虚拟测试技术

虚拟测试技术（精选十篇）

虚拟测试技术 篇1

传统的测试系统,在自动化程度、通用性和使用复杂程度等方面,已难以满足对繁杂电路系统测试的需求。而虚拟仪器的出现为我们开发新型通用测试仪器系统提供了重要的方向。因为虚拟仪器是一种以计算机作为仪器统一硬件平台,充分利用计算机独具的运算、存储、回放、调用、显示以及文件管理等功能,同时把传统仪器的专业化功能和面板控件软件化,这样不但可以构成与传统硬件仪器功能一致的仪器,同时又可以充分享用计算机智能资源而组建功能集成化程度更高的全新仪器系统,以满足对繁杂电路系统测试的需求。

2 系统的设计与实现

2.1 总体设计思想

本系统主要是将传统的通用信号发生器与通用测试仪的功能通过LabVIEW这个软件开发平台实现功能的高度集成,开发一种新型通用自动测试系统,用户由此便可从繁杂的测试仪器的设计与开发中解脱出来,专注于电路板的测试任务。其总体框图如图1所示。

首先由测试系统产生激励信号通过数据采集卡输出给被测系统,然后采集响应信号,再由测试系统进行各种数据处理和分析。而用户只需进行简单的面板设置操作就可以达到测试目的,可以极大地提高工作效率,降低用户完成测试任务的难度。

目前的虚拟仪器设计仅针对特定的测试对象和任务,所设计的虚拟仪器通用性、可互换性差,难以适应大型复杂测试任务的要求。如果被测对象或测试任务发生改变,则虚拟仪器软件的可重用性就几乎为零。为了改变现行虚拟测试仪器及系统的设计模式,我们借鉴LabVIEW面向组件的设计(LCOD)思想,采用一种虚拟集成测试系统设计的新方法,即通过分析常用的测试需求,总结出其共性,开发出各个测试功能组件,从而实现虚拟集成测试系统的设计和集成。

根据自动测试系统的总体框图,通过具体的分析,我们主要开发了三种组件:驱动组件、激励源组件和数据处理组件。其中驱动组件主要完成的是数据采集卡的驱动功能,实现信号的输入和输出,主要包括:模拟输出驱动、模拟输入驱动、数字输出驱动和数字输入驱动;激励源组件主要完成的是产生各种测试信号的功能,主要包括模拟信号发生器和数字信号发生器;数据处理组件主要完成的是对采集来的各种响应信号进行各种分析、显示和存储等功能,主要包括示波器、数字滤波器、频谱分析仪、逻辑分析仪、阻抗分析仪、传递函数分析仪、相关分析仪和统计分析仪。其总体框图如图2所示。

2.2 激励源组件设计

在电子技术领域中,往往需要使用各种频率、波形、幅度的信号源来激励各种模拟系统和数字系统;而在调试和测试一些系统参数时,还必须知道激励信号的特性;要评价任意一个网络或系统的特性,必须外加一定的测试信号,其性能方能显现出来。能产生以上特性的激励信号的电子仪器,称之为信号发生器。根据信号类型的不同和实际的需要,我们主要开发两种信号发生器:模拟信号发生器和数字信号发生器。

(1)模拟信号发生器的设计。

本模拟信号发生器中,包含了多种信号类型:直流信号、正弦波、三角波、锯齿波、方波、函数波形、任意波形和坡型信号。其流程图如图3所示。

(2)数字信号发生器的设计。

本数字信号发生器将布尔数组转换成数字波形,利用For循环的自动索引功能构成一个时序的波形,其控件同样打包成簇的形式。其流程图如图4所示。

根据LabVIEW中组件的基本结构,我们将模拟信号发生器和数字信号发生器这两个子VI通过Case Structure集中在一起,由枚举控件来选择用户所需要的信号发生器,从而实现信号发生组件的设计,其流程图如图5所示。

2.3 驱动组件设计

LabVIEW提供了仪器驱动库,它在功能模板→Instrument Drivers子模板中。在这个程序库中,有许多VISA仪器驱动程序模板。利用这些仪器驱动器,用户可以很容易地控制各种仪器。尽管NI公司不断扩展新的设备驱动器,但不可能包括所有需要设备的驱动器。所以,当某个设备接口找不到相应的驱动器时,我们必须自行开发驱动器。

实验中根据需要我们共编写了四种驱动程序:模拟输入驱动、模拟输出驱动、数字输入驱动和数字输出驱动。并将这四种驱动程序通过Case Structure集中在一起,由枚举控件来选择用户所需要的驱动程序,从而实现驱动组件的设计,其流程图见图6。

2.4 信号处理组件设计

一个测试系统通常由三大部分组成:信号的获取与采集、信号的分析与处理、结果的输出与显示,其中信号分析与处理是构成测量仪器必不可少的重要组成部分,是实现测试功能的基础。

在虚拟仪器系统中,信号的获取与采集以及结果的输出由以计算机为核心的硬件平台完成。根据实际需要我们开发了虚拟示波器、数字滤波器、频谱分析仪、阻抗分析仪、传递函数分析仪、相关分析仪、逻辑分析仪和概率统计分析仪等虚拟仪器。根据LabVIEW中组件的基本结构,将上述仪器的子VI通过Case Structure集中在一起,由枚举控件来选择用户所需要的虚拟仪器,从而实现信号处理组件的设计,如数字滤波器,其流程图如图7所示。用户可以根据需要选用相关的虚拟仪器来完成某项具体的测试任务。

2.5 通用自动测试系统的设计

由于本系统采用基于面向组件的设计方法,已经开发了三种基本的组件:信号发生组件、驱动组件和数据处理组件。如何将这三种组件搭接在一个系统内,实现最终的通用自动测试系统是关键问题。通过不断地开发和改进,我们最终确定以LabVIEW同步运行控制技术中的Queue(队列)技术实现搭接。Queue结构是一种先进先出(FIFO)的结构。利用Queue技术,可以将一个有序的数据从一个应用程序中传递到另一个与之相独立的并行运行的应用程序中。图8是最终搭接方法的流程示意图。

