虚拟仪器系统

虚拟仪器系统（精选十篇）

虚拟仪器系统 篇1

现代典型的数据采集系统多采用上位机与下位机结合的主、从工作方式, 下位机主要用于采集现场数据和监控设备, 上位机一般用于对采集的数据进行图形显示、分析和生成试验报告等, 上位机与下位机之间大多通过RS232/485串口实现通信, 多路通道数据采集的在线与离线故障检测分析, 对软件系统提出了更高的要求。

基于这一模式和需求, 在Visual Basic平台上运用串口通信与数据采集卡, 对汽车制动试验台多参数性能检测进行实时监测及稳态、动态实时数据采集, 同时集成办公自动化、模糊推理及虚拟仪器等技术, 提高了试验检测的自动化和智能化水平, 方便了数据的采集和处理。

1.方案设计

系统的总体设计采用PC-DAQ方案, 通过多传感器采集和数据融合, 并配以PC平台和虚拟仪器软件, 构成车辆制动性能的各种数据采集控制仪器和系统, 其结构框图如图1所示。

虚拟仪器是在以计算机为核心的硬件平台上, 由用户设计定义虚拟面板、检测功能的一种计算机仪器系统。虚拟仪器的实质是利用计算机接口设备完成信号的采集、测量和调理, 利用计算机强大的软件功能实现数据的运算、分析和处理, 利用显示器的显示功能来模拟传统仪器的控制面板, 以多种形式 (如数值显示、仪表盘或棒条显示、实时或历史曲线显示等) 形象、直观地表达出检测结果, 从而完成各种检测和控制功能。

1) 硬件系统设计

汽车制动系统性能检测系统的硬件平台核心是工业控制计算机, 集中控制各传感器采集的信号、分析计算、数据存储、打印和报警等功能。外围硬件是各种传感器、信号调理电路、多功能数据采集卡等, 主要实现信号的采集和处理功能。

这些信号采集和处理硬件的性能和功能直接影响虚拟检测系统的测试速度和测试精度。信号调理电路主要由整形电路、滤波电路、阻抗变换电路、电压控制放大电路和触发电路组成, 其中信号放大电路是信号调理电路的核心, 它将输入信号放大成0～10V的信号, 从而控制整个调理电路的通频带宽和幅值并降低噪声, 使信号能被后续的多功能数据采集卡所接收。

考虑到采样频率、输入精度和A/D转换速度与分辨率等技术指标, 采用PCI1713高速数据采集卡及其外界的PCLD881B端子板, PCI总线控制。该采集卡在单端连接方式时有32路模拟输入通道, 在差分连接方式时有16路模拟输入通道。

2) 软件系统设计

虚拟仪器是一种将计算机技术与仪器技术有机结合, 由计算机控制的模块化仪器系统, 即将先进的信号处理算法、数据库技术和办公自动化技术应用于虚拟仪器的设计与集成, 系统主程序流程如图2所示。系统开发平台选用简单易学、高效的可视化Visual Basic软件。

VB软件采用的是基于文本语言的程序代码编程语言, 对于灵活驱动通用虚拟仪表控件、调用试验报告 (Word文档) 、数据报表 (Excel文档) 以及用于通道指定标定等的Access数据库、模块化检测开发等方面具有更为灵活的优势以及更快的开发进度。

VB软件不但提供良好的界面设计能力, 而且具有强大的串行通信功能, 适用于对系统稳态数据的采集, 但在对多路数据的高速动态采集时存在一定的不足, 尤其是当上位机与下位机进行频繁的数据通信时, 上位机往往会因忙于数据的收发而不能实时地响应用户的操作, 使得系统反应迟缓, 影响系统的正常工作。针对这一问题, 本设计采用中断调用技术实现多路A/D高速实时数据的采集。

该系统的软件采用分层模块化设计方法, 整个测试软件分为上、下2层, 上层为主控模块, 下层为各测试项目的检测功能模块。主控模块与各测试项目的功能模块均为可独立运行的系统, 2层之间通过公共系统数据库进行数据交换。

2.检测参数及数据处理

检测过程中以时间步长采样, 获得的测量参数是离散的数据点。为了获得车辆制动性能的多个评价参数, 并反映车辆在制动过程中的动态状况, 对离散信号进行曲线拟合, 并利用数值积分和数值微分算法获得位移和制动减速度的动态变化情况。

(1) 车速:采用周期法进行车速脉冲的测量, 根据车速传感器对应的计数器值计算出实际车速:

式中:V为实际车速;f0为基准参考时钟频率;m为车速传感器脉冲当量;μ为传感器参数;C为车速传感器对应的计数器值。

(2) 位移和制动距离:利用复化New-Cotes公式求解采样点的车辆位移, 位移的公式为:

式中:T为制动时间;n为NewCotes公式的点数。

(3) 制动减速度:当采样区间无限减小时, 三次样条函数及其一、二阶导数均收敛于被插函数及其一、二阶导数, 故用样条函数的导数近似车速在各采样节点的导数, 以节点处被插函数的二阶导数为参数来构造车速的三次样条插值函数, 则制动减速度为:

其中:

(4) 平均制动减速度:充分发出的平均制动减速度 (MFDD) 的计算公式为:

式中:V为试验车的制动初速度, Vb为0.8V试验车车速, Ve为0.1V试验车车速;Sb为试验车车速从V到Vb的行驶距离, Se为试验车车速从V到Ve的行驶距离。

(5) 制动踏板力:检测过程中获得的制动踏板力信号波动较大, 没有整体趋势效果, 因此采用最小二乘法进行曲线拟合。n个数据点 (tl, Fl) 的m-1次拟合公式为:

拟合多项式次数增加, 会使运算时间增加, 但拟合精度未必提高, 因此试验过程中选择合适的拟合次数即可。

3.结束语

当运行系统进入汽车制动性能检测的仪器软面板, 可以进行检测项目的选择、输入/输出信号的采集与显示、检测结果的输出, 还可以实时显示左、右两侧车轮制动力的动态变化曲线, 以及对被测车辆的制动系统做出是否合格的性能等级鉴定。将检测系统应用于现场测试, 得到了制动性能的主要评价参数及车辆位移、制动减速度随时间的变化曲线, 基本上能够反映车辆的动态状况。

该系统是一种基于虚拟测控模型的分布式测控系统, 硬件设计简单合理, 软件采用Visual Basic开发, 实现了系统的绝大部分功能, 充分体现了“软件就是仪器”的设计思想。经实车测试证明, 该系统完全能够满足汽车制动力检测的动态要求, 具有较高的可靠性。

虚拟仪器系统 篇2

为了及时准确监视飞机运行的设备状态,设计开发了将高速数据采集卡、高频任意信号发生器与工控计算机等集成的虚拟仪器系统.该系统使用虚拟仪器技术,将更多的工作交付给软件,减少操作人员的`劳动强度.

