计算机数据采集系统在公路检测仪器中的应用

【摘要】本文分析了公路检测仪器的问题、检测仪器设备要素识别、数据采集系统在公路检测仪中的应用，以供参考。

【关键词】公路检测仪；数据采集；应用

中图分类号：C37 文献标识码：A

一、前言

公路检测仪的应用对于提高公路建设质量以及日常的养护有很大作用。但是，影响公路检测仪器的因素有很多，影响到了检验的操作性。因此，通过计算机数据采集在公路检测仪的应用，能够大大提高检测效果，保证准确性和可操作性。

二、当前我国公路检测仪器存在的问题

1、生产厂家众多，普遍存在问题

目前，我国生产公路检测仪器的厂家很多，但是，有一部分厂家并不具有生产技术，没有相应的生产执照，进而使得生产的检测仪器的质量达不到国家同类仪器的合格标准，更加严重的是，有的厂家甚至在原理设计方面都存在着问题，这就使得生产出来的检测仪器更难以符合生产标准。

比如说沥青针入度仪，使用该仪器工作时，测量部分的标杆，在沥青针下落时是压在铁杆上一起下降的，这就会造成针连杆的总质量并不是单纯的处于完自由下落状态。我们知道，表杆是受到弹簧压缩产生的机械力而发生运动，该机械力一种非线性的力，并且根据对百分表的测验可以得出，表杆的压力会因为测量仪器仪表的变化而各不相同。所以说，尽管在加工阶段对仪器的针与针杆的总质量进行有效的控制，也没办法准确的保证每台仪器的实际针重，况且，多数沥青针入度仪的针杆是没办法进行拆卸的，因此使得对针与针杆的总质量的计量检定没办法进行操作。

2、缺乏统一的产品技术标准

目前，我国部分公路建设没有制定出统一施行的技术标准，这会造成使用的同一种设备，其型号繁杂，结构与工作原理又各不相同，进而在进行现场计量检定的时候，没有办法按照规定的方法施行。比如说在土工液塑试验测定仪器方面，由于公路工程建设中常使用的仪器有光电式液塑限测定仪和数显式液塑限测定仪，这两种仪器的结构有很大差距，进行计量检定时，就无法使用同种方法检测，除此之外，个别的公路检测仪器因为其自身的结构多样化，会造成在制定检定规程时，需要多提供几种检定方法来满足市场需求，不然就无法有效的实施检定工作。

3、产品设计中存在缺陷

目前在国内生产的马歇尔稳定度仪器之中，有很大一部分的仪器，只具有全自动试验控制程序，并不具备提供计量检定的程序与模式，这则会造成此类仪器的计量检定规程的形同虚设，发挥不了作用。有的仪器虽然可以进行检定，可是进行检定的校准方式的方法各不相同，而且简单的检测仪器的说明书上也没有附加相关的文字性说明，使得进入鉴定模式的方法无法被进行计量检定的工作人员掌握，进而无法实施计量检定。而近些年来对国外生产的同类仪器进行计量检定的时候，尽管生产仪器的厂家与国家各不相同，可是这些仪器都设计了计量检定的标准程序，并且在使用手册中也有明确的记述。这就需要国内的生产厂家，在制定公路检测仪器的生产技术标准的同时，去强调相应的计量性能的要求，使得日后的现场计量检定工作可以顺利施行。

三、公路工程试验检测仪器设备计量管理体系要素识别

公路工程试验检测仪器设备计量管理的上述一级要素已经构成了该管理体系的层级结构，二级要素和三级要素在各层级要素内和层级要素间组合、运行、控制构成了该计量管理系统的相关性。

1、计量特性识别

计量特性识别的识别要素包括设备类型、溯源参数两个要素，其中溯源参数基于设备的识别。公路工程试验检测仪器设备计量的识别，首先是识别出公路工程专用设备，其次确定该类设备的溯源参数，并区分出公路工程专用参数和通用参数。在此基础上，基于对专用设备(实验室固定设备，现场使用设备)的使用条件、使用频次，及其专用参数溯源的可行性分析，确定是否需要就建立相关的计量标准，以期对专用设备的专用参数实施有效溯源。各要素之间的相关性见图1。

图1计量特性识别阶段各要素之间的关系

其中虚线所指要素为间接要素，实线所指要素为直接要素(以下相同)。对框中的各要素的识别、判定、分析过程构成了计量管理的技术要求，而框中的各要素自身的管理需求构成了计量管理的管理要求。

2、计量特性确认及其计量特性保持

计量特性的确认与保持首先应确定实施主体，之后采用程序、依据、方法等手段，并基于环境保证、文件控制来具体实施。

对于该系统，实施阶段的主体是人，主要包括设备管理员、检测人员、校准/检定人员。在确认阶段，由于实施的主要方法是校准和检定，其计量特性的确认主体应该是校准/检定人员;在保持阶段，由于检测人员和设备管理员对设备或计量标准的使用现状，量值准确度有更深入的了解，他们是确认的主体。

