虚拟仪器技术论文精品(七篇)

序论：写作是一种深度的自我表达。它要求我们深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隐藏在内心深处的真相，好投稿为您带来了七篇虚拟仪器技术论文范文，愿它们成为您写作过程中的灵感催化剂，助力您的创作。

篇(1)

手机测试

挑战：

中国的手机市场发展迅猛，世界各大手机厂商竞相争夺手机用户。在如此激烈的竞争中，手机的功能日趋丰富，比如摄像头、MP3、FM调频收音机等等。同时，手机通讯协议也层出不穷，GSM、CDMA、GPRS、CDMA2000、EDGE、WCDMA等等。为了应对产品的不断变化，工程师面临着提高效率并缩短产品市场化时间的挑战，他们需要一个灵活而强大的通用测试平台。我们先来看一个通用测试平台针对手机通讯协议的变化而表现出来的优势。大家知道，2G的协议比如GSM和CDMA都已被成功地运用于市场了，而3G的协议比如WCDMA，CDMA2000等等是未来的必然趋势。在从2G到3G的转变中，面临客户群、设备置换、技术的成熟度风险等等问题。运营商希望能够进行平滑的过渡，在不丢失已有手机用户的情况下，首先升级交换网络部分，这使得用户可以使用过渡期的2.5G产品，然后等时机成熟时再升级无线网络部分达到3G的标准。2G的测试仪器已经比较成熟，3G的测试产品正在加紧开发，2.5G的专用测试设备却由于传统仪器制造商考虑到研发成本和市场前景的问题而匮乏。

一家著名的手机制造商制造了支持EDGE(EnhancedDataratesforGSMEvolution)协议的2.5G手机产品，需要针对这一产品的测试方案。EDGE是一个专业协议，由于它的出现时间比较短，了解它的人也比较少，要在短期内构建一个EDGE测试系统是一个巨大的挑战。为了在市场上与同行竞争，需要在一个月内能够使用这套测试设备。

应用方案：

利用TestStand模块化，兼容性强，可自定义的特点，根据生产测试的需要对其进行修改与完善，并结合LabVIEW，GPIB卡，以及相应的测试仪器，创建百分之百符合自己需要的CDMA基站测试系统。

使用的产品：

硬件上整个系统包含了一个PXI机箱，其中有：

NIPXI-8186

2.2GHzIntel奔腾4处理器的嵌入式PC，预装WindowsXP操作系统

NIPXI-5660

2.7GHzRF信号分析仪，9kHz到2.7GHz，20MHz实时带宽，80dB真实动态范围

NIPXI-5670

RF信号源，250kHz到2.7GHz，16位，100MS/s任意波形发生，22MHz实时带宽

NIPXI-5122

14位数字化仪，100MS/s实时采样，2GS/s随机间隔采样，100MHz带宽

NIPXI-4070

6位半数字万用表，6ppm精度

其中，NIPXI-5660被用作矢量信号分析仪，NIPXI-5670被用作射频信号源，NIPXI-5122被用作示波器，NIPXI-4070被用作数字万用表。

软件上使用了LabVIEW图像化开发环境和NI-DAQmx驱动程序。

篇(2)

关键词：虚拟仪器，力传感器，标定

 

1 引言

力传感器是目前广泛使用的传感器，在长期使用过程中，由于使用环境、本身结构的变化，需要对其进行标定，以此保证测量的精度。近年来，随着虚拟仪器技术的出现和发展，越来越多的技术人员开始基于该技术来开发自动化测量设备。博士论文，标定。虚拟仪器是基于计算机的仪器。计算机和仪器的密切结合是目前仪器发展的一个重要方向[1]。而在众多的虚拟仪器开发平台中，美国国家仪器公司（NI）的LabVIEW应用最为广泛。本文主要介绍了基于LabVIEW的力传感器标定程序的设计。

2 标定的原理

所谓标定（或现场校准）[2]就是指用相对标准的量来确定测试系统电输出量与物理输入量之间的函数关系的过程。标定是测试中极其重要的一环。标定除了能够确定输入量和输出量之间的函数关系之外，还可以最大限度地消除测量系统中的系统误差。

传感器的校准采用静态的方法，即在静态标准条件下，采用一定标准等级（其精度等级为被较传感器的3~5倍）的校准设备，对传感器重复（不少于3次）进行全量程逐级加载和卸载测试，获得各次校准数据，以确定传感器的静态基本性能指标和精度的过程。为简化系统的设计，此处标准量采用砝码加载的方式获得。

3 系统组成

3.1硬件组成

系统的硬件组成如图1所示：

图1 系统硬件组成

由图可以看出，系统主要包括计算机、力传感器，数据采集卡、接线盒等。本系统中，力传感器采用电阻应变式压力传感器，四个应变片采用全桥的工作方式。数据采集卡采用NI公司的PCI-6221，该采集卡的主要参数如下：它具有16个模拟输入端口，2个模拟输出端口，24个数字输入输出端口，采样速率最高可达到250kS/s。接线盒采用NI公司的SC-2345，此接线盒直接与数据采集卡相连，接线盒上有SCC信号调理模块插座。SCC模块是NI公司提供的信号调理模块，其上面包含信号调理电路，可以将传感器处采集的信号转换成适合数据采集卡读取的信号。本系统所用的SCC模块为SCC-SG04，此模块适用于连接采用全桥工作方式的电阻应变式压力传感器。

