基于LabVIEW的静高压实验数据采集系统及采集方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于LabVIEW的静高压实验数据采集系统及采集方法，主要用于高温、高压实验中实验材料声速、电导率的测量，及实时温度、压力数据采集。整个系统将声速测量和电导率测量集于一体，采用计算机将六面顶压机、超声波收发器、数字示波器、数控电流源等集成于同一软件控制，自动识别科研人员输入的实验条件，完成整个实验的自动化控制，将静高压实验的实时温度、压力、或电导率等数据参数同步采集，完成分析、显示和实时保存。且可实现时间触发同步采集、温度预设点触发采集、压力预设点触发采集等功能。系统具有同步精度高、速度快、调节简单、控制难度低、界面功能多样化的优点，可实现多种实验条件预设采集的工作。

【技术实现步骤摘要】
基于LabVIEW的静高压实验数据采集系统及采集方法
本专利技术涉及静高压实验数据采集
，尤其涉及一种基于LabVIEW的静高压实验数据采集系统及采集方法。
技术介绍
高温高压下的声速和电导率测量对于探索材料内部原子和电子结构，以及与之相关的压缩特性与状态方程研究都有重要的物理意义与应用价值。通过研究高温高压条件下样品的声速和电导率变化，可以获得材料的温度压力相图。基于六面顶大腔体压机加载原位获得材料物性的方法，是研究材料相变和状态方程的重要手段之一。然而实验中需要测量这些参数随温度、压力、时间的变化关系，由于实验时间长、数据量大，虽然目前六面顶大腔体压机的温度和压力加载已经实现自动化，但是物性参数的测量尚需要实验人员手动完成，效率低下。因此，如何实现压力、温度、声速、电导率等参数同步自动采集，以及如何确保数据采集的精度和数据快速存储，是决定静高压实验中参数测量能否顺利完成的关键及提高实验平台的使用效率的关键，也是决定实验结果可靠性的关键。目前，最为常用的静高压实验数据采集工作流程有以下8个步骤：1）启动静高压实验平台，将样品放置在静高压实验加载台面上，并完成实验样品与压机顶锤的对准；2）搭建测声速装置，连接声速接收探头至数字示波器，利用数字示波器采集声速信号；（或安装实验样品测量电导率装置）（不是同时进行的实验）；3）启动压机控制面板，设置加压、加温参数，如设置压力值，按规定的时间进行加温等；4）开始实验；5）实验人员定时开始记录设定参数点下的压力、温度、声速、（电导率）等参数，并以规定的时间间隔记录；6）实验人员改变实验中压力、温度等条件，按照步骤5，做好实验记录；7）实验结束，关闭所有设备；8）实验完成后实验人员开始将手工记录的数据输入至计算机，根据记录结果进行数据还原及实验分析。综上所述，分析可以得知，现有静高压实验数据采集系统存在以下不足：1）采集系统集成化和自动化程度不高。在当前大部分的静高压实验中，温度和压力已经实现了自动化控制和数据存储，但是样品的物性参数测量装置并未集成一体，需要科研人员自行搭建，并且只能采用手动测量和人工记录数据，由于实验加压过程缓慢及实验条件可变参数多，整个实验过程持续时间可达数天，记录数据大，同时数据采集精度、同步精度要求高；通过人工操作过程比较繁琐耗时，自动化程度低，在一定程度上影响实验效率，并且人工定时记录数据，同步精度低，误差大。2）不具备数据同步采集功能。静高压实验数据采集系统没有统一的标准触发点来触发数据记录开始和间隔，通过人眼观察时间间隔，来决定记录的同步性和时间间隔，实验结果误差大。3）不具备数据实时保存和分析功能。在实验过程中，由于采用人工记录数据值，控制软件并不能实时存储，同时实验条件变化时，并不能及时将测量的实时数据做基本的分析，因此并不能很快的反应出实验样品状态，很容易由于实验条件极限的不确定性，导致实验失败。经检索，目前国内尚没有基于LabVIEW软件开发的集成化静高压实验数据采集系统的相关专利，其主要原因在于：静高压实验数据采集系统外围部件多，难以将不同型号和不同通信协议的外围部件通过计算机同步控制、计算机多通信接口的控制存在资源竞争问题、多线程并行运行机制应用等技术难度大，另外，精密的高端设备伴随复杂的操作和调试过程，所需时间较长，因此我们专利技术一种基于LabVIEW的静高压实验数据采集系统。
技术实现思路