作 者：敬良胜 作者单位：四川纵横仪器有限公司,四川,成都,610041刊 名：西南交通大学学报 ISTIC EI PKU英文刊名：JOURNAL OF SOUTHWEST JIAOTONG UNIVERSITY年，卷(期)：37(z1)分类号：V241关键词：虚拟技术 仿真 数据采集 飞机

基于虚拟仪器设计温度检测系统 篇3

关键词 虚拟仪器 温度检测 LabVIEW

中图分类号：TP274.1 文献标识码：A

温度（temperature）是表示物体冷热程度的物理量，微观上来讲是物体分子热运动的剧烈程度。温度只能通过物体随温度变化的某些特性来间接测量，而用来量度物体温度数值的标尺叫温标。它规定了温度的读数起点（零点）和测量温度的基本单位。

虚拟仪器测温系统是用虚拟仪器技术改造传统的测温仪，使其具有更强大的功能。通过LabVIEW软件实现虚拟温度测量系统，改善了工作条件，提高了精度，节约了时间，降低了成本。该系统的扩展性很强，可进一步扩充其功能，如实现对温度远程测控等。该系统构建测控系统的方法，可推广到类似的应用中，有着十分重要的现实意义。

本设计实现了一套在Windows平台下的基于虚拟仪器的温度自动化测试系统。该系统基于LabVIEW虚拟仪器软件能对温度进行实时显示，存储和报警。

1 绘制原理图

2 温度计及标签

鼠标右键，出现控件选项，在经典中选择经典数值中的温度计，控件放置到前面板设计窗口的合适位置。然后，用鼠标右键该控件，在弹出的选项中，单击显示项中的标签，将该控件的名称显示。再鼠标右键，出现控件选项，在新式中选择修饰中的标签控件，拖放到前面板设计窗口的合适位置，并输入文本“虚拟温度检测系统”。

3 报警指示灯及滑动开关

鼠标右键，出现在控件选项，在经典中选择经典布尔中的方型指示灯并拖放到前面板的适当位置，并编辑其标签为温度超过上限。鼠标右键，出现控件选项，在新式中选择布尔中的垂直滑动杆开关，拖放到前面板合适的位置。然后，用鼠标右击该控件，在弹出的快捷菜单中，单击显示项中的标签，隐藏该控件的标签显示。其他相关控件也可以这样设置。

4 系统主要功能

（1）该温度监测系统的数据由随机数模拟产生，当前温度值可实时显示。（2）可设置温度的上、下限，当温度超过上、下限时，有报警提示。（3）能统计分析温度的平均值和最大最小值，并能在华氏和摄氏温度之间转换。（4）温度的变化能在波形图上显示。如图2。

5 设计的数据指标

（1）由demo VI产生的温度可以在华氏和摄氏2种之间进行切换，其单位为℃，其温度范围在-20℃到60℃之间，其精度为4位；（2）温度上限设定值的范围为20℃到50℃之间；（3）温度下限设定值的范围为-12℃到12℃之间；（4）波形图表的纵标尺设置在-20到60之间；（5）温度超过温度上限或者超过温度下限时，LED警示灯亮否者LED正常灯亮。

参考文献

[1] 吴东成.LabVIEW虚拟仪器程序设计及应用.北京：人民邮电出版社，2008（12）.

[2] 林继鹏.虚拟仪器原理及应用.北京：中国电力出版社，2009（02）.

虚拟仪器系统 篇4

1 虚拟仪器的概念和特点

1.1 虚拟仪器的概念

虚拟仪器技术是基于PC的自动测试技术, 虚拟仪器自身不带任何仪器面板, 利用PC机强大的图形环境和在线帮助功能, 建立图形化的虚拟仪器面板, 完成对仪器的控制、数据采集、数据分析和数据显示功能。用户可以灵活地将各种计算机平台、硬件、软件和各种附件结合起来, 组成自己所需要的特定的应用设备。虚拟仪器技术在液压测试系统中的应用是未来液压测试的方向和趋势。

1.2 虚拟仪器的特点

虚拟仪器是建立在计算机技术和数据采集技术基础之上,与传统仪器相比, 虚拟仪器减少了硬件的使用,使测试误差大大减低, 同时也缩短了系统组建的时间, 降低仪器硬件开销, 因而降低了系统故障率; 虚拟仪器的测量输入信号只需要一个量化的数据模块,且可通过数据处理器将信号特性计算出来, 因此,可缩短测量时间和提高测试可重复性;虚拟仪器通过修改软件实现了用户自定义测量功能, 可测量传统物理仪器不可能测量的对象, 还可方便地加入或更换仪器模块, 便于测试系统扩展。

2 检测系统硬件构成

液压系统故障快速检测系统的功能是在各种工况下对液压系统的压力、流量、温度等参数同时进行检测,并进行分析,掌握其信号特征,为液压系统故障的鉴定试验和后续的故障诊断提供足够的数据。本系统采用笔记本电脑进行数据采集,利用USB总线进行数据采集和传感器的供电,主要由嵌入负荷阀的集成式传感器、美国NI公司的USB-6009数据采集卡、升压电路、信号转换电路等组成,系统硬件组成如图1所示。