3.2软件组成

本系统软件基于LabVIEW 8.2来开发。LabVIEW是一种图形化的编程语言。博士论文，标定。博士论文，标定。与其他开发工具不同，用LabVIEW编程的过程不是写代码，而是画“流程图”。这样可以使用户从烦琐的程序设计中解放出来，而将注意力集中在测量等物理问题本身。它主要针对各个领域的工程技术人员而设计，非计算机专业人员[1]。博士论文，标定。

因为所用的力传感器属于应变式电阻传感器，其电阻变化率与应变可以保持很好的线性关系，即输入与输出量之间呈线性关系，所以可以用一条直线对校准数据进行拟合。此直线就称为拟合直线，所求得的方程为拟合方程。图2所示为传感器标定程序的采样页面。

此程序采用LabVIEW的事件驱动编程技术进行编制的。事件[3]是对活动发生的异步通知。事件可以来自于用户界面、外部I/O或程序的其它部分。在LabVIEW中使用用户界面事件可使前面板用户操作与程序框图执行保持同步。事件允许用户每当执行某个特定操作时执行特定的事件处理分支。

图2 标定程序采样页面

图3 采样程序

直线拟合的方法[2]有很多种，比如最小二乘法、平均选点法、断点法等等。其中，最小二乘法精度比较高，此处利用它进行直线拟合。根据最小二乘法，假定是一组测量值，是相应的拟合值，mse为均方差，则拟合目标可以表达为，期望mse最小。

LabVIEW中的分析软件库提供了多种线性和非线性的曲线拟合算法，例如线性拟合、指数拟合、通用多项式拟合等等。本程序选择Linear Fit.Vi 来实现最小二乘法线性拟合。

标定子程序的工作流程如下：用户先通过多次采样，获得各个输入量对应的输出量，通过While循环的移位寄存器保存这些值。博士论文，标定。采样完成后，把这些值输入Linear Fit.Vi进行拟合，拟合的曲线在Graph控件中显示出来，同时该Vi自动求出方程y=ax+b中的斜率a和截距b，这样，输入输出量之间的函数关系就可以确定下来了，如图4所示。

图4 标定程序拟合前面板

4 小结

基于虚拟仪器的力传感器标定程序能够方便地对力传感器进行标定。博士论文，标定。该系统具有人机界面友好，灵活方便，自动化程度高等特点。

参考文献：

【1】.候国屏;王珅;叶齐鑫.LabVIEW7.1编程与虚拟仪器设计[M].清华大学出版社.2005

【2】.张迎新等.非电量测量技术基础[M].北京航空航天大学出版社，2001

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

篇(3)

【关键词】LabVIEW;PXI-5152;数据采集

1.引言

由于传统测控设备一般只能独立完成一项功能，而虚拟仪器可以将原来多种传统测控设备集中于一套系统中，同时它的开放与灵活性能使之与计算机技术保持同步发展[1]。虚拟仪器的硬、软件具有开放性、模块性、可重复使用及互换性等特点。为提高测试系统的性能，可以方便地加入一个通用仪器模块或更换一个仪器模块，而不用购买一个完全新的系统，有利于测试系统的扩展[2]。本文主要基于PXI-5152板卡利用LabVIEW进行信号进行采集和分析的设计。

2.数据采集系统的设计

由于LabVIEW是基于模块化程序设计思想，故在开发过程中也是基本上遵循这一基本思想。在总体方案确定后，根据所需的不同功能分别组建各种功能模块，最后再集成和调试。创建虚拟仪器的过程的过程分为三步：

（1）编写虚拟仪器流程图。

（2）设计虚拟仪器的前面板。

（3）确定虚拟仪器的图标和连接[3]。

采用模块化的软件设计思想编写，每个功能的实现由一个模块完成，系统软件总体包括数据采集、参数测量、相位、幅频分析、数据存储和回放等模块，最终实现数据采集、处理、记录、显示等功能。系统软件组成框图，软件设计整体界面分别如图1，图2所示：

图1 软件组成框图

图2 PXI-5152多功能示波器前面板

2.1 信号采集模块

LabVIEW集成了功能强大的数据采集函数库Data Acquisition。NI公司也设计了NI-SCOPE模块，使得编程更加简洁化[4]。本设计应用的PXI-5152板卡所采用的软件编写设计模块正是NI-SCOPE模块。使用NI-SCOPE模块数据采集函数建立采集程序非常简单，其流程如图3所示，基本过程如下：

参数设置如图4所示，采样方式选择普通采样（Normal），采样率为200MHz，采集通道（channels）为通道0和通道1，记录长度为1000，输入阻抗为1欧姆，电压耦合（vertical coupling）选择DC方式即直接耦合，参考位置选择50%，电压偏移（vertical offset）为0，电压幅值（vertical range）为10V。

图3 数据采集程序流程图

图4 配置参数

触发参数选择如图5所示：触发耦合选择DC耦合，触发类型选择Immediate即直接触发，触发源选择0通道，即采集为1通道，触发延迟为0s，触发极性选择正极，触发电平为5V。