3 结束语

本通用自动测试系统设计中融入了当前虚拟仪器技术和LabVIEW中面向组件的设计思想,使测试系统具有了强大的功能,开发了以下虚拟测试仪器:示波器、数字滤波器、频谱分析仪、相关分析仪、阻抗分析仪、传递函数分析仪、逻辑分析仪和统计分析仪,同时开发了模拟信号发生器和数字信号发生器等激励源。本测试系统为用户预留了很大的空间,用户可以根据自己的需要随意选择测试仪器,由此便可从繁重的测试系统组建中解脱出来,专注于电路板的测试任务。因此本测试系统极大地方便了用户使用,在电路测试领域具有一定的参考价值和使用价值。

摘要：将传统的通用信号发生器与通用的测试仪的功能通过LabVIEW这个软件开发平台实现功能的高度集成,开发一种通用自动测试系统。以计算机和数据采集卡为基本硬件来实现激励信号的产生和响应信号的采集,本系统采用软件工程中面向组件的设计思想,从而使繁琐的编程过程转变为组件的开发和搭接两个步骤,同时采用严格数据类型的枚举控件,极大地提高了系统的可重用性和可扩展性。同时利用LabVIEW中同步控制技术中的Queue技术来完成通用自动测试系统组件的搭接,从而实现了信号源和测试仪的集成,由此避免了数据的丢失。

关键词：虚拟仪器,组件技术,测试系统,LabVIEW

参考文献

[1]刘祥楼,吴贺.基于LabVIEW新型虚拟函数信号发生器的开发[J].化工自动化及仪表,2005,32(6):65-67.

[2]刘祥楼,吴贺,王永涛,等.基于LabVIEW环境的VI-1型虚拟测试系统的开发[J].化工自动化及仪表,2007,34(2):76-78.

虚拟测试技术 篇2

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、CDMA、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(Enhanced Data rates for GSM Evolution)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：

NI PXI-8186

2.2 GHz Intel奔腾4处理器的嵌入式PC，预装Windows XP操作系统

NI PXI-5660

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

NI PXI-5670

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

NI PXI-5122

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

NI PXI-4070

6位半数字万用表，6 ppm精度

其中，NI PXI-5660被用作矢量信号分析仪，NI PXI-5670被用作射频信号源，NI PXI-5122被用作示波器，NI PXI-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。

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基于虚拟仪器的测试技术融合性教学 篇3

关键词：虚拟仪器 测试技术 融合性教学 信号分析与处理

为了使学生更好地学习“测试技术”这门课程，很多学校针对这门课的传感器与敏感元件的工作原理及其应用这部分教学内容购置了相应的教学仪器，安排了许多传感器性质认知的实验，使学生能够亲身体验到使用传感器测量物理参数的过程。但是对于信号的采集和分析处理，特别是从信号的时域分析变换到对信号的频域分析这部分教学内容，涉及的名词较多，理论性较强，概念也极为抽象，使得这部分内容成为了“测试技术”课程的教学难点。为解决这个难题，利用虚拟仪器强大的信号产生和分析函数和方便直观的面板控件，让学生能够像对传感器性质认知那样通过做仿真实验，直观地理解信号的组成、信号的频域分析、加窗处理和相关特性分析等核心知识点。

不同于一般的由教师编写好仿真软件后让学生运行软件做实验，为了使学生更好地理解实验原理，掌握信号的分析方法，就要让学生参与到仿真实验软件的设计中来，这样既可通过实验帮助学生掌握理论知识，又教会了学生利用虚拟仪器软件分析学习中遇到的问题，锻炼了学生对知识的应用能力，达到更好的实验效果，实现了“融合性教学”，将理论知识和软件工具的使用同时教给学生。

一、循序渐进将对信号时域分析转换为频域分析的仿真实验设计

仿真实验的设计思想是在让学生自己完成仿真软件编写的同时，还要理解和体会软件本身所展示的理论知识，因为软件编写的过程也是对课堂理论知识学习的过程。但是在这之前大部分的学生并没有接触过虚拟仪器，因此要使学生在短短的2个学时内，既要完成实验软件的编写，还要理解和完成实验内容是有一定难度的。但是随着计算机的广泛普及，如今的学生对计算机及软件编程的相关概念如建立一个工程、文件管理和编辑、控件、库函数等相关概念并不陌生。美国NI公司的虚拟仪器Labview软件开发平台，具有强大的界面设计控件库和函数库，采用图形化编程，只需循序渐进的加以引导，就能让学生在很短的时间里掌握一些简单的虚拟仪器程序（以下简称vi）的编写。

实验从设计最简单的虚拟信号发生器入手，让学生既体验了vi的设计过程，又能直观的了解到幅值、频率及相位等参数对改变信号波形的影响。

（1）首先，带领学生图设计一个如图1所示的虚拟信号发生器vi，在这个vi中第一步要指导学生如何在Labview的函数选择面板上选择“基本函数发生器”。其次，对于频率、幅值和信号类型控件只需将编程线圈分别移到“基本函数发生器”的“频率”“幅值”和“信号类型”三个引脚上选择创建三个输入控件即可，这样可省去控件选择和连线的麻烦。最后，在前面板指导学生找到“波形图”控件，并返回到程序框图面板，将“基本函数发生器”的输出端与“波形图”控件的输入端连接，图1所示的虚拟信号发生器vi就完成了。

（2）用同样的方法在图1（a）的程序框图上再添加2个控件和算子，就可方便的求出“均值”“均值方根”等时域波形的特征值（如图2所示）。

（3）有了前两步的基础，将上例程序框图面板中的“基本函数发生器”换成“公式波形”函数，删去“信号类型”连线及控件，在“公式波形”函数的公式引脚创建“formula”公式输入控件，就设计好了一个波形合成的vi。为了让学生将谐波与频域的频谱线对应起来，在“公式波形”函数的输出端进一步添加一个波形图控件和一个FFT频谱（幅值-相位）函数并连接，结果如图3所示。 这样通过以上三个步骤，一个波形合成与频谱显示的vi就编写完成了。这个vi的操作面板如图4所示。

