虛擬儀器技術論文精品(七篇)

序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇虛擬儀器技術論文范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創作。

篇(1)

手機測試

挑戰：

中國的手機市場發展迅猛，世界各大手機廠商競相爭奪手機用戶。在如此激烈的競爭中，手機的功能日趨豐富，比如攝像頭、MP3、FM調頻收音機等等。同時，手機通訊協議也層出不窮，GSM、CDMA、GPRS、CDMA2000、EDGE、WCDMA等等。為了應對產品的不斷變化，工程師面臨著提高效率并縮短產品市場化時間的挑戰，他們需要一個靈活而強大的通用測試平臺。我們先來看一個通用測試平臺針對手機通訊協議的變化而表現出來的優勢。大家知道，2G的協議比如GSM和CDMA都已被成功地運用于市場了，而3G的協議比如WCDMA，CDMA2000等等是未來的必然趨勢。在從2G到3G的轉變中，面臨客戶群、設備置換、技術的成熟度風險等等問題。運營商希望能夠進行平滑的過渡，在不丟失已有手機用戶的情況下，首先升級交換網絡部分，這使得用戶可以使用過渡期的2.5G產品，然后等時機成熟時再升級無線網絡部分達到3G的標準。2G的測試儀器已經比較成熟，3G的測試產品正在加緊開發，2.5G的專用測試設備卻由于傳統儀器制造商考慮到研發成本和市場前景的問題而匱乏。

一家著名的手機制造商制造了支持EDGE(EnhancedDataratesforGSMEvolution)協議的2.5G手機產品，需要針對這一產品的測試方案。EDGE是一個專業協議，由于它的出現時間比較短，了解它的人也比較少，要在短期內構建一個EDGE測試系統是一個巨大的挑戰。為了在市場上與同行競爭，需要在一個月內能夠使用這套測試設備。

應用方案：

利用TestStand模塊化，兼容性強，可自定義的特點，根據生產測試的需要對其進行修改與完善，并結合LabVIEW，GPIB卡，以及相應的測試儀器，創建百分之百符合自己需要的CDMA基站測試系統。

使用的產品：

硬件上整個系統包含了一個PXI機箱，其中有：

NIPXI-8186

2.2GHzIntel奔騰4處理器的嵌入式PC，預裝WindowsXP操作系統

NIPXI-5660

2.7GHzRF信號分析儀，9kHz到2.7GHz，20MHz實時帶寬，80dB真實動態范圍

NIPXI-5670

RF信號源，250kHz到2.7GHz，16位，100MS/s任意波形發生，22MHz實時帶寬

NIPXI-5122

14位數字化儀，100MS/s實時采樣，2GS/s隨機間隔采樣，100MHz帶寬

NIPXI-4070

6位半數字萬用表，6ppm精度

其中，NIPXI-5660被用作矢量信號分析儀，NIPXI-5670被用作射頻信號源，NIPXI-5122被用作示波器，NIPXI-4070被用作數字萬用表。

軟件上使用了LabVIEW圖像化開發環境和NI-DAQmx驅動程序。

篇(2)

關鍵詞：虛擬儀器，力傳感器，標定

 

1 引言

力傳感器是目前廣泛使用的傳感器，在長期使用過程中，由于使用環境、本身結構的變化，需要對其進行標定，以此保證測量的精度。近年來，隨著虛擬儀器技術的出現和發展，越來越多的技術人員開始基于該技術來開發自動化測量設備。博士論文，標定。虛擬儀器是基于計算機的儀器。計算機和儀器的密切結合是目前儀器發展的一個重要方向[1]。而在眾多的虛擬儀器開發平臺中，美國國家儀器公司（NI）的LabVIEW應用最為廣泛。本文主要介紹了基于LabVIEW的力傳感器標定程序的設計。

2 標定的原理

所謂標定（或現場校準）[2]就是指用相對標準的量來確定測試系統電輸出量與物理輸入量之間的函數關系的過程。標定是測試中極其重要的一環。標定除了能夠確定輸入量和輸出量之間的函數關系之外，還可以最大限度地消除測量系統中的系統誤差。

傳感器的校準采用靜態的方法，即在靜態標準條件下，采用一定標準等級（其精度等級為被較傳感器的3~5倍）的校準設備，對傳感器重復（不少于3次）進行全量程逐級加載和卸載測試，獲得各次校準數據，以確定傳感器的靜態基本性能指標和精度的過程。為簡化系統的設計，此處標準量采用砝碼加載的方式獲得。

3 系統組成

3.1硬件組成

系統的硬件組成如圖1所示：

圖1 系統硬件組成

由圖可以看出，系統主要包括計算機、力傳感器，數據采集卡、接線盒等。本系統中，力傳感器采用電阻應變式壓力傳感器，四個應變片采用全橋的工作方式。數據采集卡采用NI公司的PCI-6221，該采集卡的主要參數如下：它具有16個模擬輸入端口，2個模擬輸出端口，24個數字輸入輸出端口，采樣速率最高可達到250kS/s。接線盒采用NI公司的SC-2345，此接線盒直接與數據采集卡相連，接線盒上有SCC信號調理模塊插座。SCC模塊是NI公司提供的信號調理模塊，其上面包含信號調理電路，可以將傳感器處采集的信號轉換成適合數據采集卡讀取的信號。本系統所用的SCC模塊為SCC-SG04，此模塊適用于連接采用全橋工作方式的電阻應變式壓力傳感器。

3.2軟件組成

本系統軟件基于LabVIEW 8.2來開發。LabVIEW是一種圖形化的編程語言。博士論文，標定。博士論文，標定。與其他開發工具不同，用LabVIEW編程的過程不是寫代碼，而是畫“流程圖”。這樣可以使用戶從煩瑣的程序設計中解放出來，而將注意力集中在測量等物理問題本身。它主要針對各個領域的工程技術人員而設計，非計算機專業人員[1]。博士論文，標定。