图5 触发选项

2.2 数据读取和数据存储模块

LabVIEW有丰富的文件操作函数库，本设计由于采样率的提高，使用传统的编写程序可能会导致采样点数的丢失，为了使采集到的数据能实时的读取和存储起来，本设计所采用TDMS模块对数据进行实时采集和存储，更好的保证了数据的准确性[5]。

采集时数据的读取、存储程序如图所示。新建一个“.tdms”文件夹以便对采集数据进行存储，打开TDMS，TDMS属性设置，TDMS数据读取（接入队列进行对数据进行同步采集），关闭TDMS。程序图如图6所示。

图6 数据读取、存储程序图

3.实验设计及结果

本设计所做实验室为了研究，铝板的裂纹深度不同时，检测到的反射信号的某一特征量呈现规律性变化，即研究裂纹深度与信号特征量之间的单调关系。

实验过程如下：实验装置框图如图7所示，激励激光器采用150mJ能量激励，经过聚焦透镜后照射到标准试件上，光斑直径为0.9mm，由烧蚀效应产生超声波，通过表面波探头探测信号，经数据采集系统采集、记录实验数据。

图7 实验装置框图

实验过程：本次实验采用的铝板尺寸为200mm×50mm×8mm，表面裂纹距铝板左边界左侧80mm，裂纹规格分别为无损、0.1×0.3mm、0.1×0.5mm、0.1×0.7mm、0.1×0.9mm（宽度×深度），由于加工误差，实际规格为0.111×0.302mm、0.130×0.536mm、0.13×0.70mm、0.15×0.872mm。本次实验目的是探测反射波，激励源距裂纹10mm，在铝板上激励出超声波，传播到裂纹位置处，超声波会在裂纹位置处发生反射，反射的超声波被距激励源右侧10mm的超声探头接收。通过采集系统初步观察并记录数据波形，采集系统参数设置如下：采样率：200MHz，采样时间：50us，采用外部触发，触发位置：50%。为了减少实验误差，不同深度的裂纹分别做五次实验并保存数据。

实验结果中的一组数据（有裂纹时的反射及相应的频域图）经过MATLAB软件进行进一步的分析，放大之后所得到的波形图如图8所示。

图8 有裂纹时反射波形

4.结论

实验结果表明：

（1）本文所设计的PXI-5152多功能示波器能高效的对数据进行采集和存储;

（2）通过对实验所采集到的波形分析能反应出其数据的正确性，即反应出程序设计的正确性;

（3）采集程序运行时体现了程序设计的合理性和流畅性，运行界面具有工整性、简洁性和实用性。

虚拟仪器将所有的仪器控制信息均集中在软件模块中，可以采用多种方式显示采集的数据、分析的结果和控制过程。这种对关键部分的转移进一步增加了虚拟仪器的灵活性;虚拟仪器价格低，而且其基于软件的体系结构还大大节省了开发和维护费用;由于虚拟仪器关键在于软件，硬件的局限性较小，因此与其他仪器设各连接比较容易实现;虚拟仪器可实时、直接地对数据进行编辑，也可通过计算机总线将数据传输到存储器或打印机。这样做一方面解决了数据的传输问题，一方面充分利用了计算机的存储能力，从而使虚拟仪器具有几乎无限的数据记录容量。

参考文献

[1]张毅，周绍磊，杨秀霞.虚拟仪器技术分析与应用[M].北京：机械工业出版社，2002.

[2]林正盛.虚拟仪器技术及其发展[J].国外电子测量技术，1997（2）：35-40.

[3]杨乐平，李海涛，杨磊.LabVIEW程序设计与应用（第2版）[M].北京：电子工业出版社，2004.

[4]邓振杰.基于LabVIEW构建虚拟仪器实验系统[D].天津大学硕士学位论文，2001，11

[5]石博强，赵德永，李畅，雷振山.LabVIEW6.1编程技术实用教程[M].中国铁道出版社，2002，11.

作者简介：

篇(4)

关键词：数据采集，波形发生器，DMA，工业控制

 

0 引言

某发射机构作为导弹武器系统的重要发射控制部件，其性能的好坏直接影响武器系统的总体战术指标。因此发射机构在研制过程中和投入生产后需进行严格的测试，进行常温测试、高低温测试和交付试验等，检测发射机构在常温及高低温状态下的性能。论文写作。通过测试，暴露出发射机构各分组件、部件、分部件及有关元器件的制造缺陷，可及早将这些问题予以排除，提高发射机构工作的可靠性，以完成产品的调试生产、质量控制、验收交付等任务。

1 问题的提出

发射机构测试系统是根据生产任务要求研发的，原有测试软件是用C语言在DOS下开发的，界面简单，操作复杂。随着计算机硬件的升级，WindowsXP已经成为主流的操作系统，研制在Windowsxp新的测试软件是非常必要的。

2 策划

2.1硬件设计

本测试系统主要由工艺发射机构产品、信号处理电路、数据采集板卡、工控机以及软件平台等组成。发射机构的一些数据被数据采集板卡测得；各项状态则通过信号处理电路进行调理后，引入工控机；软件系统根据测试要求输出控制信号，经过处理电路后来实现对产品的控制。工控机内装有研华公司的PCI-1710卡和PCI-1721用来控制产品状态和读取测试数据，系统结构如图1所示：