根据推导，方波的富氏级数展开式如公式1.1所示，展开式表明方波是由各次谐波叠加而成的。

学生在做实验时只要将公式中的各次谐波逐项的输入到图4的波形合成公式（formula控件）中并运行，就可看到波形叠加合成的过程，并且可看到每输入一次谐波，频谱图上就多了一条谱线，这样就将时域的合成波形与频域的谱线对应起来，学生就不难理解信号的组成成分是由不同频率的谐波叠加而成的概念了。而且可以看到随着叠加谐波次数的增加，合成波就越接近于理想的方波。当谐波次数高到一定数值时，高次谐波对信号合成的影响忽略不计。

二、信号相关性质认知的仿真实验设计

信号相关性质认知的仿真实验设计思路，主要是体现通过展示所求相关函数的波形来说明自相关性质和互相关函数的性质。图5是求两个信号的自相关和互相vi的程序框图，图中采用2个“基本函数发生器”产生信号1和信号2的波形。分别采用Labview的“AutoCorrelation.vi”求信号1的自相关波形，用“CrossCorrelation.vi”求两个信号1和信号2的互相关波形，并且分别用2个波形图控件显示自相关和互相关的波形。

为方便观察，将信号1信号2的原始波形通过一个信号合并器放在同一个波形控件中显示。为使“AutoCorrelation.vi”和“CrossCorrelation.vi”进行相关计算更精确，在某些情况下需归一化。该vi提供偏差和无偏差两种归一化。分析时要注意将这两个算子vi的归一化端创建一个输入型的normalization枚举控件，并选择无偏差归一化进行相关计算，以保证计算波形的正确性。这个vi的前面板如图6所示。 通过在图6选择不同频率不同波形的信号1和信号2，可以观察到选择信号1不同波形时的自相关波形，和两个不同频率周期信号以及周期信号与随机信号的互相关函数为零的性质。

三、结束语

课堂教学的学时总是有限的，除了上述两个实验外，利用Labview还可以设计出如采样定理原理、窗函数与谱泄漏、信号的调制与解调等多种vi，来帮助学生直观的理解抽象的概念。

通过虚拟仪器软件上机实验，学生初步掌握了编写vi的方法，学生只要在自己的电脑上安装虚拟仪器软件设计平台，再给学生配以适当的讲义，学生便可自己完成以上vi的设计，这样既教会了学生使用虚拟仪器软件工具，又使得学生在编写一个个vi的过程中运用了课堂上所学到的理论知识，达到了融合教学的目的。

参考文献：

[1]熊诗波，黄长艺.机械工程测试技术基础[M].北京：机械工业出版社，2013.11.

[2]邹大鹏，吴百海，龙建军.广东工业大学学报（社会科学版）：基于虚拟仪器技术实现测试技术教学改革的研究[J].广东省广州市， 2007，（07）：104-106.

[3]蔡共宣.虚拟仪器技术引入测试技术教学的研究与实践[J].装备制造技术，（02）：170-171.

虚拟测试技术 篇4

《机械工程测试技术与信息处理》这门课程是机电类及机械制造及其自动化专业需要学习的重要专业基础课,是本科生后续课程和研究生课程的基础,它在专业课程体系中占有重要地位。本课程综合性和实践性都很强,是很多新技术新知识的综合,既有广度又有深度,加之学时少,内容抽象,使学生普遍反映该课程较难掌握。

为了取得更好的教学效果,填补实验条件的不足利用软件代替硬件的先进思想[1],创新实验小组开发了一组基于虚拟仪器的测试实验平台。

2 虚拟测试实验平台的构成

图1给出了虚拟电子实验平台的系统设计框图,整个实验平台由软件系统和硬件系统构成,过程原理包括,声音信号作为激励。

通过声卡对声音信号进行采集,然后利用软件实现课程中所学习的频谱分析和信号的滤波。频谱分析包括幅频、相频分析,功率谱密度分析,相关分析等,其次是信号的滤波,包括数字滤波器的设计,窗函数的选择等功能。

2.1 虚拟测试实验平台的硬件构成

一般构成虚拟仪器的基本硬件除了计算机以外,还需要一块数据采集卡,但数据采集卡一般价格昂贵,因实验经费的限制,不合适使用[2～5]。电脑声卡作为计算机声音输入输出的常用设备,通过麦克风(Mic)或线路输入(Line in)和喇叭(Speaker)录入与播放声音,可以作为数据采集和信号输出的设备,具备数据采集卡的基本功能,并且具有1 6位的量化精度、数据采集频率达4 4kHz,以声卡代替数据采集卡设计的虚拟仪器,能够满足学生进行电子实验与制作的基本要求。

2.2 虚拟测试实验平台的软件构成

平台有8个VI(在LABVIEW环境下开发的应用程序)程序,包括实验登录、管理员界面、学生界面以及4种实验仪器界面,分别是虚拟信号发生器、虚拟信号频谱分析仪、虚拟滤波器、虚拟调幅波解调器以上这些子程序共同构成了一个电子类试验教学平台仪器。

3 虚拟测试实验平台功能模块设计

LabVIEW具有3个图形化操作模板,用于创建和运行程序。这些图形化操作模板可以随意在屏幕上移动,并可以放置在屏幕的任意位置。图形化操作模板分别是工具(Tools)模板、控制(Contirols)模板和功能(Function)模板。工具模板主要用于VI的创建、修改和调试,提供用于图形操作的各类工具,对于声卡的控制操作,LabVIEW提供了声卡的相关子VI,当设定好声卡的音频格式并启动了声卡后,声卡就可以实现数据采集或者信号输出,采集到的数据通过DMA传送到内存中指定的缓冲区,当缓冲区满后,再通过查询或中断机制通知CPU执行显示程序显示缓冲区数据的波形。

3.1 虚拟信号发生与采集模块

虚拟信号发生器可以输出多种波形,替代硬件产生激励,如图2所示。当输入不同的产生波形的参数值时,会产生不同的波形记录,并且具有较宽的频率范围。

为了对信号进行滤波及频谱分析,首先要采集信号,在本实验平台中,利用电脑本身自带的声卡作为数据采集卡,通过耳麦对外部声音进行采集,采集信号的面板如图3所示。它可以自主选择采样频率,采样长度并设定采样通道,同时具有对信号实时监测的功能,如图4所示。