2.1笔记本电脑

由于笔记本电脑USB接口的输出电压为5 V,最大电流为1 A。为了实现数据采集卡和传感器的电源要求,本装置使用2个USB接口,一个用于驱动USB-6009数据采集卡进行数据采集,另一个连接升压电路为传感器组提供12VDC电源。

2.2传感器

传感器选用美国Flo-tech公司生产的F6100系列传感器组,该传感器组装有一个压力传感器、一个温度传感器及一个内装负荷阀的涡轮流量计,每一个传感器有固化的调理电路,可将检测参数值变换为4～20 mA的输出信号。负荷阀用来进行安全阀设定压力测试以及液压控制阀和液压油缸的内泄漏测量。该传感器组在测试时只需一个接入点即可进行液压回路的压力、流量、温度等参数的同步测量,并测定液压泵或液压马达的容积效率。

2.3信号转换电路

由于传感器组中每个传感器都会传输一个4～20 mA的输出信号,USB-6009数据采集卡模拟输入通道的检测信号±5 V, 为将4～20 mA的传感器检测信号转换成0～5 V电压信号,采用MAX472和MAX951设计的信号转换电路,如图2所示。

2.4升压电路

传感器组采用12VDC供电,采用将USB+5 V的输出电压转换成12 V,为传感器供电,采用TPS61170设计的升压电路,如图3所示。

3 检测系统软件设计

系统软件采用面向对象的虚拟仪器开发平台LabVIEW软件开发。LabVIEW是NI公司开发的基于通用计算机的虚拟仪器开发平台。其图形化的G语言提供了简单友好的开发环境,使编程效率大大提高。

系统软件的主要功能是对所采集的液压系统的压力、温度、流量等参数数据进行转换、显示、处理、存储和故障的判断与报警等工作。主要包括检测参数的采集与显示、报警参数值设置、故障状态报警等功能,并可将检测数据和报警数据保存成数据文件。软件工作界面如图4所示。

4 检测系统使用

该系统采用Tee 测试法对液压系统进行检测,在使用中可通过管路接口附件串接或并接于液压系统中,通过调节负荷阀对液压元件的技术状况进行原位检测,采集液压系统的温度、压力、流量等参数,从而掌握液压元件的性能与工况,快速查找出故障部位以及评判出液压系统的状态性能。

5 结束语

本文研制的液压系统故障快速诊断系统利用笔记本电脑的USB接口进行数据采集并对传感器进行供电, 采用嵌入负荷阀的集成式压力、温度和流量传感器,系统结构简单,连接操作方便,便于携带和使用。系统采用LabVIEW编程,虚拟仪器界面清晰直观,具有实时数据采集、数据处理、数据分析、数据储存和数据显示功能,可以有效地提高液压系统故障检测与诊断的效率,为机械设备的现场检测与故障诊断维修提供有力的保证。

参考文献

[1]凌海风,高亚明,韩军.工程车辆液压系统检测仪的关键技术及实现[J].液压与气动,2006(5):24-26.

[2]任焱唏,杨小强,陈六海,等.便携式工程机械液压系统状态检测仪[J].建筑机械,2010(6):111-114.

[3]叶树江,张凌志,韩喜春.基于虚拟仪器的传感器测试平台[J].黑龙江工程学院学报:自然科学版,2009(4):1-3.

[4]陈锡辉,张银鸿.LabVIEW8.20程序设计从入门到精通[M].北京:清华大学出版社,2007.

[5]齐建民.基于虚拟仪器技术的电源自动测试系统[J].黑龙江工程学院学报:自然科学版,2010(4):63-66.

虚拟仪器系统 篇5

关键词：虚拟仪器;测试系统;伺服单元;伺服电机

Key words: Virtual Instrument; Measurement system; Servo Pack; Servo Motor

手机翻盖耐久性测试即将待测翻盖手机重复开合预设的次数，然后观察手机的各部分性能是否完好，这在翻盖手机的生产过程中是相当重要的一环。以往采用气动方式的系统运行速度较慢(约为每2秒1次)且操作界面不够友好。本文介绍的基于虚拟仪器技术的手机翻盖耐久性测试系统采用NI Motion 控制模块控制伺服电机进行驱动，运行速度可达到原来的4倍多且同时可对4部手机进行测试，而采用National Instruments公司的虚拟仪器(LabVIEW)进行开发，使操作界面非常友好。

在测试过程中操作人员针对每批不同型号的手机在初次测试时可使用微调功能将各个参数调整至理想值，并且可将这些参数存成相应的配置文件以备以后测试同样型号手机时使用，这样大大减少了每次测试时的重复操作，提高了系统的自动化程度。

1. 系统原理及概述

1.1 运动控制原理

运动控制的原理简单来说即由运动控制模块发出控制信号，如脉冲信号和模拟电压量等，这两种控制信号分别对应于位置控制模式和速度控制模式，伺服电机在相应的模式下接收到控制信号便能按照预定的方式运动。但是电机的运动存在误差，特别在模拟的速度控制模式下，因此需要电机发出编码信号反馈到运动控制模块，使运动控制模块能够根据实际的运动情况做出相应的补偿来消除累计误差，这一点对于本系统这样需要长时间连续运行的系统来说尤为重要。下图为运动控制的简单原理示意图：

1.2 系统概述

本系统利用NI Motion 控制模块对伺服电机运动进行速度控制，按照用户设置的参数驱动相应的拨片、拨杆控制手机翻盖的开合。整个系统框图如图2所示：

整个系统由两部分组成：运动控制部分和测试平台部分。运动控制部分由NI PXI控制器和运动控制模块NI PXI-7344发出运动控制电压信号V-REF，通过NI UMI 7764接至伺服电机驱动器。测试平台部分包括两套独立的平台，每套平台有一组电机控制4台待测手机翻盖的开合(见图3)。全部4台电机的控制信号分别由NI PXI-7344的4轴提供。每台电机上均有编码信号反馈至运动控制模块以形成闭环控制回路，另有Forward Limit和Reverse Limit信号反馈至运动控制模块用以确定系统的初始位置以及防止电机运动超出极限位置。