图1 发射机构测试系统硬件框架

2.2 系统的软件设计

发射机构测试系统的软件采用NI公司的LabWindows/CVI进行设计开发。该软件是面向计算机测控领域虚拟仪器软件开放平台，是以ANSI C为核心的交互式虚拟仪器开发环境，将功能强大的C语言和测控技术有机结合，具有灵活编程方法和丰富的函数库，为开发人员建立检测系统、自动测试环境、数据采集系统、过程监控系统等提供了理想的软件开发环境，是实现虚拟仪器及网络化仪器的快速途径。

为了提高测试模型组合的灵活性和通用性，采用模块化设计的原则，将测试系统分为数个模块。本测试系统软件功能的结构框图如图2所示。

图2 软件系统结构框图

系统状态控制模块可进行测试系统自检状态和测试状态的转换；

状态监控模块可监控发射机构的供电、开锁，切除等状态并显示到面板的指示灯；

发射机构状态控制模块可通过测控电路控制发射机构各种测试状态；

板卡控制模块可对PCI－1710和PCI－1721板卡进行控制和测试数据的采样；

功能测试模块可对发射机构的各个测试项目进行测试并记录测试结果；

数据记录模块可将测试数据导入到EXCEL电子表格并可打印输出；

3 实施方案

3.1 硬件设计方案：在测试系统中，除了要处理模拟量输入、输出信号外，还要处理开关量和脉冲量信息，以便及时反映开关量状态并执行监视、控制的功能。硬件中采用光电隔离技术，使用光电隔离不仅可以使计算机的控制输出通道与被控负载之间在电气上完全隔离而达到良好的抗电磁干扰技术指标，也使这些控制指令具备足够的功率驱动能力，进而可靠实现驱动继电器等部件的目的。

3.2 测控软件设计方案：测试软件主界面主要完成的功能是实现测控系统的功能选择和系统的测试数据管理，测试系统主界面如图3所示：

图3 测试系统软件主界面

从图中可以看出，用户界面是一个有机的界面系统。主要包括：

A. 测试信息区域，用于输入和显示本次测试的产品编号、操作者、检验员等信息。

B. 测试项目区域，配合快捷按键可测试中的各项参数，便于测试人员在测试过程中更加直观地观察测试过程。

C. 测试状态指示区域，用来指示发射机构的各个测试状态。

D. 测试过程消息区域，用来指示测试过程现在进行到那个步骤，并给出该测试步骤的状态信息。

E. 测试电压监视区域，主要在测试过程监测发射机构供电电压。

F. 测试信号波形指示区，在测试过程中显示测试信号的波形。

G.自动测试按钮，按下该按钮，可实现自动测试的功能。论文写作。

3.3 软件测试流程图如图4所示：

3.4 关键技术:

3.4.1信息信号和制导指令信号的模拟输出技术：

在本测试系统中，需要模拟导弹产生的信息信号和制导指令信号。测试软件采用DMA技术利用PCI－1721板卡产生各路波形信号。主要函数定义如下：

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)；

通过上述函数将需要产生的波形先存入缓冲区，在启动PCI－1721的DMA数据传送的功能启动线程，即可产生需要的各种信号波形。

3.4.2 测试系统要求实时监控产品的各项状态。

由于使用Timer定时器时所发送的定时消息受到消息队列和系统时钟频率等因素的影响，不能使得定时消息得到及时的响应和处理。同时，测试流程中需要进行一定的延时等待，因此，不能使用Timer定时器。在此，使用异步定时器控件来实现实时监控的问题。异步定时器通过加载驱动位于toolbox中的 asynctmr.fp来实现调用。与定时器控件相比，异步定时器控件由于使用独立线程，与程序主线程无关，能够提供可靠的定时精度，不会受到主载荷的影响。异步定时器的建立、删除和设置，分别通过调用函数 NewAsyncTimer()、DiscardAsyncTimer()和SetAsyncTimerAttribute()来实现。定时响应函数的声明为：IntCVICALLBACK MyTimerCallback (int reserved, int theTimerId, int event, void*callbackData,int eventData1,int eventData2);

在测试系统软件启动以后，建立一个定时器；然后设置定时器的定时时间和响应函数；在软件退出时，删除定时器；在定时响应函数中，调用板卡控制模块提供的读取数据函数，来实现实时状态监测的功能。论文写作。

2.效果和结论：

测试软件现已经过调试和严格的测试，运行良好，测试结果可靠，操作界面友好，使用方便，测试结果准确，测试过程简洁优化，大大提高自动化检测水平。该测试系统现已经过检验验收，达到交付的状态，完全满足了发射机构自动测试的需要。

参考文献

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

[2]孙晓云，郭立炜，孙会琴．基于LabWindows/CVI的虚拟仪器设计与应用[M]．北京：电子工业出版社，2005．

[3]张毅刚，乔立岩等．虚拟仪器软件开发环境LabWindows/CVI6.0编程指南[M]．北京：机械工业出版社，2002．

[4]周磊，滕克难，施建礼．基于LabWindows/CVI高精度定时[J].电子测量技术，2004，4：29-30．

[5]郭雅荫，杨世凤，王建新．LabWindows/CVI与PCI数据采集卡通讯技术研究[J]．电子测量技术，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.