2.2信号分析与处理

该部分主要利用Labview中提供的信号处理分析函数,对一些教学中以理解的内容用形象的方式展示在学生面前,这不仅解决了传统实验装置少,且现代化程度不够的缺点,而且能加深学生对知识的理解。信号分析与处理模块主要包括信号的频谱分析、相关分析、功率谱分析功能,同时具有自设定数字滤波器模式,并进行直流分量消除。通过虚拟实验,可以了解信号的相关分析波形,学会利用各种形式的频谱分析对信号进行分析,并学会识别噪声信号。频谱分析具有幅频-相频谱、实频-虚频谱、功率谱分析功能,如图5所示,图6是采集的声音信号波形图。

分析仪设计了滤波模块,可以自己设定数字滤波器的形式,图7是对图6采集的声音信号进行数字滤波,所用的窗函数是矩形窗函数。

滤波后的波形图的幅值在同一频段上变小,说明某一频段上幅值大的信号被滤除掉了。

3结束语

本文所设计的电子实验平台可以使学生不分地点和场合就能进行虚拟实验,解决了因实验场地和设备不足而导致学生不能自主实验问题,这为学生提高学习兴趣,更深入地理解专业知识提供了很好的平台。

摘要：针对目前机械工程测试技术教学中,理论和实践不能有机结合的现状,提出通过创新实验,以软件代替硬件为理念,设计开发一套基于Labview的信号采集分析处理的虚拟仪器,仪器以电脑自身带有的声卡为数据采集卡,通过采集声音信号,与软件本身可以开发的各种激励信号一起,进行信号的数据采集与处理,利用该实验平台,可形象地实现信号的频谱分析、信号滤波等课程内的经典内容,该实验平台的开发不仅减少了实验经费,而且丰富了实验内容。

关键词：测试技术,虚拟仪器,实验平台,信号处理

参考文献

[1]孔凡平,张云云.LabVIEW DAQ在学生实验中的应用[J].计算机仿真,2005,22(6):190-192.

[2]侯国屏,王珅,叶齐鑫.LabVIEW7.1编程与虚拟仪器设计[M].北京:清华大学出版社,2005.

[3]王武礼,杨华.基于虚拟仪器技术的计算机测控实验平台[J].实验技术与管理,2010,27(1):80-82.

[4]卓么措.虚拟现实技术在教学中的应用[J].青海师范大学民族师范学院学报,2006,(11):75-76.

虚拟测试技术 篇5

当然，这个题目也的确太大。要作出真正有信服力的结果，需要考虑相当多的因素。受条件所限，我只能将实验一再简化。因此这里的结果十分粗浅，只能算做初步尝试。按工程师的说法，相当于0.01版。如果VMware的人看到此帖，欢迎与我联系，共同进行更多测试。

测试对象——VMware Server(GSX)

挑选VMware Server作为虚拟引擎主要有两个原因：1)是应用比较广泛;2)是可以免费下载，大家都可以试试。

其实我对VI3(ESX)的性能效率更感兴趣，等有时间一定测试一下。

测试工具——IOmeter

最常用的裸设备性能测试工具还是IOmeter，其他工具要么会受文件系统拖累，要么工作机制跟IOmeter差不多。

缺憾是IOmeter在Linux平台没有管理界面，必须通过网络在Windows上配置。

测试方法——对比五种情况下的性能

我把这五种情况简称为“LinVM raw”、“LinVM vmdk”、“WinVM raw”、“WinVM vmdk”和“raw”，以区分Linux和Windows虚拟引擎中不同虚拟磁盘模式。具体的含义如下。

LinVM raw LinVM vmdk WinVM raw WinVM vmdk Raw

Host OS SuSE 9 SuSE 9 Win2k3 R2 Win2k3 R2 Win2k3 R2

Guest OS Win2k3 R2 Win2k3 R2 Win2k3 R2 Win2k3 R2 None

虚拟磁盘 Physical vmdk文件 Physical vmdk文件 None

Host FS None Reiserfs None NTFS None

所有vmdk都是pre-allocated，否则性能差得要命，根本没必要比较，

所有操作系统均以缺省配置安装，并将补丁升级到最新。此外未做任何优化调整。

除了“raw”之外，IOmeter均运行在Guest OS，所有性能测试均针对裸设备。

测试说明——仅针对Windows用户而言

由于所有测试都是在Windows上完成，当Host OS为Linux时，性能损耗有可能来源于虚拟引擎自身，也有可能来源于Host OS与Guest OS之间不一致的IO行为。也就是说，即便WMware Server for Linux在某些情况下会拖累虚拟机中Windows的磁盘性能，但不一定也会同样拖累虚拟机中的Linux。如果要明确结论，需要把所有的测试在Guest为Linux时重新做一遍。日后我会再补充，目前这个结论只能给Windows用户作为参考。

总之，在下面的分项结论中，如果有“Linux虚拟引擎性能低”之类的结论，它实际上指的是“在Guest为Windows的时候，Linux虚拟引擎性能低，如果Guest为Linux则不一定如此”。

测试结果——效率与IO模式有关

基于虚拟仪器的火炮振动测试系统 篇6

关键词：火炮；振动测试；数据采集；信号处理；Labview

中图分类号：TJ303文献标识码：A文章编号：1007-9599 (2010) 13-0000-01

Artillery Vibration Measurement System Based on Virtual Instrument

Zhu Xiaobo,Guan Honggen

(School of Mechanical Engineering,Nanjing University of Science and Technology,Nanjing210094,China)

Abstract:The artillery vibration is a typical random shock and vibration,not only seriously affect the design accuracy,also considerable part of life.The vibration of artillery, artillery work to improve the reliability of life and work of great significance.Introducing the concept of the virtual instrument vibration test systems artillery,the artillery of traditional vibration test system to improve and enhance,to get high accuracy and stability.