因為所用的力傳感器屬于應變式電阻傳感器，其電阻變化率與應變可以保持很好的線性關系，即輸入與輸出量之間呈線性關系，所以可以用一條直線對校準數據進行擬合。此直線就稱為擬合直線，所求得的方程為擬合方程。圖2所示為傳感器標定程序的采樣頁面。

此程序采用LabVIEW的事件驅動編程技術進行編制的。事件[3]是對活動發生的異步通知。事件可以來自于用戶界面、外部I/O或程序的其它部分。在LabVIEW中使用用戶界面事件可使前面板用戶操作與程序框圖執行保持同步。事件允許用戶每當執行某個特定操作時執行特定的事件處理分支。

圖2 標定程序采樣頁面

圖3 采樣程序

直線擬合的方法[2]有很多種，比如最小二乘法、平均選點法、斷點法等等。其中，最小二乘法精度比較高，此處利用它進行直線擬合。根據最小二乘法，假定是一組測量值，是相應的擬合值，mse為均方差，則擬合目標可以表達為，期望mse最小。

LabVIEW中的分析軟件庫提供了多種線性和非線性的曲線擬合算法，例如線性擬合、指數擬合、通用多項式擬合等等。本程序選擇Linear Fit.Vi 來實現最小二乘法線性擬合。

標定子程序的工作流程如下：用戶先通過多次采樣，獲得各個輸入量對應的輸出量，通過While循環的移位寄存器保存這些值。博士論文，標定。采樣完成后，把這些值輸入Linear Fit.Vi進行擬合，擬合的曲線在Graph控件中顯示出來，同時該Vi自動求出方程y=ax+b中的斜率a和截距b，這樣，輸入輸出量之間的函數關系就可以確定下來了，如圖4所示。

圖4 標定程序擬合前面板

4 小結

基于虛擬儀器的力傳感器標定程序能夠方便地對力傳感器進行標定。博士論文，標定。該系統具有人機界面友好，靈活方便，自動化程度高等特點。

參考文獻：

【1】.候國屏;王珅;葉齊鑫.LabVIEW7.1編程與虛擬儀器設計[M].清華大學出版社.2005

【2】.張迎新等.非電量測量技術基礎[M].北京航空航天大學出版社，2001

【3】.NationalInstrumentsCorporation.LabVIEWHelp[CD].ni.com/china,2008

篇(3)

【關鍵詞】LabVIEW;PXI-5152;數據采集

1.引言

由于傳統測控設備一般只能獨立完成一項功能，而虛擬儀器可以將原來多種傳統測控設備集中于一套系統中，同時它的開放與靈活性能使之與計算機技術保持同步發展[1]。虛擬儀器的硬、軟件具有開放性、模塊性、可重復使用及互換性等特點。為提高測試系統的性能，可以方便地加入一個通用儀器模塊或更換一個儀器模塊，而不用購買一個完全新的系統，有利于測試系統的擴展[2]。本文主要基于PXI-5152板卡利用LabVIEW進行信號進行采集和分析的設計。

2.數據采集系統的設計

由于LabVIEW是基于模塊化程序設計思想，故在開發過程中也是基本上遵循這一基本思想。在總體方案確定后，根據所需的不同功能分別組建各種功能模塊，最后再集成和調試。創建虛擬儀器的過程的過程分為三步：

（1）編寫虛擬儀器流程圖。

（2）設計虛擬儀器的前面板。

（3）確定虛擬儀器的圖標和連接[3]。

采用模塊化的軟件設計思想編寫，每個功能的實現由一個模塊完成，系統軟件總體包括數據采集、參數測量、相位、幅頻分析、數據存儲和回放等模塊，最終實現數據采集、處理、記錄、顯示等功能。系統軟件組成框圖，軟件設計整體界面分別如圖1，圖2所示：

圖1 軟件組成框圖

圖2 PXI-5152多功能示波器前面板

2.1 信號采集模塊

LabVIEW集成了功能強大的數據采集函數庫Data Acquisition。NI公司也設計了NI-SCOPE模塊，使得編程更加簡潔化[4]。本設計應用的PXI-5152板卡所采用的軟件編寫設計模塊正是NI-SCOPE模塊。使用NI-SCOPE模塊數據采集函數建立采集程序非常簡單，其流程如圖3所示，基本過程如下：

參數設置如圖4所示，采樣方式選擇普通采樣（Normal），采樣率為200MHz，采集通道（channels）為通道0和通道1，記錄長度為1000，輸入阻抗為1歐姆，電壓耦合（vertical coupling）選擇DC方式即直接耦合，參考位置選擇50%，電壓偏移（vertical offset）為0，電壓幅值（vertical range）為10V。

圖3 數據采集程序流程圖

圖4 配置參數

觸發參數選擇如圖5所示：觸發耦合選擇DC耦合，觸發類型選擇Immediate即直接觸發，觸發源選擇0通道，即采集為1通道，觸發延遲為0s，觸發極性選擇正極，觸發電平為5V。

圖5 觸發選項

2.2 數據讀取和數據存儲模塊

LabVIEW有豐富的文件操作函數庫，本設計由于采樣率的提高，使用傳統的編寫程序可能會導致采樣點數的丟失，為了使采集到的數據能實時的讀取和存儲起來，本設計所采用TDMS模塊對數據進行實時采集和存儲，更好的保證了數據的準確性[5]。

采集時數據的讀取、存儲程序如圖所示。新建一個“.tdms”文件夾以便對采集數據進行存儲，打開TDMS，TDMS屬性設置，TDMS數據讀?。ń尤腙犃羞M行對數據進行同步采集），關閉TDMS。程序圖如圖6所示。

