接第26页）编写（程序略）：经过这一段程序，我们得到了八个通道的A/D采集的结果，它们依次放在了首地址为0454的一片RAM区域。因为我们使用的是八位精度，所以每一个模拟量采集的结果对应一个八位二进制数，我们还要将该二进制数转换为我们需要的实际电压值，如下公式：（2）：VilN―表示第I个米集通道采集的实际电压，理论上等同公式（1）中的Va/d；间的有限变化只能引起输出空间的有限变化”原理，再由实际仪器获得变量变化范围来确定合适的和令。若对应的Xi在内，则认为变量不超过若I i一大于某阈值，则认为该数据为野值。剔除后，采用最小逼近原理，用剔掉的这个i观测值的逼近点进行修正处理。
5曲线分析虚拟仪器的优势之一就是在对曲线的分析处理。针对热重分析的特点，即不但能选择TG曲线某一段进行分析，还有将整个实验过程的不同时间、不同温度条件下TG的变达到了界面简洁清楚、结果准确可靠的目的。
与热重曲线分析相比，差热曲线的分析要更加详细复杂，采用“WaveformGraph的图形显示方式更容易达到要求。同时，也采用了”PicturePlots的功能，实现鼠标对曲线的缩小放大、曲线段选择、当前点曲线值等操作。联合曲线分析模块则实现多曲的实际电压的量化值（即我们所得的八位二进制值）。
现在我们得到了ADCi，根据公式（2），我们可以用程序计算出Vv，因为VilN等同与ViA/D，再根据公式（1）以及设定和调整好的修正系数Ai，我们可以计算出ViR，这就是我们要采集的模拟量的实际值，把其转换为ASC字符，就可以提供给显示程序显示以及其他程序使用。
利用单片机内部的A/D采集系统，只需要考虑对所要检测对象的线的计算比较，按样品重量对曲线进行归一化处理，并且实现两条曲线的差减计算及生成多阶微分曲线。本研究系统以虚拟仪器技术为主要手段，来提升由北京光学仪器厂生产的WCT、WCR、WRT等系列热分析仪器，利用先进的计算机技术来改进发展原有仪器系统，通过多次实验证明，在操作方便、界面友好以及分析准确性等各方面比一般热分析系统要好。实现了测试准确可靠、简化操作、方便维护、成本低廉的先进仪器。通过在虚拟仪器环境下实现智能测试分析方法的集成，降低了仪器系统功能变更和功能扩展的难度和费用，缩短了开发周期，为仪器测试、分析和控制的快速实现和升级提供了条件。