Keywords:Artillery;Vibration test;Data acquisition;Signal processing;Labview

本文基于火炮振动测试的这种需要，设计了一套基于LabVIEW虚拟仪器平台，以数据采集卡、信号调理电路和传感器为硬件的测试系统，仅仅利用计算机、采集卡和传感器，便可对火炮振动信号进行检测，实现测量数据的显示、存储、分析和打印等功能。

一、测试分析系统的组成结构与功能

本测试分析系统由系统硬件和测试分析软件两大部分组成。

硬件主要由传感器及调理电路，数据采集卡和计算机组成，完成对被测振动信号的采集、传输、运算处理及显示被测结果等。软件是虚拟仪器的核心，系统软件由控制底层硬件管理模块与分析功能模块组成，来完成虚拟仪器特定的逻辑分析处理过程。总体构成如图1

二、火炮振动测试分析系统的软件设计

测试分析系统的软件设计，是以LabVIEW为软件开发平台，运用模块化的设计思想，组建各种功能模块。本系统使用了数据采集模块、波形显示模块、数据存储与读取模块、数据分析处理模块等，通过控制前面板上的各种开关和按钮模拟传统仪器的操作、实现对虚拟仪器的控制。

（一）数据采集模块。数据采集模块主要是实现完成数据采集的控制及对各种参数的控制。火炮振动信号主要为随机信号和瞬态信号，因此对信号的采集设置了两种采样方式：1.自由连续采集方式，即设置好采集参数后直接进行连续采集，适用于随机信号的采集；2.信号触发采集，首先设置好触发条件，包括触发电平、触发沿、触发前预留点数等。

（二）波形显示模块。波形显示模块将采集到的数据及分析后的数据显示到显示器上。

（三）数据存储与读取模块。数据存储模块的主要功能是对采集的数字信号进行保存，将时域数据和采集数据有关的参数如平均次数、数据长度、触发点采样点、采集时间等存储起来以便需要时能够调出进行自动参数测量，频谱分析等。

（四）数据分析处理模块数据。分析处理模块是软件设计的核心。根据振动测试对信号分析处理的要求，主要从时域分析、幅值域分析、频域分析和时频联合分析方面进行程序设计。

时域和幅值域分析模块：时域分析中主要是自相关分析和互相关分析。自相关用于判断信号的随机程度，检测混在随机信号中的周期信号，互相关则反映了两随机变量的统计依赖关系。幅值域特性分析可以同时观测输入、输出信号的概率密度曲线、概率密度分布曲线，可用于火炮故障檢测和分析。

频域分析模块：频域分析功能最多，主要有功率谱分析、频响函数分析、倒频谱分析等。时域信号经傅里叶变换、频域转换为复数形式，故在显示分析时有很多的格式，如幅频谱、相频图、实频图、虚频图、奈奎斯特图、波特图、三维瀑布图等。

时频联合分析模块：时频联合分析亦称时频局域化方法，是使用时间和频率的联合函数来表示信号。典型的线性时频表示有：短时傅里叶变换、小波变换和Gabor变换。

基于上述设计思想编制了振动信号的采集及处理系统软件。程序部分后面板如图2所示。

该程序既可以对仿真信号进行处理，也可以对采集卡实时采集的火炮振动信号进行分析处理。通过对某自行火炮身管振动运行检验表明，该程序功能完善、运行结果良好、实验结果与理论相符合，证明了该测试软件是可靠的。

参考文献：

[1]朱岩.基于LabVIEW的振动测试系统设计[D].成都:西华大学,2009

[2]张文斌.振动测试与分析虚拟仪器系统的研究[D].保定:华北电力大学,2005

虚拟测试技术 篇7

“测试技术”是机械类专业一门重要的学科基础课,是综合应用相关知识,解决科研、生产所面临的工程测试问题的课程,其研究的对象是工程中常用的信号分析及处理方法、测试技术中常用传感器的测量原理、中间变换电路、测量装置的基本特性等内容。该课程对培养学生的实验能力、创新能力等方面有重要作用[1]。

在十余年的测试技术教学中,发现本课程教学中存在两方面较突出的问题。一是测试技术课程实践性较强,学生只有通过足够的验证型实验和一定数量的综合设计型实验才能加深理解并掌握所学的理论知识和应用技术[2],也只有通过实验才能将理论与实践很好地结合起来,的而高校的实验设备很难满足上述要求;二是由专业特点决定,机械类专业开设信息技术范畴的课程较少,当学生学习有关“信号分析及处理”等方面的相关内容时,由于相关基础知识的薄弱、理论概念的枯燥,导致学生对抽象的信号分析概念理解困难,在很大程度上影响学生对整个课程学习的兴趣。

利用Lab VIEW强大的分析功能和友好的用户界面[3],与时俱进的将虚拟技术引入“测试技术”的理论教学中,通过课堂演示讲解,可极大地增强学生学习的兴趣与积极性,还可利用多媒体、校园网等计算机技术,实现教学手段的现代化。

2 虚拟技术在教学中的应用实例

基于Lab VIEW开发平台,笔者设计了测试技术课程中涉及的虚拟信号发生器、方波信号频谱分析及信号失真实例、一二阶系统动态响应分析、信号相关分析实例、滤波器功能演示、振动信号分析仪等8个虚拟实验实例,在课堂教学中根据授课需要将相关实例合理引入,将实验带入课堂,通关改变Lab VIEW相应控件的值可直接改变信号的参数,信号分析中发生的变化可以立即计算并以数字、波形图、表格等多种形式显示在前面板上,让学生能够得到直观形象的感受,从而加深对相关知识点基本概念和规律的理解。本文重点介绍其中具有代表性的2个虚拟技术的应用实例。

2.1 信号的频谱分析与信号的失真

在测试技术课程中,周期信号的频谱分析是一个基础而又重要的概念,大部分教材是以周期性方波信号为例介绍周期信号的频谱分析及三角形式的傅里叶级数展开。

图1所示的周期性方波信号的傅里叶级数展开式为:

即:方波信号是由若干个不同幅值、不同频率的正弦信号叠加而成,其频谱图[4](如图2所示)可清晰的显示周期信号“离散性、谐波性、收敛性”的频谱特点,但是时域到频域的转换,概念抽象,部分学生难以理解。利用Lab VIEW开发平台设计“方波信号频谱分析与信号失真实例”,通过波形直观的显示各次谐波的波形及叠加后的波形图。各次谐波的幅值、频率及相位参数均可以根据需要任意的改变,而参数改变后的波形图及叠加波形图可以实时动态显示,对于学生理解相关内容起到很好的辅助作用。

同时,改变组成方波信号各谐波分量的幅值或相位,可以直观的看到信号幅频失真或相频失真的现象,如图4和图5所示。图形化显示,使幅频失真和相频失真这两个抽象的概念变得易懂,加深了学生的记忆,近几年的教学实践证明,教学效果非常好。而且类似的小软件方便学生课下练习,也可大大提高学习兴趣。

2.2 振动信号分析仪

振动信号是机械领域中非常重要而常见的信号,对其进行采集、分析及处理也是测试技术教学中的一项重要内容。结合实验室现有条件,利用Lab VIEW软件平台,开发了的振动信号分析仪,具有振动信号采集模块、信号处理模块、信号分析(时域分析、频域分析)模块、文件管理(存储、读取)模块等。振动信号分析仪总体设计框图如图6所示,其具体操作界面如图7所示。

在课堂上,结合讲授内容,利用提前采集好的振动信号进行软件演示,将复杂庞大的振动信号测试系统变成一个小小的软件,将振动信号的采集分析过程清晰的展示,是虚拟技术和计算机多媒体技术结合应用的一种新尝试,是一种值得推广的教学方法。

3 结束语

通过上述实例,可以看出Lab VIEW图形化编程语言能够为用户提供简明、直观、易用的图形编程方式。结合测试技术课程内容,针对性的开发虚拟实验实例,具有化枯燥为生动、化抽象为具体的功能,在激发兴趣、建立概念、验证规律、培养科学思维方法等方面起着重要的指导作用[5]。同时,使用Lab VIEW软件开发平台设计虚拟仪器可对大大减少实验教学的成本,增强教学效果。

参考文献

[1]杨冠琼,柏林.机械工程测试技术教学实验系统的开发[J].中国现代教育装备,2011,19:32-35

[2]蒋漪涟.基于Lab VIEW电子信息类实验教学系统的设计与实现[J].现代电子技术,2011,34(16):152-155

[3]陈锡辉等.labview8.2程序设计入门到精通[M].北京:清华大学出版社,2007

[4]韩峰,刘海伦等.测试技术基础[M].北京:机械工业出版社,1998

虚拟现实技术在语言测试中的应用 篇8

语言测试的作用在于科学地测量出学生的语言能力, 它的目的在于选拔学习者和诊断学习者在学习中存在的问题, 评估教师在教学中的成果, 以及研究语言教学。

随着教学理论和测试理论的纵深发展, 专家普遍认为科学的语言测试要求信度 (reliability) 和效度 (validity) 的统一。测试的信度是指测试结果的可靠性和稳定性。测试的效度是指一项测试测出预定要测量事物的程度。高信度要求测试的科学性, 将语言细化分割成各项技能来处理, 这就使语言内容缺乏真实性。高效度则要求测试内容的多样性, 着重语言的语境性和整体性。

2. 虚拟现实技术及其在语言测试中的作用

虚拟现实 (Virtual Reality, VR) 是采用以计算机技术为核心的现代高科技生成逼真的视、听、触觉一体化的特定范围的虚拟环境, 用户借助必要的设备以自然的方式与虚拟环境中的对象进行交互作用、相互影响, 从而产生等同亲临真实环境的感受和体验。通俗地说, 虚拟现实中的“虚拟”是指用计算机生成的意思;“现实”是泛指在物理意义上或功能意义上存在于世界上的任何事物或环境, 它可以是实际上可实现的, 也可以是实际上难以实现的或根本无法实现的。因此, 虚拟现实是指用计算机生成的一种特殊环境人可以通过使用各种特殊装置将自己“投身”到这个环境中, 并操作、控制环境, 实现一定的目的。

虚拟现实技术是20世纪80年代才提出来的技术理论。美国著名的“2061计划” (Project 2061) 就强调了信息技术特别是虚拟现实技术在语言教学测试的重要性。本质上, 它是一种先进的计算机用户接口技术, 通过给用户同时提供诸如视、听、说、触等各种直观而又自然的实时感知交互的手段, 最大限度地方便用户的操作, 从而减轻用户的负担, 提高整个系统的工作效率。计算机辅助教学是虚拟现实技术应用的重要研究领域之一, 用虚拟现实技术改造传统的计算机辅助教学技术和手段, 在降低教学成本的同时, 还可以获得更好的效果。它可以改变多年来语言测试在测试者心目中一成不变的形象, 让语言测试变得新奇、轻松, 摆脱已往测试中会出现的厌恶、紧张等情绪。同时提高语言测试的准确性。

3. 虚拟现实技术在各项语言测试中的应用

3.1 基于虚拟现实技术的语言测试中的设备

3.1.1 数据手套。

数据手套中部有大量传感器和感知单元, 通过有线、无线通信设备或蓝牙设备得到采集数据。数据手套可以测量手部的弯曲, 通过对手指的动作测量可以模拟虚拟系统中主体手部动作。如图1和2所示, “手—行为”系统可以让虚拟现实应用系统的用户在虚拟环境中实现手的互动。

3.1.2 头盔显示器。

头盔显示器 (HMD, Head Mounted Display) 的原理是将小型2维显示器所产生的影像藉由光学系统放大 (如图3所示) 。具体而言, 小型显示器所发射的光线经过凸状透镜使影像因折射产生类似远方效果, 用户可利用此效果将近处物体放大至远处观赏而达到所谓的全像视觉。液晶显示器的影像通过一个偏心自由曲面透镜, 使影像变成类似大银幕画面。影像进入偏心自由曲面棱镜面, 再全反射至观视者眼睛对向侧凹面镜面。侧凹面镜面涂有一层镜面涂层, 反射同时光线再次被放大反射至偏心自由曲面棱镜面, 并在该面补正光线倾斜, 达到观视者眼睛, 使得观视者对虚拟物体的视觉与现实视觉相同。