2. 硬件连接

硬件配线包括伺服单元与伺服电机的连接、运动控制模块与伺服单元的连接。其中伺服单元与伺服电机的连接有专用的电缆和相应的端子定义，与伺服单元和伺服电机的的类型有关。下图是运动控制模块与伺服单元的`连接以及限位信号的连接图：

图4 运动控制模块与伺服单元及限位信号连接示意图

3. 软件结构和功能

整个软件是在National Instruments公司的面向对象的图形化编程语言LabVIEW 7.1下开发完成的，从上到下分为三层：高层通讯层，中层运动控制层，以及底层的驱动程序和开发环境支持。

底层开发环境和驱动程序接口是由软硬件厂商提供的，包括LabVIEW 7.1图形化编程环境和运动控制板卡的驱动程序。中层的运动控制层是在LabVIEW环境下编程实现电机的运动控制，包括电机运动位置、速度以及对于本系统整体的运动流程。高层的通讯层是用于将用户设置的各项参数传递到运动控制层，同时将用户所需信息如当前运动速度、剩余时间等反馈到用户界面。

4. 基于虚拟仪器的操作界面

虚拟仪器系统 篇6

关键词：噪声；声卡；LabVIEW；监测；农业机械；系统研究开发

中图分类号： TP391.9 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2014）07-0402-03

收稿日期：2013-09-20

基金项目：国家星火科技計划（编号：2102GA690304）；江苏省淮安市科技支撑计划（编号：HAS2012046）。

作者简介：尹晓琦（1975—），女，江苏淮安人，硕士，副教授，主要从事通信与信号处理研究。E-mail：hy_xuebao2009@126.com。噪声是目前主要的环境污染之一，农用机械工作环境恶劣，产生的较大噪声对驾驶员的危害较大。拖拉机、农用运输车等在作业时产生的噪声可分为两大类：一类是机内噪声，如发动机、底盘等发出的噪声；另一类是作业时的外部噪声。对于农田植物来说，噪声能促进植物的衰老进程，增加呼吸强度和内源乙烯释放量，并能激活各种氧化酶和水解酶的活性，使得果胶水解，细胞被破坏，从而导致细胞膜透性增加，以85～95 dB的噪音对植物的生理活动影响较为显著。噪声监测的主要内容包括以下几个方面：（1）测量噪声的声压级以检验其是否符合国家制定的规范标准；（2）对噪声波形进行频谱分析，以了解噪声的频谱分布情况；（3）测量噪声源的声功率或声功率级，以了解噪声源的有关特性[1]。

LabVIEW是一种较好的图形化的虚拟仪器平台，它内置信号采集、测量分析与数据显示功能，将数据采集、分析与显示功能集中在同一个开放式的开发环境中[2]。计算机采集卡是信号记录仪器中的重要组成部分，主要起A/D转换功能。目前的主流数据采集卡都包含完整的数据采集功能，但这些卡的价格均比较昂贵；相对而言，同样具备A/D功能的声卡技术较为成熟，已经成为计算机的标准配置[3]。本研究采用声卡采集农业机械噪声监测与分析虚拟仪器系统，以期实现噪声声级数据的快捷及低成本传输。

2系统结构

农业机械噪声监测虚拟仪器系统的结构如图1所示，可以看出，该系统主要由噪声提取电路、A计权电路、有效值检测电路、声卡采集及虚拟仪器平台等部分组成。

首先，电容传声器将噪声转变成电信号，经过放大后送入进行频率滤波的计权网络，通过它进行声级（又称计权声压级）测量，具体按照GB/T 3222—1994《声学环境噪声测量方法》[5]和GB/T 14623—1993《城市区域环境噪声测量方法》[6]的要求，这里采用A计权网络；其次，由于在声学测量中，有效值反映声音的功率，因此通过有效值检波器将交流信

号转变为直流信号，并转换为直流信号有效值（MRS）；最后通过计算机声卡对噪声数据进行采集，利用Labview软件对噪声进行实时的波形显示，并进行数据存储、声级的显示和特性分析。

3噪声监测与分析系统

3.1声卡数据的采集流程

在LabVIEW环境中，LabVIEW提供了一系列使用Windows底层函数编写的与声卡有关的函数，这些函数集中位于All Functions目录下Graphics & sound下的Sound Ⅵ下[7]。在Sound Ⅵ下有两大模块Sound Input和Sound Output。声卡数据采集的流程见图2，Sound Input中关于声卡采集数据的函数有SI CONFIG、SI START、SI READ、SI STOP、SI CLEAR等，它们分别对声卡进行采集配置、启动采集、读取数据、停止采集、清空缓存数据[8]。声卡的参数设置由Sound Input模块中的SI CONFIG函数完成。

3.2系统实现

农业机械噪声监测虚拟仪器系统的程序框见图3，噪声评价采用等效连续A声级，声卡装置Realtek HD Audio的分辨率为16位。Labview软件通过Acquire Sound函数获取噪声数据，在前面板上实时显示噪声的波形，同时由Spectral Measurements函数对其功率谱特性进行分析，使用Amplitude and Level Measurements函数分析噪声数据的均方根值、最大值、最小值及直流分量等参数，并对噪声的分贝值进行计算和显示；另外由FFT Spectrum（mag-phase）子Ⅵ得出噪声的幅频和相频特性，并对声压值进行计算。

系统设计完成后，对农用拖拉机的机械噪声进行测试试验，测试及分析结果如图3所示。

图4为噪声监测的实时波形和参数显示窗口。由于人耳能听到的最高频率是20 kHz左右，根据采样定理，为了不发生频率混叠，设定采样频率为46.575 kHz，实际测得的噪声值为65.369 9 dB，声压为26.227 3 Pa，图4右侧为实际监测的噪声波形。

图5为噪声数据的特性分析窗口，主要包括噪声的功率谱密度、噪声的幅频特性和相频特性。由于系统采用了A计权的方式，能实际反映人耳对噪声中低频不敏感、高频敏感的主观感觉，从而较好地反映了人耳的实际响应。从图5-a中可以看出，噪声的功率分布主要集中在0～20 kHz的频率范围，只有小部分的功率分布在20kHz以上，符合实际人耳能感受的噪声范围；图5-b、图5-c分别为测试噪声的幅频特性、相频特性，幅度谱主要分布在0～5 kHz的低频段内，说明低频噪声占测试噪声的主要部分。

4结论

本研究所设计的农业机械噪声监测虚拟仪器系统可以实现噪声波形的实时监测，通过对其功率谱和频谱等特性进行分析，可对噪声值等参数进行计算和显示。该系统具有性价比高、抗干扰能力强、功能可扩展等特点，在农业机械噪声的实际测量中具有广阔的应用前景。

参考文献：

[1]刘砚华，张朋，高小晋. 我国城市噪声污染现状与特征[J]. 中国环境监测，2009，25（4）：88-90.