关键词: 虚拟仪器;数据采集;监控;LabVIEW

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

中图分类号:TP39文献标识码:A文章编号:1006-4311(2010)23-0134-02

0引言

近年来,随着自动控制与计算机控制的快速发展,针对机舱自动化系统的研究正向着数字化、智能化、模块化的方向发展。[1]不管其采用何种监控系统、监控手段和监控方法,对监控对象的运行数据进行采集和处理是整个监控系统的基础与前提,而数据采集量,数据采集及时性与精度直接影响监控系统对设备监控的正确性与精确性。

虚拟仪器技术综合运用了计算机技术、数字信号处理技术、标准总线技术和软件工程技术,代表了测量仪器与自动测试系统的未来发展方向。采用虚拟仪器技术构建的数据采集系统,不仅可以对系统进行灵活的设计,而且系统由计算机控制,使数据采集的质量和效率大为提高,同时,随着电路集成度的提高,数据采集系统的体积越来越小,可靠性越来越高,扩大了数据采集系统的适应范围,便于实现动态测量,能满足精确控制的要求。[2]

1系统的组成

柴油机运行的监控参数主要有转速,滑油压力和温度,冷却水温度和排烟温度。因此测量的信号有4~20mA直流电流信号,0~5V、0~10V直流电压信号和正弦信号。[3]这就要求所选择的数据采集卡具有同时采集以上三种信号的能力,软件系统能同时调理分析的能力。

1.1 系统硬件选择针对系统要求,采用NI公司的NI USB-6009 DAQ卡为数据采集硬件。该数据采集卡由多路选择开关MUX、程控放大器PGA、模数转换器ADC、输入暂存器AI FIFO共四个单元组成。[2]

该采集卡有8个模拟输入通道AI0~AI7,差分模式下为4个输入通道,AI0+~AI0-、AI1+~AI1-、AI2+~AI2-、AI3+~AI3-。在差分模式下可输入负值的信号。

1.2 系统软件选择为了与硬件设备相兼容,软件选择NI公司的LabVIEW。LabVIEW不仅提供了一个非常直观的编程环境,还是一种用于测量和自动化的特定应用程序开发环境;其用于测量和自动化应用程序的能力与通用编程的能力相互增强和拓展,成为测试测量和控制行业的标准软件平台。[4]

2信号采集及滤波设计

2.1 信号采集柴油机运行时,传感器测量的信号分为两种:直流信号和交流信号。而直流信号又包括4~20mA的电流信号和0~5V、0~10V的电压信号,因数据采集卡采集的是电压信号,故采集直流电流信号之前要将电流信号转换成电压信号。因为NI USB-6009 DAQ卡的采集量程为0~10V,系统采用较为经济和实用的调理电路,即将每路得电流信号串连一个精度为±0.1%的500Ω的电阻,将4~20mA的电流信号转化为2~10V的电压信号,输入连接图如图1所示。

交流信号只有柴油机的转速测量信号,需要测量其频率,因为交流信号有正负之分,需采用差分接线模式,使得数据采集卡的采集量程为±10V,满足测量要求其信号线连接采集卡的AI3+和AI3-两个接线口。

2.2 信号滤波设计信号采集滤波程序如图2所示,交流信号因为要测量其频率,滤波系统采用二阶带通的Butterworth滤波系统,带通范围由转速信号的最低频率和最高频率确定,并通过单频测量程序来获取正弦信号的频率信息。直流信号的滤波主要是排除高频的噪声信号的干扰,因此采用二阶低通的Butterworth滤波系统,截止频率定为30Hz,取其均方根值作为测量值。

3数据显示与保存读取

3.1 数据即时显示图3为数据即时显示的程序框图与前面板显示图。这个程序每隔一秒从输入信号中提取测量数据进行显示,公式节点的作用是根据传感器输出值与柴油机运行数据的关系将测量值转换为柴油机的运行数据,并将数据测量值与报警参数值进行比较,若出现报警情况时输出报警信号,报警指示灯亮。

3.2 数据定时储存图4为数据定时储存系统程序框图。这个程序分为定时器模块和数据储存模块,定时器模块每到用户设定的时间间隔(分钟)就输出一个TRUE值,用来触发数据储存模块。[5]由于信号的更新间隔为1秒钟,为了避免运行数据的重复记录,增加一个秒触发,与定时器一起作用,使得在记录时间(分钟)的第0秒触发数据储存模块,进行数据储存。

数据储存模块除了储存以外还有同步显示功能,通过创建表格使每次的输入数据在表格中依次显示,便于实时观察分析。

3.3 报警数据自动储存图5为报警数据自动储存系统程序框图。这个程序分为报警触发、定时扫描和数据储存三个模块:报警触发模块的功能是当其中一个或多个信号值出现报警时,在输出一个TURE值的同时输出该报警数据值,而未报警的信号则输出“0”值;定时扫描模块控制报警触发模块输出TURE值的时机,本程序中对于转速和滑油压力信号,每十秒允许报警触发模块输出TURE值,对于滑油温度等其他信号,每分钟允许报警触发模块输出TURE值;在按下报警数据储存键后,数据储存模块可以连续的对报警数据进行储存。

3.4 数据读取图6为数据读取程序框图。用来读取柴油机的历史运行数据记录文件,文件读取后首先通过表格控件进行显示。另外可以对文件中的任意两个运行数据用波形图同时进行显示,可以直观的观察运行数据的变化曲线,分析其相互之间的关系。