圖6 數據讀取、存儲程序圖

3.實驗設計及結果

本設計所做實驗室為了研究，鋁板的裂紋深度不同時，檢測到的反射信號的某一特征量呈現規律性變化，即研究裂紋深度與信號特征量之間的單調關系。

實驗過程如下：實驗裝置框圖如圖7所示，激勵激光器采用150mJ能量激勵，經過聚焦透鏡后照射到標準試件上，光斑直徑為0.9mm，由燒蝕效應產生超聲波，通過表面波探頭探測信號，經數據采集系統采集、記錄實驗數據。

圖7 實驗裝置框圖

實驗過程：本次實驗采用的鋁板尺寸為200mm×50mm×8mm，表面裂紋距鋁板左邊界左側80mm，裂紋規格分別為無損、0.1×0.3mm、0.1×0.5mm、0.1×0.7mm、0.1×0.9mm（寬度×深度），由于加工誤差，實際規格為0.111×0.302mm、0.130×0.536mm、0.13×0.70mm、0.15×0.872mm。本次實驗目的是探測反射波，激勵源距裂紋10mm，在鋁板上激勵出超聲波，傳播到裂紋位置處，超聲波會在裂紋位置處發生反射，反射的超聲波被距激勵源右側10mm的超聲探頭接收。通過采集系統初步觀察并記錄數據波形，采集系統參數設置如下：采樣率：200MHz，采樣時間：50us，采用外部觸發，觸發位置：50%。為了減少實驗誤差，不同深度的裂紋分別做五次實驗并保存數據。

實驗結果中的一組數據（有裂紋時的反射及相應的頻域圖）經過MATLAB軟件進行進一步的分析，放大之后所得到的波形圖如圖8所示。

圖8 有裂紋時反射波形

4.結論

實驗結果表明：

（1）本文所設計的PXI-5152多功能示波器能高效的對數據進行采集和存儲;

（2）通過對實驗所采集到的波形分析能反應出其數據的正確性，即反應出程序設計的正確性;

（3）采集程序運行時體現了程序設計的合理性和流暢性，運行界面具有工整性、簡潔性和實用性。

虛擬儀器將所有的儀器控制信息均集中在軟件模塊中，可以采用多種方式顯示采集的數據、分析的結果和控制過程。這種對關鍵部分的轉移進一步增加了虛擬儀器的靈活性;虛擬儀器價格低，而且其基于軟件的體系結構還大大節省了開發和維護費用;由于虛擬儀器關鍵在于軟件，硬件的局限性較小，因此與其他儀器設各連接比較容易實現;虛擬儀器可實時、直接地對數據進行編輯，也可通過計算機總線將數據傳輸到存儲器或打印機。這樣做一方面解決了數據的傳輸問題，一方面充分利用了計算機的存儲能力，從而使虛擬儀器具有幾乎無限的數據記錄容量。

參考文獻

[1]張毅，周紹磊，楊秀霞.虛擬儀器技術分析與應用[M].北京：機械工業出版社，2002.

[2]林正盛.虛擬儀器技術及其發展[J].國外電子測量技術，1997（2）：35-40.

[3]楊樂平，李海濤，楊磊.LabVIEW程序設計與應用（第2版）[M].北京：電子工業出版社，2004.

[4]鄧振杰.基于LabVIEW構建虛擬儀器實驗系統[D].天津大學碩士學位論文，2001，11

[5]石博強，趙德永，李暢，雷振山.LabVIEW6.1編程技術實用教程[M].中國鐵道出版社，2002，11.

作者簡介：

篇(4)

關鍵詞：數據采集，波形發生器，DMA，工業控制

 

0 引言

某發射機構作為導彈武器系統的重要發射控制部件，其性能的好壞直接影響武器系統的總體戰術指標。因此發射機構在研制過程中和投入生產后需進行嚴格的測試，進行常溫測試、高低溫測試和交付試驗等，檢測發射機構在常溫及高低溫狀態下的性能。論文寫作。通過測試，暴露出發射機構各分組件、部件、分部件及有關元器件的制造缺陷，可及早將這些問題予以排除，提高發射機構工作的可靠性，以完成產品的調試生產、質量控制、驗收交付等任務。

1 問題的提出

發射機構測試系統是根據生產任務要求研發的，原有測試軟件是用C語言在DOS下開發的，界面簡單，操作復雜。隨著計算機硬件的升級，WindowsXP已經成為主流的操作系統，研制在Windowsxp新的測試軟件是非常必要的。

2 策劃

2.1硬件設計

本測試系統主要由工藝發射機構產品、信號處理電路、數據采集板卡、工控機以及軟件平臺等組成。發射機構的一些數據被數據采集板卡測得；各項狀態則通過信號處理電路進行調理后，引入工控機；軟件系統根據測試要求輸出控制信號，經過處理電路后來實現對產品的控制。工控機內裝有研華公司的PCI-1710卡和PCI-1721用來控制產品狀態和讀取測試數據，系統結構如圖1所示：

圖1 發射機構測試系統硬件框架

2.2 系統的軟件設計

發射機構測試系統的軟件采用NI公司的LabWindows/CVI進行設計開發。該軟件是面向計算機測控領域虛擬儀器軟件開放平臺，是以ANSI C為核心的交互式虛擬儀器開發環境，將功能強大的C語言和測控技術有機結合，具有靈活編程方法和豐富的函數庫，為開發人員建立檢測系統、自動測試環境、數據采集系統、過程監控系統等提供了理想的軟件開發環境，是實現虛擬儀器及網絡化儀器的快速途徑。