[2]陈锡辉，张银鸿. LabVIEW 8.20程序设计从入门到精通[M]. 北京：清华大学出版社，2007.

[3]孙爱晶，刘毓，马贺洲. 基于LabVIEW的声卡数据采集及滤波处理设计[J]. 自动化与仪表，2009，24（5）：45-47.

[4]孙晶华. 环境噪声监测仪的研制[D]. 哈尔滨：哈尔滨理工大学，2010.

[5]GB/T 3222—1994声学环境噪声测量方法[S]. 北京：中国标准出版社，1995.

[6]GB/T 14623—1993城市区域环境噪声测量方法[S]. 北京：中国标准出版社，1995.

[7]陈珺，黄用勤，王永涛. 基于虚拟仪器的实时数据采集系统的设计[J]. 武汉理工大学学报，2007，29（6）：122-124.

[8]孟武胜，朱剑波，黄鸿，等. 基于LabVIEW数据采集系统的设计[J]. 电子测量技术，2008，31（11）：63-65.

基于虚拟仪器的温度测量系统 篇7

热电偶是温度测量仪表中常用的测温元件,测温时,热电偶直接与被测对象接触,不受中间介质的影响,因此测量精度高。常用的热电偶从-50 ℃～+1 600 ℃均可连续测量,某些特殊热电偶最低可测到-269 ℃(如金铁镍铬),最高可达+2 800 ℃(如钨-铼)。另外,热电偶通常由两种不同的金属丝组成,而且不受大小和开头的限制,外有保护套管,用起来非常方便。所有这些优点使得热电偶成为工业上最常用的温度检测元件之一。

虚拟仪器是计算机技术和仪器测量技术相结合的产物,它充分利用计算机强大的运算处理功能,突破了传统仪器在数据处理、显示、传输、存储等方面的限制[1]。本文利用虚拟仪器平台,通过编写Labview软件对温度进行测量,可以减少硬件的重复开发,有利于系统的维护,也便于系统软件升级。

1 热电偶测温原理

热电偶测温基本原理是将两种不同材料的导体或半导体焊接起来,构成一个闭合回路。如图1所示。由于两种不同金属所携带的电子数不同,当两个导体的两个连接点之间存在温差时,就会发生高电位向低电位放电现象,因而在回路中形成电流,温度差越大,电流越大,这种现象称为热电效应,也叫塞贝克效应。热电偶就是利用这一效应来工作的。如果两个接点的温度相同,则不会产生电流。

图1中,由两根不同导线A和B组成电路,连接成的接点温度分别为t和t0,则电路中产生的热电势等于接点的电动势之差,如下式:

EAB(t,t0)=eAB(t)-eAB(t0). (1)

热电偶用于探测温度的一端称为“热端”,处于标准温度的一端称为“冷端”,国际公认的标准冷端温度为0 ℃,但是在工业现场,要将冷端温度处理成0 ℃不太现实,因此必须对冷端进行补偿。对于冷端温度为t1的情况,可按下式进行处理:

E(t,0)=E(t,t1)+E(t1,0). (2)

式(2)中,E(t,0)表示热电偶热端温度为t,冷端温度为0时的热电势;E(t,t1)表示热端温度为t,冷端温度为t1时的热电势,E(t1,0)表示热端温度为t1,冷端温度为0时的热电势,根据实际测试得到的冷端温度,查分度表可求得E(t1,0),E(t,t1)可直接测得,这样就可以求出E(t,0),再查分度表即可得到热端的温度。

2 系统硬件设计

系统硬件由热电偶、信号调理模块、数据采集卡、PXI机箱组成,如图2所示。本设计采用K型热电偶,使用温度范围为-200 ℃～1 200 ℃,其输出电压信号为mV级,因此,信号调理模块包括信号放大电路、滤波电路以及冷端补偿电路。热电偶测试的冷端补偿通常有两种方式:硬件补偿和软件补偿,本设计采用软件补偿的方式。

采用差动输入的方式将热电偶输出信号连接到仪表放大器上,热电偶满量程输出信号为100 mV,数据采集卡的输入电压范围为-10 V～10 V,因此设计仪表放大器的放大倍数为100。为了减少噪声,采用2阶有源低通滤波器对放大器的输出信号进行滤波,滤波器的截止频率为2 Hz。另外,为了抑制放大器的零点漂移,设置一个基准调节电路,将放大器的基准电压稳定在5 V,减小放大器自身引入的误差。电路原理图如图3所示。

金属的电阻随温度的上升而增加,利用此特性制成的传感器称为热电阻,很多材料可制作热电阻温度传感器,其中最常用的材料为铂,铂电阻的电阻率高、电阻与温度成线性关系、测温范围广、精度高。目前常用的铂电阻有两种:Pt100和Pt10,Pt100铂电阻在温度为0 ℃时电阻为100 Ω,100 ℃时电阻为138.51 Ω,Pt10在温度为0 ℃时电阻为10 Ω,本设计采用Pt100对冷端温度进行测量,将测得的冷端温度送给计算机,通过软件计算进行补偿。冷端温度测量电路如图4所示。