4结论

本系统针对某型柴油机进行了数据采集处理试验,图7为整个数据采集处理系统的前面板设计,上面的数据为试验采集数据,表格中为同步显示记录数据,波形图中的曲线为柴油机运行的数据变化曲线图。

通过试验证明了该系统的可行性,而且具有比传统系统更灵活和实用的操作手段,为柴油机监控系统的整个程序设计奠定了基础。

5结束语

本系统采用NI USB-6009 DAQ卡,安装、携带方便,可扩展性好,在一些电磁干扰较强的测试现场,可以专门对其进行电磁屏蔽,避免采集的数据失真。采用LabVIEW可视化编程,其程序可以在任何装有LabVIEW软件的PC机上使用,具有很强的通用性。

参考文献:

[1]赵继权.舰船机舱自动化系统设计与研究[D].哈尔滨工程大学硕士学位论文,2002.

[2]陆绮荣等.基于虚拟仪器技术个人实验室的构建[M].电子工业出版社,2006.

[3]高火荣,王一春.机舱模拟信号通用采集板的设计[J].江苏船舶,2008,(10).

篇(6)

关键词：振动信号，故障诊断，LabVIEW，信号采集

 

0 引言

振动信号分析作为故障诊断的一种方法，以其不拆卸机体，不影响设备的正常工作，测量范围广等优点，广泛应用于各类工业和工程之中。随着计算机技术、信息技术以及虚拟仪器技术的发展，越来越多的人开始通过虚拟仪器对机械的振动信号进行采集与分析[1]。LabVIEW是美国NI公司开发的图形开发环境，它在研究、开发、生产、测试工作中得到广泛应用[2]。本文所设计的就是基于LabVIEW的机械振动信号采集与分析系统。

1 系统设计

本文所设计的信号采集分析系统包含振动数据采集和数据分析两个部分。采集部分包括基本参数的显示和振动信息的存储；分析部分包括时域、统计、时频分析和小波分析。，故障诊断。图形化软件一般包括初始化，悬置，运行，停止等状态。在本系统中，初始化是在程序启动时，清空相关输入控件和显示控件；悬置是程序等待用户输入相关参数或者点击相关按钮以改变程序状态；运行是程序进入数据采集和分析状态；停止状态时，程序关闭所有子程序。系统这四种运行状态在本程序中通过状态机实现 [3]。

2 系统实现

2.1 采集系统

采集程序所要实现的功能主要是在一定的采样频率下采集振动的全部信息，其采样所得的结果必须能够在分析时完全再现采集时的振动情况。具体的实现过程如下：

通过DAQmx来创建任务，并根据数据采集卡与传感器的连接情况来设置物理通道和虚拟通道；加入相关输入控件，设置系统参量；根据传感器设备设定采样率，以便于后续的频率分析；以TDMS存储大量采样数据；利用case循环和按钮来分别表示初始化、悬置和运行这3个状态。

2.2 分析系统

由于实时采集的数据只能做出简单的时、频分析，不能得到振动信号中更深层次的信息，因此必须对设备的振动信号进行更加深入细致的分析，这个就需要进行离线分析。，故障诊断。分析程序所要实现的主要功能是再现设备的振动信号，并能够从多个层次和方向上得出振动信号的特征参量，并将这些特征参量以输出控件的形式返还给用户，以供人们了解设备的工作状态，更深入地了解设备的振动机理，改善设备工况，优化监测系统[4]。

在本系统中，分析部分具有5个分析模块，分别是时域信号显示，统计数据显示，功率谱密度显示，时频特征显示，以及小波包分解。该系统的具体实现过程如下，读取信号采集系统中存储的TDMS文件中的数据，利用索引数组选择特定的信号通道，利用数字输入控件查看特定周期的数据；分析程序采用While循环，内部添加一个事件结构以控制程序的运行；而上述5个分析模块位于事件结构之内，并用Case循环和选项卡来选择分析内容[5,6]。

时域信号显示：它能显示采集时实际的时域图谱，在运行时可以很清晰地看出振幅与时间的关系，可以判断出故障发生时的时间，清晰直观。

统计信息显示：系统中所统计的数据包括算术平均值，均方差，标准方差，峰值，峰峰值，基频。，故障诊断。它们都能作为周期振动信号的特征值，在数值上描述振动特征。

功率谱密度：由于振动信号中存在大量噪声，所以通过功率谱密度来显示振动信号在各个频率段上的功率密度，减少由于噪声所带来的误差。

时频分析：由于频谱分析只能看到频域特征的能量关系，通过短时傅里叶变换可以很清晰地从图谱上看到频域、时域与能量3者间的关系，更利于对故障的分析。，故障诊断。

小波分析：通过小波包来分解特定的频段，以更高的分辨率查看故障频率的位置，也是一种越来越常用的信号分析方式。本系统中可以自动画出频率的分段关系，并能通过数据节点来查看指定节点的频域信号，更加清楚地描述故障频率段。