為了提高測試模型組合的靈活性和通用性，采用模塊化設計的原則，將測試系統分為數個模塊。本測試系統軟件功能的結構框圖如圖2所示。

圖2 軟件系統結構框圖

系統狀態控制模塊可進行測試系統自檢狀態和測試狀態的轉換；

狀態監控模塊可監控發射機構的供電、開鎖，切除等狀態并顯示到面板的指示燈；

發射機構狀態控制模塊可通過測控電路控制發射機構各種測試狀態；

板卡控制模塊可對PCI－1710和PCI－1721板卡進行控制和測試數據的采樣；

功能測試模塊可對發射機構的各個測試項目進行測試并記錄測試結果；

數據記錄模塊可將測試數據導入到EXCEL電子表格并可打印輸出；

3 實施方案

3.1 硬件設計方案：在測試系統中，除了要處理模擬量輸入、輸出信號外，還要處理開關量和脈沖量信息，以便及時反映開關量狀態并執行監視、控制的功能。硬件中采用光電隔離技術，使用光電隔離不僅可以使計算機的控制輸出通道與被控負載之間在電氣上完全隔離而達到良好的抗電磁干擾技術指標，也使這些控制指令具備足夠的功率驅動能力，進而可靠實現驅動繼電器等部件的目的。

3.2 測控軟件設計方案：測試軟件主界面主要完成的功能是實現測控系統的功能選擇和系統的測試數據管理，測試系統主界面如圖3所示：

圖3 測試系統軟件主界面

從圖中可以看出，用戶界面是一個有機的界面系統。主要包括：

A. 測試信息區域，用于輸入和顯示本次測試的產品編號、操作者、檢驗員等信息。

B. 測試項目區域，配合快捷按鍵可測試中的各項參數，便于測試人員在測試過程中更加直觀地觀察測試過程。

C. 測試狀態指示區域，用來指示發射機構的各個測試狀態。

D. 測試過程消息區域，用來指示測試過程現在進行到那個步驟，并給出該測試步驟的狀態信息。

E. 測試電壓監視區域，主要在測試過程監測發射機構供電電壓。

F. 測試信號波形指示區，在測試過程中顯示測試信號的波形。

G.自動測試按鈕，按下該按鈕，可實現自動測試的功能。論文寫作。

3.3 軟件測試流程圖如圖4所示：

3.4 關鍵技術:

3.4.1信息信號和制導指令信號的模擬輸出技術：

在本測試系統中，需要模擬導彈產生的信息信號和制導指令信號。測試軟件采用DMA技術利用PCI－1721板卡產生各路波形信號。主要函數定義如下：

void SetMultiToOneBuffer(USHORTusEnabledChannel, int count)；

voidSetRealBuffer(float far *lpBuf, long num, LPSWAVE lpWave)；

voidUserThread()；

voidadInterruptEvent()；

voidadBufChangeEvent()；

voidadOverrunEvent()；

voidadTerminateEvent()；

voidMyFreeBuffer()；

int Inf_Out(intnum,long rate,float Magnitude0,float Magnitude1,float Magnitude2,floatMagnitude3)；

通過上述函數將需要產生的波形先存入緩沖區，在啟動PCI－1721的DMA數據傳送的功能啟動線程，即可產生需要的各種信號波形。

3.4.2 測試系統要求實時監控產品的各項狀態。

由于使用Timer定時器時所發送的定時消息受到消息隊列和系統時鐘頻率等因素的影響，不能使得定時消息得到及時的響應和處理。同時，測試流程中需要進行一定的延時等待，因此，不能使用Timer定時器。在此，使用異步定時器控件來實現實時監控的問題。異步定時器通過加載驅動位于toolbox中的 asynctmr.fp來實現調用。與定時器控件相比，異步定時器控件由于使用獨立線程，與程序主線程無關，能夠提供可靠的定時精度，不會受到主載荷的影響。異步定時器的建立、刪除和設置，分別通過調用函數 NewAsyncTimer()、DiscardAsyncTimer()和SetAsyncTimerAttribute()來實現。定時響應函數的聲明為：IntCVICALLBACK MyTimerCallback (int reserved, int theTimerId, int event, void*callbackData,int eventData1,int eventData2);

在測試系統軟件啟動以后，建立一個定時器；然后設置定時器的定時時間和響應函數；在軟件退出時，刪除定時器；在定時響應函數中，調用板卡控制模塊提供的讀取數據函數，來實現實時狀態監測的功能。論文寫作。

2.效果和結論：

測試軟件現已經過調試和嚴格的測試，運行良好，測試結果可靠，操作界面友好，使用方便，測試結果準確，測試過程簡潔優化，大大提高自動化檢測水平。該測試系統現已經過檢驗驗收，達到交付的狀態，完全滿足了發射機構自動測試的需要。

參考文獻

[1]NationalInstrumentCorporation.LabWindos/CVIUserManual[M].2005.

[2]孫曉云，郭立煒，孫會琴．基于LabWindows/CVI的虛擬儀器設計與應用[M]．北京：電子工業出版社，2005．

[3]張毅剛，喬立巖等．虛擬儀器軟件開發環境LabWindows/CVI6.0編程指南[M]．北京：機械工業出版社，2002．

[4]周磊，滕克難，施建禮．基于LabWindows/CVI高精度定時[J].電子測量技術，2004，4：29-30．

[5]郭雅蔭，楊世鳳，王建新．LabWindows/CVI與PCI數據采集卡通訊技術研究[J]．電子測量技術，2007，30(5)：78-80．

篇(5)

Abstract: According to monitoring of diesel engine ,utilizing DAQ hardware of NI USB-6009 and software of LabVIEW, a data acquisition system is designed by virtual instruments technology, the structure and functions of the system are introduced. It is proved that this system is feasible and has better performance on data display, preservation and reading through some experiments. Otherwise, it has better expansibility and prevalent usability.