3.1.3 数据衣服。

数据衣服充满传感器, 如图4所示。它能所提供的极端精确的运动数据, 使用数据衣服可以测量全身运动, 通过对人身体的动作测量可以模拟虚拟系统中主体身体的动作。

3.2 基于虚拟现实技术的语言测试系统模型与工作原理

基于虚拟现实技术的语言测试系统采用虚拟技术让测试者处在一个特定的虚拟环境, 使测试者感觉处在一个特定的现实环境中。测试者可以充分地使用自己的语言技能完成特定环境中各项任务或是测试项, 这样的测试可以极为贴近现实语言应用, 从而达到极好的测试效果, 让测试者在锻炼自己的同时也完成测试。测试者可以通过这样的测试系统进行各种各样传统测试不能进行的测试或不能达到的测试效果。比如说, 在虚拟环境测试系统中测试者可以进行特定环境中的交流、对话, 在特定环境下完成特定人物的活动, 这样的测试与语言的实际应用非常切合, 可以让测试者真正地学以致用。

如图4所示, 测试者从现实世界进入测试环境中利用虚拟系统设备通过显示, 传感装置得到感觉, 从而进行自主的反馈, 完成测试。例如虚拟环境中通过数据手套和电子笔完成文章的书写。在测试者完成测试之后, 测试系统将测试者的测试完成情况保存在系统数据库中, 测试评估者通过后台操作系统将测试记录调出进行评分和最后的测试总结, 从而完成整个测试过程。整个系统构成如图5所示。

3.3 在各项语言测试中的应用

语言测试的效度分为5个部分, 即表面效度、内容效度、结构效度、共时效度、预示效度。表面效度指表面看上去测定了预定的技能或能力范畴。测试学生的语言能力的考试, 若简单地通过传统的测试方法, 这个考试就不具有表面效度;假如通过朗读、阅读、情景、对话、回答、书写等方式, 那就具有表面效度。结构效度、内容效度和卷面效度是语言测试的内部效度, 其中结构效度是语言测试一切效度的根本;共时效度、预测效度是语言测试的外部效度。考试的效度能保证测试能够准确, 公正地测出考生运用目的语的能力。语言测试大致可以分为直接型测试、间接型测试和半直接型测试。下面笔者便介绍一些在虚拟现实环境下的各项语言测试。

3.3.1 在口语测试中的应用。

VR环境中的口语测试为半直接型与直接型的结合。其中直接型测试能够较好地模拟日常的交际情景, 具有较高的表面效度, 但在内容效度方面, 一些研究者提出许多质疑。比较而言, 半直接型的试题内容统一, 口试过程和评分过程相分离, 因此不易受其它因素, 如试题难度、考官等的影响。在效度方面, 口语考试有着完整的考试规范, 对测试能力范畴、具体测试技能、测试目的、测试语料特点、测试语料数量、测试时间、测试模式题目权重等都作了明确的规定, 所以效度很高。虚拟环境下的口语测试可以是与测试评估者的直接对话, 也可以是与虚拟环境中的人物的直接对话, 对话过程记录在数据库中, 之后由测试评估者提取后进行评估的半直接型测试, 所以在各方面的效度都非常高 (如图6所示) 。

3.3.2 在阅读、词汇与作文测试中的应用。

VR环境中的阅读、词汇与作文测试同传统的测试方法大致相同, 采用直接型测试。但VR系统中的阅读、词汇与作文测试还有一些传统测试方法所不具备的特点。比如, 在VR系统中的阅读可以是结合虚拟环境的不同物品或是不同场景进行的, 而不拘泥于传统测试中的测试题。阅读、词汇、作文同时也可以参插于其他各项测试内容中, 或是结合在一起进行。传统测试中的阅读、词汇、作文等测试本身具有比较好的效度, 但同时也对之后的测试评估过程效度有很大的依赖。VR系统的测试在此基础上进一步提高了此项测试的效度, 但没有解决依赖于评估过程效度的问题。

3.3.3 在测试评估中的应用。

结构效度与对测试分数的解释和使用有关。结构效度指的是基于考试分数之上的解释是否恰当和有意义。对测试结构效度的论证是为了确定测试分数的意义, 确定其含义与测试者的期望一致。在VR系统的评估系统中, 评估者可以从数据库中提取所有有关测试者的测试记录, 全面地考查测试者的能力, 在表面效度和内容效度都很高的基础上可以提高其他方面的效度, 从而提高整个测试的效度。

4. 结语

虚拟现实系统对计算机硬件设施要求比较高, 目前建立一个中大规模的基于虚拟现实技术的语言测试系统需要耗费大量的人力与物力。这是虚拟现实技术在教学应用中的一个瓶颈, 同时也是多年来语言测试发展缓慢的主要原因。另外, 目前一些虚拟现实数字设备的技术仍然存在一定的缺陷, 达不到真正虚拟现实的要求, 随着当今计算机技术的进一步发展和虚拟现实数字设备的成本降低, 语言测试与虚拟现实技术的完美结合指日可待。

参考文献

[1]Sawaki Y.Comparability of conventional and computer-ized tests of reading in a second language[J].Language Learning and Technology, 2001, (5) .

[2]丛春瑜.虚拟现实在高校化学教育中的应用.自然科学版:太原示范学院学报, 2004, (3) .

[3]赵士斌, 吴秋峰.高校实训教学的虚拟现实技术研究.长沙电力学院学报 (自然科学版) , 2001, 16, (1) .

[4]HeatonJ B.Writing English Language Test[M].北京:外语教学与研究出版社, 2000.

[5]刘润清.谈英语能力标准的制定[J].外语教学与研究, 2002, (6) .

[6]韩宝成.高校英语能力测试改革势在必行[J].外语教学与研究, 2002, (6) .

[7]Bachman L F.Fundamental Consideration in language testing[M].Oxford:Oxford University Press, 1990.

[8]Bachman, L.F.&A.S.Palm er.1996.Language testing in Practice:OUP.

[9]刘润清, 韩宝成.语言测试和它的方法[M].北京:外语教学与研究出版社, 1999.