最后通过设置按钮和属性节点，将两个子程序放入事件驱动结构，使用按钮分别控制信号的采集和分析两个子程序，上述的两个子系统就整合为一个整体程序生成本系统。

3 系统应用

作者将该系统应用内燃机振动信号的采集和分析，并针对内燃机的特点对本系统进行了小幅修改，即完成了内燃机振动信号的采集和分析系统。具体的实施情况如下：

该内燃机实验机为单缸四冲程柴油机，缸套直径105mm，行程115mm。实验的目的是通过收集气缸盖与曲轴左滑动轴承振动信号来识别内燃机工况。在实验中采用电机倒拖法来模拟内燃机的工作，即通过电机带动皮带轮，皮带轮带动飞轮，飞轮带动内燃机。传感器为压电式加速度传感器，安装于主推力面上的缸盖表面和左滑动轴承的垂直方向及水平方向三个位置。

采用的为电机倒拖发动机，就会由于皮带轮打滑或者电机转速的波动等原因造成内燃机转速不稳，考虑到此特殊情况，程序中编写了一个求平均周期信号的部分，以准确的反应内燃机的工作周期。，故障诊断。通过Case和下拉菜单将其整合到数据采集分析程序中。

将转速从200r/min增加到300r/min，分别用本系统采集这两个工作状态的振动信号，然后通过本系统中的数据分析程序，得到的结果如图1，

图1 不同转速下振动信号的时频谱图

可以很明显看出，转速增加到300r/min时，在时频域的1200-2500Hz频段中，能量密度有显著增加；在时域图中，上、下止点出幅值明显增大，且信号中的噪声信号也明显增大。，故障诊断。这与理论情况是相符合的，说明该套振动监测系统可以很好地采集和分析振动数据，是一套简易可行可移植的监测分析系统。

4 总结

本系统可以灵活完整的存储设备的振动信号，CPU占用率低，在降低硬件设备要求的同时提高了信号采集与分析的能力。在将系统应用到不同设备上时，仅需要根据相应设备特殊性，添加部分子VI或者程序便可以应用，具有可移植性。

参考文献

[1]高书凯.基于虚拟仪器的内燃机振动测试分析系统[D].昆明理工大学硕士学位论文.2008.

[2]RobertH.Bishop.LabVIEW8实用教程[M].北京：电子工业出版社.2008：1-7.

[3]叶枫桦，郭智威，袁成清，等.基于LabVIEW队列状态机的数据采集系统设计[J].虚拟仪器与应用，2010，（4）:204-207.

[4]秦萍华，春蓉.内燃机振动信号数据处理中一些技术问题的研究[J].精密制造与自动化，2003，（增刊）：19-21.

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

[6]孔岩峰，张振山，程广涛.基于LabVIEW的发动机振动测试系统设计[J].仪器仪表用户，2009，(4):26-28.

篇(7)

一、网络虚拟实验室的建立

1.虚拟现实技术

虚拟现实VR(VirtualReality)是近几年来信息技术迅速发展的产物,毕业论文是一门在计算机图形学、计算机仿真技术、人机接口技术、多媒体技术和传感技术的基础上发展起来的交叉学科。其基本方法和目标是集成并利用高性能的计算机软硬件及各类传感器创建一个使参与者处于身临其境的、具有完善的交互能力、能帮助和启发构思的信息环境,即让用户在人工合成的环境里获得角色的体验。

虚拟现实具有三个基本特征。沉浸性,是指观察者对虚拟世界的情感反映,这种感觉能使用户全方位地投入这个虚拟世界,这是虚拟现实的首要特征。交互性,是指虚拟现实是一个开放的环境,能对用户的输入作出响应,并能通过监控装置来影响用户和被用户影响。想象性,是指虚拟现实不仅是一个媒体、一个高级用户界面,还是一个应用系统,它以生动形象的形式反映设计者的思想。虚拟现实的三个基本特征强调了人在这个系统中的主导作用。虚拟现实系统按其功能不同,可以分为三种类型:沉浸式虚拟现实系统、桌面式虚拟现实系统和分布式虚拟现实系统。其中,桌面式虚拟现实系统是运用软件编程方法在显示器上显示三维场景,用户通过键盘、鼠标等设备与虚拟场景交互,它的特点是结构简单、成本较低,易于推广。

2.网络虚拟实验室

所谓网络虚拟实验室,是指利用区域网或互联网,由虚拟现实技术生成的一类适于进行虚拟实验的实验系统,包括相应的实验室环境、有关的实验仪器设备、实验对象及实验信息资源等。虚拟实验室可以是某一现实实验室的真实实现,也可以是虚拟构想的实验室,虚拟实验通过虚拟实验室进行。在虚拟实验中,实验者有逼真的感觉,有身临其境的感受,好像是真正在现实实验室里近距离进行现场操作。在虚拟实验中,没有一个有形的实验室,也没有以实物形态存在的实验工具与实验对象,实验过程主要是对虚拟物的操作。

3.计算机专业虚拟实验室的创建

构建专业虚拟实验室,其实就是搭建一个网络平台系统,包括硬件、软件及管理三个方面。在硬件上,

目前各校都建立了校园网络并接入了互联网,这些基础设施基本可以满足需求,不需要太多的投入。在软件方面,一个是实验室平台软件系统的开发,它与网站建设相联系;另一个是网站的内容(实验内容)建设,这是实验室建设的关键。虚拟实验室应有可以做的实验来支撑,不然软件平台就是一个空架子,形同虚设。同时,该平台上还应有实验管理的支持,对实验仪器、实验报告、实验指导、实验成绩及网上答疑等进行有效管理,并对虚拟实验室进行监控,计算机网络虚拟实验室系统各模块的主要功能如下。