關鍵詞: 虛擬儀器;數據采集;監控;LabVIEW

Key words: virtual instruments;data acquisition;monitoring;LabVIEW

中圖分類號:TP39文獻標識碼:A文章編號:1006-4311(2010)23-0134-02

0引言

近年來,隨著自動控制與計算機控制的快速發展,針對機艙自動化系統的研究正向著數字化、智能化、模塊化的方向發展。[1]不管其采用何種監控系統、監控手段和監控方法,對監控對象的運行數據進行采集和處理是整個監控系統的基礎與前提,而數據采集量,數據采集及時性與精度直接影響監控系統對設備監控的正確性與精確性。

虛擬儀器技術綜合運用了計算機技術、數字信號處理技術、標準總線技術和軟件工程技術,代表了測量儀器與自動測試系統的未來發展方向。采用虛擬儀器技術構建的數據采集系統,不僅可以對系統進行靈活的設計,而且系統由計算機控制,使數據采集的質量和效率大為提高,同時,隨著電路集成度的提高,數據采集系統的體積越來越小,可靠性越來越高,擴大了數據采集系統的適應范圍,便于實現動態測量,能滿足精確控制的要求。[2]

1系統的組成

柴油機運行的監控參數主要有轉速,滑油壓力和溫度,冷卻水溫度和排煙溫度。因此測量的信號有4~20mA直流電流信號,0~5V、0~10V直流電壓信號和正弦信號。[3]這就要求所選擇的數據采集卡具有同時采集以上三種信號的能力,軟件系統能同時調理分析的能力。

1.1 系統硬件選擇針對系統要求,采用NI公司的NI USB-6009 DAQ卡為數據采集硬件。該數據采集卡由多路選擇開關MUX、程控放大器PGA、模數轉換器ADC、輸入暫存器AI FIFO共四個單元組成。[2]

該采集卡有8個模擬輸入通道AI0~AI7,差分模式下為4個輸入通道,AI0+~AI0-、AI1+~AI1-、AI2+~AI2-、AI3+~AI3-。在差分模式下可輸入負值的信號。

1.2 系統軟件選擇為了與硬件設備相兼容,軟件選擇NI公司的LabVIEW。LabVIEW不僅提供了一個非常直觀的編程環境,還是一種用于測量和自動化的特定應用程序開發環境;其用于測量和自動化應用程序的能力與通用編程的能力相互增強和拓展,成為測試測量和控制行業的標準軟件平臺。[4]

2信號采集及濾波設計

2.1 信號采集柴油機運行時,傳感器測量的信號分為兩種:直流信號和交流信號。而直流信號又包括4~20mA的電流信號和0~5V、0~10V的電壓信號,因數據采集卡采集的是電壓信號,故采集直流電流信號之前要將電流信號轉換成電壓信號。因為NI USB-6009 DAQ卡的采集量程為0~10V,系統采用較為經濟和實用的調理電路,即將每路得電流信號串連一個精度為±0.1%的500Ω的電阻,將4~20mA的電流信號轉化為2~10V的電壓信號,輸入連接圖如圖1所示。

交流信號只有柴油機的轉速測量信號,需要測量其頻率,因為交流信號有正負之分,需采用差分接線模式,使得數據采集卡的采集量程為±10V,滿足測量要求其信號線連接采集卡的AI3+和AI3-兩個接線口。

2.2 信號濾波設計信號采集濾波程序如圖2所示,交流信號因為要測量其頻率,濾波系統采用二階帶通的Butterworth濾波系統,帶通范圍由轉速信號的最低頻率和最高頻率確定,并通過單頻測量程序來獲取正弦信號的頻率信息。直流信號的濾波主要是排除高頻的噪聲信號的干擾,因此采用二階低通的Butterworth濾波系統,截止頻率定為30Hz,取其均方根值作為測量值。

3數據顯示與保存讀取

3.1 數據即時顯示圖3為數據即時顯示的程序框圖與前面板顯示圖。這個程序每隔一秒從輸入信號中提取測量數據進行顯示,公式節點的作用是根據傳感器輸出值與柴油機運行數據的關系將測量值轉換為柴油機的運行數據,并將數據測量值與報警參數值進行比較,若出現報警情況時輸出報警信號,報警指示燈亮。

3.2 數據定時儲存圖4為數據定時儲存系統程序框圖。這個程序分為定時器模塊和數據儲存模塊,定時器模塊每到用戶設定的時間間隔(分鐘)就輸出一個TRUE值,用來觸發數據儲存模塊。[5]由于信號的更新間隔為1秒鐘,為了避免運行數據的重復記錄,增加一個秒觸發,與定時器一起作用,使得在記錄時間(分鐘)的第0秒觸發數據儲存模塊,進行數據儲存。

數據儲存模塊除了儲存以外還有同步顯示功能,通過創建表格使每次的輸入數據在表格中依次顯示,便于實時觀察分析。

3.3 報警數據自動儲存圖5為報警數據自動儲存系統程序框圖。這個程序分為報警觸發、定時掃描和數據儲存三個模塊:報警觸發模塊的功能是當其中一個或多個信號值出現報警時,在輸出一個TURE值的同時輸出該報警數據值,而未報警的信號則輸出“0”值;定時掃描模塊控制報警觸發模塊輸出TURE值的時機,本程序中對于轉速和滑油壓力信號,每十秒允許報警觸發模塊輸出TURE值,對于滑油溫度等其他信號,每分鐘允許報警觸發模塊輸出TURE值;在按下報警數據儲存鍵后,數據儲存模塊可以連續的對報警數據進行儲存。