对于确认阶段的手段，包括方法、依据、程序3种。对于保持阶段的手段，包括方法、依据两种，其中方法包括内部审核、期间核查、能力验证、到期校准/检定，配套的依据包括相关的程序、规程、规范，此处的依据较确认阶段的依据重要程度减小，不属于本系统的直接要素。总体而言，手段涉及的各要素是计量确认和保持管理阶段的技术要求，建立、改进等过程，需从技术的角度加以考虑。环境保证包括实验室环境和外部使用环境，确认和保持设备计量特性的前提是对环境的进行有效地监测、控制和记录，以确保环境条件不会对确认结果的准确性和可靠性产生不良影响。对于文件控制，记录是记录计量特性确认和保持最直接的文件，故此将其列为直接要素，而对于其它内部和外部文件，将其作为具体实施过程的支持要素，即间接要素。

总体而言，计量特性确认和保持阶段有许多共同要素，但这些要素对计量特性的确认和保持的影响不同，应具体区别对待。

四、数据采集系统的基本概念

1、采集

采样过程必须遵循香农采样定理，该定理刚明了信号频潜与采样频率之间的关系，采样定理提出后，在数字式遥测系统、时分制遥测系统、数字通信、信息处理以及采样控制理论等领域得到了广泛的应用。从采样定理中，我们可以得出以下结论：如果已知信号的最高频率，采样定理给出了保证完全重建信号的最低采样频率。这一最低采样频率称为临界频率或奈奎斯特采样率，通常表示为。

2、量化和编码

采样后得到的脉冲信号仍然是模拟的，此时必须再经过量化，把信号变成数值大小变化也为离散的信号，最后经过编码，从而得到得到由二进制脉冲组成的数字信息流。

3、采集速率

采集速率又称为吞吐率或者系统通过速率等，它是采集周期的倒数，而采集周期是指对被测物理量进行采样、量化、编码、存储、传输和处理等一系列过程所消耗的时间。

4、采样精度

采样精度指当系统工作在额定采集速率时，每个离散子样的转换精度。在实际的情况中，一般的采样精度很难达到A/D转换器的精度。

五、计算机数据采集系统在公路检测仪器中的应用

1、数据采集

（1）数据采集系统主窗体

数据采集系统主窗体,也称为虚拟仪器的面板,前台实现系统人机交互操作和各种处理。数据可通过波形回放、波形标刻、数据显示、查询、数据统计计算、回归分析等方式处理后,用报表或图形硬拷贝的形式输出。如图2所示。

图2系统主窗口

（2）数据采集IPO接口驱动

图3、图4分别是DMA方式数采软件数据结构图及程序流程框图。

图3 DMA数乘数据结构

图4 DMA数乘流程框图

2、数据采集通道标定

标定窗口如图5所示:

图5通道标定窗口

为便于在标定过程中直观地读出数据,还可通过DAS数据采集系统主窗口的Acquire采集菜单之TextDataDisplay文本数据显示项,同时启动图6所示窗口。

图6文本数据显示窗口

3、信号预处理

后台实现各种硬件板卡的软件接口驱动,将AD卡产生的连续不间断的原始数字数据进行预处理,如实时计算显示试验加载速率、加载次数、累积变形等,并根据处理结果采取相应的程序设定操作,有时并不需要存贮全部原样数据或占用存贮量太多时,这时可以筛选一些特征值,例如最大值、最小值、峰值、谷值、平均值,或者进行数值滤波、变换、数值压缩等方式进行处理。

4、数据处理

处理结果在文件头报告窗体显示,系统将各种图形按标准交换格式写入BMP文件,可供其它通用处理软件读取,例如MSWORD的插入菜单图片项,Windows附件程序画图等。

（1）回放波形及直观数据处理

数据处理的最基本功能就是回放观察原始波形,如图7所示:

图7原始记录波形回放

（2）回放波形及特殊点处理

对于较复杂的数据波形,仅在回放曲线上无法获得结果,如象前面给出的车辙试验之类。

图8车辙数据处理曲线

5、数据输出与报表打印

每次试验结果如车辙、马歇尔等仅一、二个数据,一组试件多个结果加上附属参数可汇总成1张表格,例如WKJ温控器检测试验则1次作数10个试件,报表文件头部例子如图9。

图9温控器控制试验数据报表

六、结束语

随着信息技术的快速发展，计算机数据采集也必将不断完善，其在公路检测仪中的应用也更加广泛，发挥的作用也更大。

参考文献

[1]林楠.公路检测仪器现场计量检定的可操作性[J].科技，2010(07).

[2]赵福彬.浅谈加强公路工程试验检测工作的重要性[J].黑龙江科技信息，2011(01).

[3]唐玉蓉.基于FPGA的高速数据采集系统的设计与实现[J].工业控制计算机，2012