本专利技术的目的就在于提供一种解决上述问题，将声速测量和电导率测量集于一体，采用计算机将六面顶压机、超声波收发器、数字示波器、数控电流源等集成于同一软件控制，自动识别科研人员输入的实验条件，完成整个实验的自动化控制，将静高压实验的实时温度、压力、声速信号或电导率等数据参数同步采集，完成分析、显示和实时保存的基于LabVIEW的静高压实验数据采集系统。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是这样的：一种基于LabVIEW的静高压实验数据采集系统，包括声速测量装置，所述声速测量装置包括六面顶压机、超声波收发器、数字示波器和计算机；所述六面顶压机包括用于装置样品的腔体、6个顶锤、一驱动顶锤运动的液压系统、一加热单元和一PLC控制器，所述液压系统和加热单元均与PLC控制器连接，由PLC控制器控制其工作，所述PLC控制器连接计算机；所述超声波收发器经数字示波器连接计算机，用于向样品发射超声波信号，并接收回波信号经数字示波器显示后送入计算机中计算声速值；还包括一压力采集单元、温度采集单元和一四电极电导率测量装置，所述计算机为基于LabVIEW开发平台的工控计算机；所述压力采集单元包括一压力采集器和一压力传感器，所述压力传感器设在液压系统上采集其液压值，并传送至压力采集器，所述温度采集单元包括一温度传感器和一温度采集器，所述温度传感器采集样品温度并传送至温度采集器，所述压力采集器和温度采集器与计算机连接，由计算机采集当前压力值和温度值；所述四电极电导率测量装置与计算机连接，由计算机控制其向样品加载电流或电压，并采集样品的电流值或电压值送入计算机中计算电导率；所述计算机用于采集存储压力值、温度值、回波信号、电流值和/或电压值，计算声速值和电导率，并根据预设参数表控制液压系统、加热单元或四电极电导率测量装置工作，所述参数表包括多个不同实验条件的列表，每个列表包括数个预设参数值，所述预设参数值包括压力值、温度值、加载在样品上的电流值、和/或加载在样品上的电压值。由于压力传感器采集的液压值是液压系统的值，所以为了精确，我们会先将液压压力和样品压力进行标定确定转换关系，并根据液压值转换为样品的实际压力值进行存储。作为优选：所述工控计算机控制液压系统的方法为：（a）工控计算机从压力采集器中获取样品当前实验条件下压力值P1，读取下一实验条件中预设的压力值为P2，将压力值P1到P2进行分段，均分为多个ΔP；（b）预设一压力值由P1变为P2的时间为t，则每个分段对应的时间为Δt；（c）将压力变化指令分解为：控制压力值P1在Δt的时间内按ΔP依次变化，直至达到压力值P2，并将分解后的指令发送至PLC控制器，由PLC控制器驱动液压系统工作。作为优选：所述工控计算机控制加热单元的方法为：（d）工控计算机从温度采集器中获取样品当前实验条件下温度值T1，读取下一实验条件中预设的温度值为T2，将温度值T1到T2进行分段，均分为多个ΔT；（e）预设一温度值由T1变为T2的时间为t，则每个分段对应的时间为Δt；（f）将温度变化指令分解为：控制温度值T1在Δt的时间内按ΔT依次变化，直至达到温度值T2，并将分解后的指令发送至PLC控制器，由PLC控制器驱动加热单元工作。作为优选：所述PLC控制器、压力采集器、温度采集器分别通过USB-RS232串口与工控计算机连接，所述数字示波器通过TCP/IP协议与工控计算机通信。作为优选：所述四电极电导率测量装置包括数控恒流源和四根电极线，数控恒流源与计算机连接，四根电极线分为两组，一组用于经数控恒流源向样品加载电流或电压，一组用于从样品上采集电流或电压并经数控恒流源送入计算机中。一种基于LabVIEW的静高压实验数据采集系统的采集方法，包括以下步骤：（1）建立一基于LabVIEW的静高压实验数据采集系统，装入实验样品，启动采集系统并初本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于LabVIEW的静高压实验数据采集系统，包括声速测量装置，所述声速测量装置包括六面顶压机、超声波收发器、数字示波器和计算机；所述六面顶压机包括用于装置样品的腔体、6个顶锤、一驱动顶锤运动的液压系统、一加热单元和一PLC控制器，所述液压系统和加热单元均与PLC控制器连接，由PLC控制器控制其工作，所述PLC控制器连接计算机；所述超声波收发器经数字示波器连接计算机，用于向样品发射超声波信号，并接收回波信号经数字示波器显示后送入计算机中计算声速值；其特征在于：还包括一压力采集单元、温度采集单元和一四电极电导率测量装置，所述计算机为基于LabVIEW开发平台的工控计算机；所述压力采集单元包括一压力采集器和一压力传感器，所述压力传感器设在液压系统上采集其液压值，并传送至压力采集器，所述温度采集单元包括一温度传感器和一温度采集器，所述温度传感器采集样品温度并传送至温度采集器，所述压力采集器和温度采集器与计算机连接，由计算机采集当前压力值和温度值；所述四电极电导率测量装置与计算机连接，由计算机控制其向样品加载电流或电压，并采集样品的电流值或电压值送入计算机中计算电导率；所述计算机用于采集存储压力值、温度值、回波信号、电流值和/或电压值，计算声速值和电导率，并根据预设参数表控制液压系统、加热单元或四电极电导率测量装置工作，所述参数表包括多个不同实验条件的列表，每个列表包括数个预设参数值，所述预设参数值包括压力值、温度值、加载在样品上的电流值、和/或加载在样品上的电压值。...