3.4 數據讀取圖6為數據讀取程序框圖。用來讀取柴油機的歷史運行數據記錄文件,文件讀取后首先通過表格控件進行顯示。另外可以對文件中的任意兩個運行數據用波形圖同時進行顯示,可以直觀的觀察運行數據的變化曲線,分析其相互之間的關系。

4結論

本系統針對某型柴油機進行了數據采集處理試驗,圖7為整個數據采集處理系統的前面板設計,上面的數據為試驗采集數據,表格中為同步顯示記錄數據,波形圖中的曲線為柴油機運行的數據變化曲線圖。

通過試驗證明了該系統的可行性,而且具有比傳統系統更靈活和實用的操作手段,為柴油機監控系統的整個程序設計奠定了基礎。

5結束語

本系統采用NI USB-6009 DAQ卡,安裝、攜帶方便,可擴展性好,在一些電磁干擾較強的測試現場,可以專門對其進行電磁屏蔽,避免采集的數據失真。采用LabVIEW可視化編程,其程序可以在任何裝有LabVIEW軟件的PC機上使用,具有很強的通用性。

參考文獻:

[1]趙繼權.艦船機艙自動化系統設計與研究[D].哈爾濱工程大學碩士學位論文,2002.

[2]陸綺榮等.基于虛擬儀器技術個人實驗室的構建[M].電子工業出版社,2006.

[3]高火榮,王一春.機艙模擬信號通用采集板的設計[J].江蘇船舶,2008,(10).

篇(6)

關鍵詞：振動信號，故障診斷，LabVIEW，信號采集

 

0 引言

振動信號分析作為故障診斷的一種方法，以其不拆卸機體，不影響設備的正常工作，測量范圍廣等優點，廣泛應用于各類工業和工程之中。隨著計算機技術、信息技術以及虛擬儀器技術的發展，越來越多的人開始通過虛擬儀器對機械的振動信號進行采集與分析[1]。LabVIEW是美國NI公司開發的圖形開發環境，它在研究、開發、生產、測試工作中得到廣泛應用[2]。本文所設計的就是基于LabVIEW的機械振動信號采集與分析系統。

1 系統設計

本文所設計的信號采集分析系統包含振動數據采集和數據分析兩個部分。采集部分包括基本參數的顯示和振動信息的存儲；分析部分包括時域、統計、時頻分析和小波分析。，故障診斷。圖形化軟件一般包括初始化，懸置，運行，停止等狀態。在本系統中，初始化是在程序啟動時，清空相關輸入控件和顯示控件；懸置是程序等待用戶輸入相關參數或者點擊相關按鈕以改變程序狀態；運行是程序進入數據采集和分析狀態；停止狀態時，程序關閉所有子程序。系統這四種運行狀態在本程序中通過狀態機實現 [3]。

2 系統實現

2.1 采集系統

采集程序所要實現的功能主要是在一定的采樣頻率下采集振動的全部信息，其采樣所得的結果必須能夠在分析時完全再現采集時的振動情況。具體的實現過程如下：

通過DAQmx來創建任務，并根據數據采集卡與傳感器的連接情況來設置物理通道和虛擬通道；加入相關輸入控件，設置系統參量；根據傳感器設備設定采樣率，以便于后續的頻率分析；以TDMS存儲大量采樣數據；利用case循環和按鈕來分別表示初始化、懸置和運行這3個狀態。

2.2 分析系統

由于實時采集的數據只能做出簡單的時、頻分析，不能得到振動信號中更深層次的信息，因此必須對設備的振動信號進行更加深入細致的分析，這個就需要進行離線分析。，故障診斷。分析程序所要實現的主要功能是再現設備的振動信號，并能夠從多個層次和方向上得出振動信號的特征參量，并將這些特征參量以輸出控件的形式返還給用戶，以供人們了解設備的工作狀態，更深入地了解設備的振動機理，改善設備工況，優化監測系統[4]。

在本系統中，分析部分具有5個分析模塊，分別是時域信號顯示，統計數據顯示，功率譜密度顯示，時頻特征顯示，以及小波包分解。該系統的具體實現過程如下，讀取信號采集系統中存儲的TDMS文件中的數據，利用索引數組選擇特定的信號通道，利用數字輸入控件查看特定周期的數據；分析程序采用While循環，內部添加一個事件結構以控制程序的運行；而上述5個分析模塊位于事件結構之內，并用Case循環和選項卡來選擇分析內容[5,6]。

時域信號顯示：它能顯示采集時實際的時域圖譜，在運行時可以很清晰地看出振幅與時間的關系，可以判斷出故障發生時的時間，清晰直觀。

統計信息顯示：系統中所統計的數據包括算術平均值，均方差，標準方差，峰值，峰峰值，基頻。，故障診斷。它們都能作為周期振動信號的特征值，在數值上描述振動特征。

功率譜密度：由于振動信號中存在大量噪聲，所以通過功率譜密度來顯示振動信號在各個頻率段上的功率密度，減少由于噪聲所帶來的誤差。

時頻分析：由于頻譜分析只能看到頻域特征的能量關系，通過短時傅里葉變換可以很清晰地從圖譜上看到頻域、時域與能量3者間的關系，更利于對故障的分析。，故障診斷。

小波分析：通過小波包來分解特定的頻段，以更高的分辨率查看故障頻率的位置，也是一種越來越常用的信號分析方式。本系統中可以自動畫出頻率的分段關系，并能通過數據節點來查看指定節點的頻域信號，更加清楚地描述故障頻率段。