3 系统软件设计

系统软件采用Labview图形化语言进行编写,程序流程如图5所示。

为了消除冷端温度变化引起的误差,对每次采集的100个冷端电压值求平均,再通过公式将电压值转换为Pt100的电阻值,然后查找Pt100分度表将电阻值转换成温度值,通过查找分度表确定温度的方法存在较大误差,不能满足需要精确测量温度的情况,因此必须寻求更加有效的方法求解冷端温度。Labview自带功能强大的运算函数,包括曲线拟合函数。可利用函数(General Polynomial Fit.vit,位于数学-拟合面板)对Pt100的分度表进行二次拟合,得到一个二次方程:T=aR2+bR+c(T为温度,R为电阻值,a,b,c为拟合得到的结果),将R代入该公式即可自动求得温度值。计算出冷端温度后,通过查找热电偶分度表可得到E(t1,0),进而得到E(t,0)。同样,对热电偶分度表,也可以从中均匀地选出一组值进行二次拟合,作为温度查询程序。

得到热端温度后,根据预先设置的温度上限和下限自动判断是否在正常的范围内,如果超过温度上下限,系统会发出警报,若在正常范围内,则进行显示。另外,程序可以对采集得到的数据进行保存,数据格式为.tdms格式,并且可以对保存的数据进行查询和波形回放。

试验的结果表明,该软件通过简洁友好的界面,可以很好地对温度进行实时检测,用户可直接观察温度变化过程,并且可以对测试结果进行保存和查询。

4 结束语

本文基于虚拟仪器技术进行温度测量系统设计,系统结构简单,易于维护,并且有很强的通用性,系统硬件可以设计成标准模块,搭建新系统时可直接利用,软件可根据用户需求进行适当修改,整个系统可用于某些恶劣环境下的温度测量,具有一定的推广价值。

参考文献

[1]靖苏铜,赵福堂.基于Labview的热电偶温度测量系统[J].仪表与计量技术,2005(6):37-39.

虚拟仪器的电子测量系统分析 篇8

1 系统硬件组成

系统硬件组成分成三个部分:电源部分、信号部分以及测试部分。

电源部分是指在整个测试过程中提供高精度的电源, 保持在50m V以内, 电源纹波有效值小于5m V, 输出电流量在500m A以上。

信号部分使用DDS方波发生器, 由77E58单片机控制DDS芯片AD9850, 生成频率为5MHz、精度为1Hz可调节的方波。在此次研究设计中, 单片机以及测试系统之间利用串口保持通信, 自动测量的时序信号使用FPGA来实现, 使用这种方法产生的时序波形相对来说较为稳定, 容易实现。对于此次的研究设计, 采用一托四系统, FAGA的逻辑进行编程。

对于测试部分, 该部分将返回整个系统的测量值。使用GPIB总线与计算机相连进行通信, 不同的测量设备会发出不同的参数, 通过计算机发送不同指令进行相应的测量, 最终经过分析处理, 显示给用户, 同时还要根据产品的指标来进行最后评判, 得出结果, 若评判结果超出规定范围, 那么就需根据屏幕上的提示来进行调整, 如果在正常值范围内, 用户则把认可的数据存放在报表文件中, 并进行备份。该系统总体结构如图1所示。

2 系统实现难点

第一, 在实际控制过程中, 保证高速闭环控制的同时, 还要实现对大量数据有效的采集、存储、分析、处理工作, 对于一台计算机而言, 可能存在着诸多矛盾, 所以此次研究设计希望能够找到一个权衡点, 通过合理布局的方法完成系统设计的要求。

第二, 此次设计采用四托一的方式, 所以对于信号而言, 存在着一个共同问题, 即信号的接受。每一个产品的待测信号路都有很多种, 所以此次研究设计使用多片FPGA来进行扩展, 进而让信号实现同步锁存输出。

第三, 为了满足用户的需求, 采用高性能射频接插件, 将最终形成的信号直接发送到被测试的设备里, 然后用户通过手动的方法进行相应的连接。电源输出采用负反馈的方式供电, 保证稳定的电压值。

3 系统软件设计

考虑实际操作情况, 后台对环境参数的监控不能够过多占用CPU资源, 所以在此次研究设计中采用VB中的Timer控件, 为监控进程分配尽可能少的时间, 每隔一分钟进行一次监控操作。如果发现参数超出了误差可控制的范围时, 就需要人工进行参数的设置, 进而让参数快速返回到之前预设值。系统使用小型的Microsoft Access数据库进行备份, 采用基于ADO.NET编程技术进行编程, 数据库引擎为Microsoft jet 4.0OLEDB Provider, 实现对数据库的搜索、修改、删除等操作。在卡板的控制上, 在VB6中采用Active X DLL编程技术, 生成Active X DLL文件, 同时发布相应的COM组件, 最终在VB.net中调用, 解决关键的通信问题。

4 结语

虚拟仪器是在现代计算机软件技术、通信技术以及测量技术高速发展背景下, 研发出的一种先进技术, 虚拟仪器的出现, 使得现代测量技术进入到一个全新的电子自动化模式。虚拟仪器的电子测量系统已经在很多领域被广泛使用, 因此探讨基于虚拟仪器的电子测量系统如何运作具有现实意义, 本文介绍了一个基于虚拟仪器理论、利用计算机控制标准实现电子测量的研制系统。

摘要：采用高效的优化反馈控制和分时检测方法进行研究, 设计在安全性能上有了更好的保证, 与此同时, 也给用户提供了非常有效的监控平台, 最终的控制精度能够符合硬件组成的具体标准。系统已经通过了用户的检查以及验收, 并且现已开始使用, 通过用户反馈情况来看性能优良、数据准确, 极大减少了人们的劳动强度, 进而降低了企业生产成本, 提高经济效益。

关键词：虚拟仪器,电子测量,系统软件设计,系统实现

参考文献

[1]韩同彬, 刘洁瑜, 汪立新, 等.基于虚拟仪器转动平台自动化控制系统[J].兵工自动化, 2009, (03) :67.

[2]戴文, 陆强, 林青.基于Lab VIEW的热处理炉测试系统[J].电子测量技术, 2014, (06) :34-37.

[3]方兴, 李景文, 唐智.基于虚拟仪器的控制指令码自动测试系统[J].电子测量, 2015, (07) :98.