【技术特征摘要】
1.一种基于LabVIEW的静高压实验数据采集系统，包括声速测量装置，所述声速测量装置包括六面顶压机、超声波收发器、数字示波器和计算机；所述六面顶压机包括用于装置样品的腔体、6个顶锤、一驱动顶锤运动的液压系统、一加热单元和一PLC控制器，所述液压系统和加热单元均与PLC控制器连接，由PLC控制器控制其工作，所述PLC控制器连接计算机；所述超声波收发器经数字示波器连接计算机，用于向样品发射超声波信号，并接收回波信号经数字示波器显示后送入计算机中计算声速值；其特征在于：还包括一压力采集单元、温度采集单元和一四电极电导率测量装置，所述计算机为基于LabVIEW开发平台的工控计算机；所述压力采集单元包括一压力采集器和一压力传感器，所述压力传感器设在液压系统上采集其液压值，并传送至压力采集器，所述温度采集单元包括一温度传感器和一温度采集器，所述温度传感器采集样品温度并传送至温度采集器，所述压力采集器和温度采集器与计算机连接，由计算机采集当前压力值和温度值；所述四电极电导率测量装置与计算机连接，由计算机控制其向样品加载电流或电压，并采集样品的电流值或电压值送入计算机中计算电导率；所述计算机用于采集存储压力值、温度值、回波信号、电流值和/或电压值，计算声速值和电导率，并根据预设参数表控制液压系统、加热单元或四电极电导率测量装置工作，所述参数表包括多个不同实验条件的列表，每个列表包括数个预设参数值，所述预设参数值包括压力值、温度值、加载在样品上的电流值、和/或加载在样品上的电压值。2.根据权利要求1所述的基于LabVIEW的静高压实验数据采集系统，其特征在于：所述工控计算机控制液压系统的方法为：（a）工控计算机从压力采集器中获取样品当前实验条件下压力值P1，读取下一实验条件中预设的压力值为P2，将压力值P1到P2进行分段，均分为多个ΔP；（b）预设一压力值由P1变为P2的时间为t，则每个分段对应的时间为Δt；（c）将压力变化指令分解为：控制压力值P1在Δt的时间内按ΔP依次变化，直至达到压力值P2，并将分解后的指令发送至PLC控制器，由PLC控制器驱动液压系统工作。3.根据权利要求1所述的基于LabVIEW的静高压实验数据采集系统，其特征在于：所述工控计算机控制加热单元的方法为：（d）工控计算机从温度采集器中获取样品当前实验条件下温度值T1，读取下一实验条件中预设的温度值为T2，将温度值T1到T2进行分段，均分为多个ΔT；（e）预设一温度值由T1变为T2的时间为t，则每个分段对应的时间为Δt；（f）将温度变化指令分解为：控制温度值T1在Δt的时间内按ΔT依次变化，直至达到温度值T2，并将分解后的指令发送至PLC控制器，由PLC控制器驱动加热单元工作。4.根据权利要求1所述的基于LabVIEW的静高压实验数据采集系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴兆奎，徐亮，何强，李绪海，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院流体物理研究所，
类型：发明
国别省市：四川,51