最后通過設置按鈕和屬性節點，將兩個子程序放入事件驅動結構，使用按鈕分別控制信號的采集和分析兩個子程序，上述的兩個子系統就整合為一個整體程序生成本系統。

3 系統應用

作者將該系統應用內燃機振動信號的采集和分析，并針對內燃機的特點對本系統進行了小幅修改，即完成了內燃機振動信號的采集和分析系統。具體的實施情況如下：

該內燃機實驗機為單缸四沖程柴油機，缸套直徑105mm，行程115mm。實驗的目的是通過收集氣缸蓋與曲軸左滑動軸承振動信號來識別內燃機工況。在實驗中采用電機倒拖法來模擬內燃機的工作，即通過電機帶動皮帶輪，皮帶輪帶動飛輪，飛輪帶動內燃機。傳感器為壓電式加速度傳感器，安裝于主推力面上的缸蓋表面和左滑動軸承的垂直方向及水平方向三個位置。

采用的為電機倒拖發動機，就會由于皮帶輪打滑或者電機轉速的波動等原因造成內燃機轉速不穩，考慮到此特殊情況，程序中編寫了一個求平均周期信號的部分，以準確的反應內燃機的工作周期。，故障診斷。通過Case和下拉菜單將其整合到數據采集分析程序中。

將轉速從200r/min增加到300r/min，分別用本系統采集這兩個工作狀態的振動信號，然后通過本系統中的數據分析程序，得到的結果如圖1，

圖1 不同轉速下振動信號的時頻譜圖

可以很明顯看出，轉速增加到300r/min時，在時頻域的1200-2500Hz頻段中，能量密度有顯著增加；在時域圖中，上、下止點出幅值明顯增大，且信號中的噪聲信號也明顯增大。，故障診斷。這與理論情況是相符合的，說明該套振動監測系統可以很好地采集和分析振動數據，是一套簡易可行可移植的監測分析系統。

4 總結

本系統可以靈活完整的存儲設備的振動信號，CPU占用率低，在降低硬件設備要求的同時提高了信號采集與分析的能力。在將系統應用到不同設備上時，僅需要根據相應設備特殊性，添加部分子VI或者程序便可以應用，具有可移植性。

參考文獻

[1]高書凱.基于虛擬儀器的內燃機振動測試分析系統[D].昆明理工大學碩士學位論文.2008.

[2]RobertH.Bishop.LabVIEW8實用教程[M].北京：電子工業出版社.2008：1-7.

[3]葉楓樺，郭智威，袁成清，等.基于LabVIEW隊列狀態機的數據采集系統設計[J].虛擬儀器與應用，2010，（4）:204-207.

[4]秦萍華，春蓉.內燃機振動信號數據處理中一些技術問題的研究[J].精密制造與自動化，2003，（增刊）：19-21.

[5]ChristophWagner,SergioArmenta,BernhardLendl.DevelopingautomatedanalyticalmethodsforscientificenvironmentsusingLabVIEW[J].Talanta.2010，（80）：1081-1087.

[6]孔巖峰，張振山，程廣濤.基于LabVIEW的發動機振動測試系統設計[J].儀器儀表用戶，2009，(4):26-28.

篇(7)

一、網絡虛擬實驗室的建立

1.虛擬現實技術

虛擬現實VR(VirtualReality)是近幾年來信息技術迅速發展的產物,畢業論文是一門在計算機圖形學、計算機仿真技術、人機接口技術、多媒體技術和傳感技術的基礎上發展起來的交叉學科。其基本方法和目標是集成并利用高性能的計算機軟硬件及各類傳感器創建一個使參與者處于身臨其境的、具有完善的交互能力、能幫助和啟發構思的信息環境,即讓用戶在人工合成的環境里獲得角色的體驗。

虛擬現實具有三個基本特征。沉浸性,是指觀察者對虛擬世界的情感反映,這種感覺能使用戶全方位地投入這個虛擬世界,這是虛擬現實的首要特征。交互性,是指虛擬現實是一個開放的環境,能對用戶的輸入作出響應,并能通過監控裝置來影響用戶和被用戶影響。想象性,是指虛擬現實不僅是一個媒體、一個高級用戶界面,還是一個應用系統,它以生動形象的形式反映設計者的思想。虛擬現實的三個基本特征強調了人在這個系統中的主導作用。虛擬現實系統按其功能不同,可以分為三種類型:沉浸式虛擬現實系統、桌面式虛擬現實系統和分布式虛擬現實系統。其中,桌面式虛擬現實系統是運用軟件編程方法在顯示器上顯示三維場景,用戶通過鍵盤、鼠標等設備與虛擬場景交互,它的特點是結構簡單、成本較低,易于推廣。

2.網絡虛擬實驗室

所謂網絡虛擬實驗室,是指利用區域網或互聯網,由虛擬現實技術生成的一類適于進行虛擬實驗的實驗系統,包括相應的實驗室環境、有關的實驗儀器設備、實驗對象及實驗信息資源等。虛擬實驗室可以是某一現實實驗室的真實實現,也可以是虛擬構想的實驗室,虛擬實驗通過虛擬實驗室進行。在虛擬實驗中,實驗者有逼真的感覺,有身臨其境的感受,好像是真正在現實實驗室里近距離進行現場操作。在虛擬實驗中,沒有一個有形的實驗室,也沒有以實物形態存在的實驗工具與實驗對象,實驗過程主要是對虛擬物的操作。

3.計算機專業虛擬實驗室的創建

構建專業虛擬實驗室,其實就是搭建一個網絡平臺系統,包括硬件、軟件及管理三個方面。在硬件上,

目前各校都建立了校園網絡并接入了互聯網,這些基礎設施基本可以滿足需求,不需要太多的投入。在軟件方面,一個是實驗室平臺軟件系統的開發,它與網站建設相聯系;另一個是網站的內容(實驗內容)建設,這是實驗室建設的關鍵。虛擬實驗室應有可以做的實驗來支撐,不然軟件平臺就是一個空架子,形同虛設。同時,該平臺上還應有實驗管理的支持,對實驗儀器、實驗報告、實驗指導、實驗成績及網上答疑等進行有效管理,并對虛擬實驗室進行監控,計算機網絡虛擬實驗室系統各模塊的主要功能如下。