[4]陆强, 戴文.基于Lab VIEW的环境试验设备温湿度检定系统[J].电子测量技术, 2014, (07) :45-46..

[5]方昌始, 赖玉斌.虚拟示波器在电力电子变流技术实验中的应用[J].电子测量技术, 2014, (08) :71-73.

[6]秦伟伟, 杨建业, 马通.基于PXI总线技术的惯性仪器通用测试系统[J].电子测量技术, 2015, (08) :88-90.

[7]蒋焕文, 孙续.对设置《电子测量》课程的考虑与实践[J].高等学校电工课程教学工作通讯, 1982, (02) :36.

[8]安海.EWB软件在电子测量应用中的效果研究[J].中国高新技术企业, 2008, (12) :56-59.

[9]王文华.《电子测量》教学的几点体会[J].职教论坛, 2003, (06) :22-25.

[10]尹晓落.电子测量实践教学研究[J].电子世界, 2014, (04) :65-67.

[11]杜春玲.现代电子测量中最佳测量方案的选择[J].电子测试, 2014, (15) :77-79.

虚拟仪器实验管理信息系统的研究 篇9

对于虚拟仪器, 属于跟踪测量装置, 测量与具体的实验阶段, 积累了一定相关信息。而我们通过分析这些信息, 那么对现阶段的虚拟仪器, 能够充分实现开发研究。一直以来, 如果一味通过人工进行操作, 那么对于这样的管理方式, 不仅效率上比较低下, 而且在保密性上也比较差, 对于数据资源, 难以充分实现共享。一方面查找更新维护难以开展, 另一方面可能导致信息管理的过程中, 出现一定程度混乱。利用较为先进的软件, 对于实现信息等方面, 利于开展管理。同时还能够有效的进行数据处理, 并且对于相关的实验设备, 或者人员等方面, 能够充分落实各项管理。

1 需求分析

明确开发究竟存在何种目的, 然后在此基础之上, 予以科学有效的需求分析。虚拟测试实验开展阶段, 究竟存在怎样的构成, 应该充分了解。这样才能为系统合理有效开发, 充分做好准备[1]。对于测试实验, 应该不断完善整个系统。对于实验系统, 教学实验方面, 可开展相应的23 组。在系统运行过程中, 数据流动处理等方面, 我们通过分析, 能够构建数据流图。

2 系统设计

2.1 系统功能分析

根据相关的瀑布模型, 我们一般遵循自上而下的相关原则, 开展总体性设计规划。模块化设计下, 作为科学有力的指导。然后我们将大的系统, 进行有效的划分。不仅包括设备管理, 而且涉及实验管理[2]。同时对于人事, 也应进行科学有效的管理。各自开展管理过程中, 通常由于在对象方面有所差异, 因而也会具备不同的特点。因此我们结合实际将现有的各大模块结构, 进行一定程度的细分, 也就是下级模块。方便广大用户, 能够及时进行操作, 见下图1。

2.2 数据库设计

需求分析的顺利开展, 我们能够得出一定结果, 因此我们可以充分得知, 对于虚拟测试实验, 在开展相应的管理过程中, 一般情况下包括两种类型数据信息。其中一类数据, 能够予以科学有效的编码管理, 因而属于通用信息。对于这样对象而言, 其所具备的属性项上, 从本质上来讲是相同的。能够对其予以编码, 科学有效开展管理。但是对于另一类数据, 通常根植于具体实验, 属于动态数据范畴。按照实验特点的不同, 因而具体表现也不同, 应该单独对其予以记录。

3 系统实现

系统进行开发的过程中, 需要结合当前的实际特点合理选择工具。一般性客户端, 选择C++ 工具即可, 主要针对系统界面, 以及应用程序等。通过ADO技术, 对数据库整个系统, 能够有效的开展访问。

3.1 系统功能模块

用户启动系统阶段, 系统登录这一重要性模块, 首先被充分的调用, 验证用户资料。而用户方面的信息, 以及相应的访问权限, 通常情况下应该由管理模块负责, 力求系统能够更加安全。实验管理阶段, 一般是系统的核心。涵盖了实验指导等方面的内容, 以及相应的实验信息编辑, 对数据进行科学有效的分析, 还有试验信息方面的管理。通常来说对于这四部分, 全部属于较为重要的内容。所谓实验指导, 通常是指提供教学实验意见, 掌握实验开展的过程中究竟存在何种目的, 以及实验究竟需要用到哪些装置, 同时学生也应该充分掌握相关的原理和方法[4]。对于最终得出的实验结果, 也能展开科学有效的分析。对于实验信息, 一般以向导等有关方式, 能够充分指导广大用户。信息一旦得到成功添加, 借助统一的框架结构, 进行相应保存。用户能利用相关信息管理功能, 予以相应的查询, 同时也可以进行及时的删除, 对信息进行排序, 或者其他等一系列操作。在数据库中, 尤其是那些已经保存的数据, 在虚拟仪器等相关设备中, 通过科学有效的分析, 或者说通过本系统, 予以一定程度的离线分析。

对于设备管理, 一般涵盖硬件方面的管理, 还有设备信息方面的查询。对于硬件管理这一重要部分, 通常来说主要负责进行维护。对于设备信息来说, 普遍已进行编码, 并且被有效存储, 避免了手工方式进行收入, 因而能够大大降低工作量, 信息更加准确。

3.2 应用实例

简支梁传函为基础, 争取通过验证, 让学生能够更加有效的学习, 充分掌握传递函数。数据一旦成功保存, 利用数据分析这一重要模块, 我们能够对于相关的数据, 予以科学有效的离线分析。在虚拟仪器之中, 就能够落实好各项分析。并且通过这样的方式, 对数据方面的记录, 也能予以科学有效的离线分析。

4 结语

一直以来, 如果一味通过人工进行操作, 那么对于这样的管理方式, 不仅效率上比较低下, 而且在保密性上也比较差, 对于数据资源, 难以充分实现共享。虚拟仪器下, 有利于实验方面的科学有效管理。

参考文献

[1]毕晓东.全新课件开启电子电路实验教学新篇章——RIGOL、NI及北京信息科技大学联合发布电子电路虚拟仪器实验课件[J].电子技术应用, 2012, (7) :1.