(1)实验管理模块,由学生管理、教师管理、仪器管理和学生成绩管理等组成。硕士论文在学生管理方面,学生通过浏览器进行注册登录,登陆成功后可浏览实验项目,查看实验的详细资料,预约实验项目及做实验的时间,在线发送和接受消息,进行问题讨论,进行实验登记,实验完成后可通过网络写实验报告并提交报告。教师管理方面,可对实验内容添加、修改、整理、删除,对学生提交的实验报告列表,批改实验报告,填写评语和成绩,提交批改结果,与学生进行讨论。仪器管理方面,对新设计开发的虚拟仪器上传并进行分类整理,以便实验使用。成绩管理方面对学生的实验情况(实验次数、实验报告及完成情况)给出成绩,并进行统计分析及提供查询等。

(2)仪器展示模块,对虚拟实验室可用虚拟元器件、虚拟仪器设备分门别类地进行管理,以图形的方式直观呈现出来,供学生在实验时进行选择。

(3)实验指导模块,包括实验介绍、实验方法、实验项目的重点及难点、实验目的、实验原理、实验准备、实验任务、实验过程、实验报告的要求及实验应注意的事项等。

(4)实验报告模块,主要对学生完成实验后,提供相关的实验报告模板,供学生下载,由学生填写相关内容以及实验的结果,完成后上传电子版实验报告,由教师进行批阅,并进行记载。

(5)实验答疑模块,由专业教师对学生实验中出现的疑难问题进行及时解答,帮助学生顺利通过实验。同时了解学生对实验的掌握程度,并及时反馈、调整教学。

(6)论坛交流模块,教师和学生可以通过论坛进行充分的交流,学生可以将实验中的收获、经验和体会及问题到论坛上,教师可以将一些典型的问题提出来,供大家探讨。学生在这样宽松的环境下发表自己的见解,教师从中可以得到及时的实验教学反馈信息,以便整改7)虚拟实验模块,是虚拟实验室建设的重要部分。学生通过该模块进行虚拟实验,医学论文以达到巩固强化知识的目的。该模块内容根据专业学习的具体情况及实验建设条件,可不断增加。计算机专业网络虚拟实验室系统的建设,可以引入其他学校的虚拟实验室中。这种方式比较简单,容易实现,见效较快。但需要投入较多的软件购置费用,同时也需要结合本校的实际情况进行一些调整,有一个磨合期。另一种是因地制宜,自主开发。根据本校的实际教学和实验情况,结合学生的实际水平,由任课教师或聘请部分专家组成开发小组,进行一系列的虚拟实验项目的开发研究,并将研究的成果连接到虚拟实验室中,逐渐扩充直至完善。这种方式比较灵活,能充分发挥教师的积极性,能有针对性地进行设计开发,适合学生的实际情况,学生容易接受,并且经费投入较少。缺点是开发周期较长,系统性不够,水平有限。也可以将上述两种方式结合起来,一是引入、购置部分自己不宜开发的实验项目,二是结合自身的优势和长处开发一些实验项目,如非交互性的、演示性的虚拟实验项目等。

二、加强网络虚拟实验室的管理

1.加强用户管理,为每个学生分配账号。对学生进入虚拟实验室,使用实验室做虚拟实验等进行登记保存。鼓励学生经常访问虚拟实验室,在上面提出问题、发表见解,做好实验,努力提高虚拟实验室的人气。

2.全天候开放虚拟实验室。学生可以随时进入虚拟实验实自己动手组织实验,自己设计实验方案,动手完成实验,整理和总结实验数据,职称论文提交实验报告,培养学生的分析能力和创新能力,逐步向以“学生为中心”的自主个性发展模式转变。

3.组织专业教师网上指导与答疑,参与论坛讨论交流,及时批改实验报告,为学生顺利完成实验提供服务。在虚拟实验室中,教师应对学生提出的疑问尽快给出帮助和解答,并进行必要的指导。在实验室论坛上发表观点,提出问题让学生思考,使师生在虚拟实验室中有较强的互动性,教师应充当好学生实验的合作者和知识的建构者的角色。

4.对学生在虚拟实验室的表现及实验效果进行

评价。针对学生每一门课程的虚拟实验完成情况、实验报告、网上提问、论坛发帖的情况,给学生一个成绩和评价,反馈给学生,英语论文并与该课程的正常实物实验一起记入实验总分。教师也要在对学生评价的同时,征求学生对虚拟实验室的意见,对学生反馈的信息进行整改。

计算机网络虚拟实验室的建立,可以很好地解决目前硬件设备跟不上实验的要求、学生实验时间不够用等问题,对于提高学生的动手能力、分析问题和解决实际问题的能力具有非常重要的意义。但在具体应用中还要注意处理好“虚拟实验”和“实物实验”的关系,不能一味地强调虚拟实验,要“虚实”结合,既相互补充,又各有侧重,这样才能取得很好的实验教学效果。同时,在虚拟实验中要注意培养学生严谨的、一丝不苟的科学实验作风。

参考文献

[1]王嗣源.虚拟实验室建设的初步探讨.西安邮电学院学报,2005(4).

[2]蒋光明.基于互联网的开放式虚拟实验模型研究.西南师范大学学报(自然科学版),2002(3).