(1)實驗管理模塊,由學生管理、教師管理、儀器管理和學生成績管理等組成。碩士論文在學生管理方面,學生通過瀏覽器進行注冊登錄,登陸成功后可瀏覽實驗項目,查看實驗的詳細資料,預約實驗項目及做實驗的時間,在線發送和接受消息,進行問題討論,進行實驗登記,實驗完成后可通過網絡寫實驗報告并提交報告。教師管理方面,可對實驗內容添加、修改、整理、刪除,對學生提交的實驗報告列表,批改實驗報告,填寫評語和成績,提交批改結果,與學生進行討論。儀器管理方面,對新設計開發的虛擬儀器上傳并進行分類整理,以便實驗使用。成績管理方面對學生的實驗情況(實驗次數、實驗報告及完成情況)給出成績,并進行統計分析及提供查詢等。

(2)儀器展示模塊,對虛擬實驗室可用虛擬元器件、虛擬儀器設備分門別類地進行管理,以圖形的方式直觀呈現出來,供學生在實驗時進行選擇。

(3)實驗指導模塊,包括實驗介紹、實驗方法、實驗項目的重點及難點、實驗目的、實驗原理、實驗準備、實驗任務、實驗過程、實驗報告的要求及實驗應注意的事項等。

(4)實驗報告模塊,主要對學生完成實驗后,提供相關的實驗報告模板,供學生下載,由學生填寫相關內容以及實驗的結果,完成后上傳電子版實驗報告,由教師進行批閱,并進行記載。

(5)實驗答疑模塊,由專業教師對學生實驗中出現的疑難問題進行及時解答,幫助學生順利通過實驗。同時了解學生對實驗的掌握程度,并及時反饋、調整教學。

(6)論壇交流模塊,教師和學生可以通過論壇進行充分的交流,學生可以將實驗中的收獲、經驗和體會及問題到論壇上,教師可以將一些典型的問題提出來,供大家探討。學生在這樣寬松的環境下發表自己的見解,教師從中可以得到及時的實驗教學反饋信息,以便整改7)虛擬實驗模塊,是虛擬實驗室建設的重要部分。學生通過該模塊進行虛擬實驗,醫學論文以達到鞏固強化知識的目的。該模塊內容根據專業學習的具體情況及實驗建設條件,可不斷增加。計算機專業網絡虛擬實驗室系統的建設,可以引入其他學校的虛擬實驗室中。這種方式比較簡單,容易實現,見效較快。但需要投入較多的軟件購置費用,同時也需要結合本校的實際情況進行一些調整,有一個磨合期。另一種是因地制宜,自主開發。根據本校的實際教學和實驗情況,結合學生的實際水平,由任課教師或聘請部分專家組成開發小組,進行一系列的虛擬實驗項目的開發研究,并將研究的成果連接到虛擬實驗室中,逐漸擴充直至完善。這種方式比較靈活,能充分發揮教師的積極性,能有針對性地進行設計開發,適合學生的實際情況,學生容易接受,并且經費投入較少。缺點是開發周期較長,系統性不夠,水平有限。也可以將上述兩種方式結合起來,一是引入、購置部分自己不宜開發的實驗項目,二是結合自身的優勢和長處開發一些實驗項目,如非交互性的、演示性的虛擬實驗項目等。

二、加強網絡虛擬實驗室的管理

1.加強用戶管理,為每個學生分配賬號。對學生進入虛擬實驗室,使用實驗室做虛擬實驗等進行登記保存。鼓勵學生經常訪問虛擬實驗室,在上面提出問題、發表見解,做好實驗,努力提高虛擬實驗室的人氣。

2.全天候開放虛擬實驗室。學生可以隨時進入虛擬實驗實自己動手組織實驗,自己設計實驗方案,動手完成實驗,整理和總結實驗數據,職稱論文提交實驗報告,培養學生的分析能力和創新能力,逐步向以“學生為中心”的自主個性發展模式轉變。

3.組織專業教師網上指導與答疑,參與論壇討論交流,及時批改實驗報告,為學生順利完成實驗提供服務。在虛擬實驗室中,教師應對學生提出的疑問盡快給出幫助和解答,并進行必要的指導。在實驗室論壇上發表觀點,提出問題讓學生思考,使師生在虛擬實驗室中有較強的互動性,教師應充當好學生實驗的合作者和知識的建構者的角色。

4.對學生在虛擬實驗室的表現及實驗效果進行

評價。針對學生每一門課程的虛擬實驗完成情況、實驗報告、網上提問、論壇發帖的情況,給學生一個成績和評價,反饋給學生,英語論文并與該課程的正常實物實驗一起記入實驗總分。教師也要在對學生評價的同時,征求學生對虛擬實驗室的意見,對學生反饋的信息進行整改。

計算機網絡虛擬實驗室的建立,可以很好地解決目前硬件設備跟不上實驗的要求、學生實驗時間不夠用等問題,對于提高學生的動手能力、分析問題和解決實際問題的能力具有非常重要的意義。但在具體應用中還要注意處理好“虛擬實驗”和“實物實驗”的關系,不能一味地強調虛擬實驗,要“虛實”結合,既相互補充,又各有側重,這樣才能取得很好的實驗教學效果。同時,在虛擬實驗中要注意培養學生嚴謹的、一絲不茍的科學實驗作風。

參考文獻

[1]王嗣源.虛擬實驗室建設的初步探討.西安郵電學院學報,2005(4).

[2]蔣光明.基于互聯網的開放式虛擬實驗模型研究.西南師范大學學報(自然科學版),2002(3).