采用虚拟仪器技术加快测控系统发展 篇10

关键词：虚拟仪器,数据采集,Lab Windows/CVI,继电器盒

所谓虚拟仪器就是伴着计算机技术、电子仪器、现代测量技术的发展而产生的一种新仪器, 它基于计算机的基础加上专门的设计硬件与软件, 不仅拥有和传统仪器的操作面板还具有传统仪器所不具备的特殊功能。虚拟仪器是利用一种新型的观念设计和发展的仪器, 它主要是依靠高性能的模块化硬件以及比较高效灵活的软件来完成自动测试、仪器设计、历程制约、自动化以及数据浅析的应用。它依赖于计算机平台, 根据用户的要求来自行设定功能, 并且充分利用计算机上最新的技术完成和发展传统仪器的功能, 它把仪器的硬件软件化, 因此虚拟仪器标志着当前测试仪器的其中一个发展方向。

1 虚拟仪器的组成和特征

1) 虚拟仪器的组成。虚拟仪器的组成主要是对以硬件电路设计、软件设计两方面的进行考虑。就目前我们所需要完成的测试设备而言, 硬件电路的设计通常都是要选择各种现有的具有不同功能的板卡和信号调理板来建立。只要将拥有一种或者多种功能的板卡与信号调理板结合在一起组件起来这就能组成不同的虚拟仪器;

2) 虚拟仪器的特征。虚拟仪器的概念突破了传统仪器的概念, 它是计算机和仪器仪表相互结合的产物。和传统仪器相比较, 虚拟仪器具有高效的灵活性, 计算机用户可以根据自身的需求来改编软件达到重新定义功能的目的。对于虚拟仪器而言, 硬件和软件都具有模块化、开放化、可循环利用以及互换性等特征。虚拟仪器的核心是软件, 并且用户可以根据需要来定义仪器功能。

2 在实际测控系统中虚拟仪器的应用

1) 在航空机载电子测控系统中虚拟仪器的应用。对于航空机载成件来说测控系统具有非常重要的作用, 它不仅可以提升与完善测控系统的精度, 同时还可以对整个飞机性能进行测试和浅析。主要是对各种虚拟仪器的各款继电器盒、开关盒的测试系统进行测试。同时利用数字采集板和开控机在Lab Windows/CVI开发平台上完成对整个测试的电压收集、同时存储和分析各型继电器盒的逻辑状况和延续时间的输出。

(1) 虚拟仪器的测控平台在测试系统中的运用时主要利用的几个关键技术。为了提升软件测试的用时采用系统时钟的方法。在测试的过程中想要获得更多的继电器时间有两种方法, 一是利用定时器或计数器板来完成专门的计数, 另一种方法就是利用系统时钟来完成计数。因为所测试的时间要求误差在20%, 而所需测试的时间又为秒级, 所以采取系统时钟的方法来计数是完全可以完成的, 这种方法不仅可以节约实施的成本还可以选择没有多配置一个槽的计算机, 这样就可以节约空间; (2) 把数据库管理技术运用到测控系统中来。基于Lab Windows/CVI开发平台可以很方便的利用NI公司研发的SQL工具包, 使得大批量的测试数据能够以数据库的形式来完成形式查询和存储。同时在测试系统中通过对产品进行设置名称、时间、检验者等文字来进行保存, 进而完成一份完整的履历记录, 工作人员完全可以通过查询时间完成对产品的调出, 这就避免了很多管理上的不便之处, 而且大大的提高了工作效率; (3) 在打印表格时可以调整Active X自动化变成技术来完成。Active X自动化是一个可以将一个运用程序和其他运用程序相结合来共同策略的。所以可以通过Lab Windows/CVI提供它的控件对表格直接进行调用, 同时运用控件提供的函数对表格进行操作, 用数据读取测试数据, 然后转换填表, 最后自动产生产品的履历表并且进行打印。

2) 虚拟仪器的和一般仪器的控制台进行对比。虚拟仪器采用的Lab Windows/CVI开发的工具可以使不同的信号同时使用在一个程序中, 这样就实现了信息采集和保存的便利性。和虚拟仪器的测控平台相比较, 继电器盒测试系统过去运用的Visual C++开发的测试平台与之有很大的差异。第一使用Lab Windows/CVI开发的测试平台系统比使用Visual C++开发的测试平台系统更加简单方便。因为Lab Windows/CVI开的测试平台具有其交互式的特点, 所以对设计出非常实用的直观且功能较强的测试程序的人员来说是非常容易的。用Lab Windows/CVI开发出的虚拟仪器的测试平台不仅可以节约开发的时间就爱可以增强测试软件的性能。由于通过Lab Windows/CVI开发出的虚拟仪器的测试平台软件代码编制拥有模块化的特点, 所以可以运用一种全新的制约算法只是需要转换与之相应的算法模块就可以了, 这样还可以缩短开发时间同时提升了编程效率。

3 结论

软件开发通过专业的测控工具Lab Windows/CVI开发平台, 利用提前选择的具有多功能的数据采集卡以及信号调理电路构成了自动测试系统, 最终实现了数据的采集、浅析及处理。这样不仅可以使整个的测控系统即经济且便于操作, 而且还非常有利于改善与功能扩展。Lab Windows/CVI虚拟仪器技术在测控领域的应用非常广泛而且具有非常好的前景, 这是非常只得我们进行进一步的研究、探讨以及推广的。

参考文献

[1]张晶.浅谈LabVIEW在测试测量领域的应用[J].农业与技术, 2011 (3) .

[2]张立辉, 李君兴.基于LabVIEW的犁体六分力测试系统研究[J].安徽农业科学, 2011 (29) .

[3]朱静, 杨晓京, 张成心, 杨菊, 王维.基于LabVIEW的电子鼻设计与优化[J].安徽农业科学, 2011 (25) .