虚拟测试技术 篇9

1 仪器技术分析

计算机技术和检测仪器的技术是虚拟仪器技术的基础, 因此虚拟仪器技术在应用上, 融合了计算机和检测仪器的专业功能, 因此这就使虚拟仪器技术应用在更方面的功能表现上更加具有优势, 如对监测仪器面板的操控功能, 计算机软件处理功能等。

虚拟仪器的组成主要分为两部分, 一部分为通用仪器硬件平台, 另一部分为软件。通用仪器硬件平台由计算机和I/O接口设备组成, PC机和计算机工作站是通用仪器硬件平台的最主要的一部分, 而I/O接口设备是负责对被测试到的信号进行采集和放大, 也可以进行A/D的转换, 另外也可以浸信会对机械达到接插件等功能。

2 自动测试校准装置

随着经济的发展和市场的需求, 对自动测试设备的要也越来越高, 因此对于自动测试设备中出现的问题, 应及时的进行解决, 以满足人们对自动测试系统设备的需求。在自动测试系统中操作过程中, 容易受到环境的干扰和各种作用的影响, 从而导致测试结果的不准确性, 因此为保证测试的准确性, 就要求对测试设备在一定的间隔时间进行对测试进行计量校准。

2.1 自动测试校准方法

为提高测试系统的精度, 就要将计量校准的工作做好, 并且还要满足系统符合测试要求, 因此应严格进行校准, 进行校准的方法主要有两方面, 离位校准和原位校准。

2.1.1 离位校准

离位校准系统是将自动测试系统的零件, 在间隔一段时间进行拆卸校准, 但是这种方法有严重的缺点, 表现在很多方面, 如对测试仪器和仪器模块不能进行检验;进行校准的环境不够适宜, 导致测试结果的不真实;缺少硬件作为影响测试结果的因素, 导致测试结果的不完整性。

2.1.2 原位校准

原位校准是把测试系统在原有的工作位置看作严格具有测试功能的整体单元, 原位校准这种方法对计量校准的程序和间隔时间需要进行确定统一, 和离位校准相比, 原位校准具有很多的优点, 如可以在现场进行校准, 能够保证测试结果的真实性;可以利用TPS (测试程序集testprprogramset) 工作的快捷性、简便性以及缩短时间的特性;另外测试的结果也可以满足测试标准, 从而达到测试的完整性。

2.2 自动测试校准装置硬件系统

自动测试校准装置硬件设备主要包括便携计算机、PXI总线系统, 校准适配器和5500A计量装置, 进行校准工作主要分为标准信号产生与分路、用被校准对象来测试标准信号、计算和对比标准信号与测试信号准确度三个阶段, 下面就这三个阶段进行具体分析。

2.2.1 标准信号产生与分路

对VXI系统进行校准时, 要将产生的标准信号分成不同的多个标准信号, 并输入到各个不同的被测系统的不同通道中, 并在不同时间段内, 利用5500A的多用途校准的装置发出各个不同的标准信号, 并由主控计算机模块操作PXI系统中模块发出指令。

2.2.2 用被校准对象来测试标准信号

在VXI测试系统中产生的标准信号, 需要检测适配器进行隔离和处理并输入到VXI测试系统的扫描开关输入端。主控计算机主要对产生的标准信号进行操作, 便携计算机的总线卡对VXI的操作系统的零槽模块 (C尺寸消息基模块, 由VXI零槽地板、CPU模块和USB接口模块组成, 实现VXI总线规范各种功能) 进行操作, 主控计算机和便携计算机建立一个局域网, 以局域网为桥梁, 将便携计算机所获取的测量数据传给主控计算机, 这样就得到了测试系统的标准信号。

2.2.3 计算和对比标准信号与测试信号准确度

对比标准信号就把VXI测试系统的所采集的标准信号与同测试系统进行对比, 对比之后可以进行对测试信号的准确度的计算。

3 自动测试系统校准装置软件系统

自动测试系统校准装置软件系统主要有校准模块注册、系统校准、系统信息管理以及系统帮助四项功能, 对自动测试系统校准装置有重要的意义, 因此对于自动系统校准装置的软件系统的功能应详细的加以分析。

3.1 校准模块注册

校准模块注册主要是利用校准模块注册将新增的模块信息存储到驱动数据库中, 同时对刚注册的模块可以通过主程序进行提取。

3.2 系统校准

系统校准功能自上而下分为三级, 一级和二级属于外界宏观分类, 最后一级属于被校验的实验设备, 为提高工作效率, 系统校准功能在遵循软件标准规程的前提下, 可以在每一级上进行数量上的扩展。客户端程序安装在主控计算机上, 主要服务端程序安装在便携计算机上, 客户端程序和服务端程序在系统校准的多个模块中构成了一个模块, 并且有客户端程序控制模块的响应与运动, 在测试过程中提取所需数据, 并且与测试过程中所产生的信号进行对你, 最后在数据库中进行保存和打印;服务端程序则负责对VXI系统进行控制并获取测量数据, 对比和处理由前者进行处理。

3.3 系统信息管理

统信息管理主要是对系统中的信息的安全, 数据进行管理, 保证系统能够进行有效的运行和工作, 系统履历书、数据库以及安全管理是系统信息管理的三部分。

4 结语

虚拟仪器技术最大的特点是可以根据使用者的不同需求, 对虚拟仪器的软件的功能和适应需求进行编写, 并且虚拟仪器的功效是由软件来定义的, 虚拟仪器技术与传统的仪器技术相比具有明显的优势, 对自动测试校准装置有重要的帮助, 使其在操作过程中更加灵活, 简便, 而且自动化的程度更高, 缩短校准时间。虚拟仪器的技术的发展越来越先进, 不仅对自动测试校准装置具有很大的意义, 虚拟仪器技术对各行各业也有很大的帮助, 能够使其发展的更加的迅速。

参考文献

[1]姜敬军.基于虚拟仪器技术的自动测试校准装置的探讨[J].化学工程与装备, 2013, 06:200-201+145.

虚拟测试技术 篇10

1.1 虚拟实验室发展现状及趋势

虚拟实验室是1989年由美国William Wolf教授所提出的, 是对计算机网络化的虚拟实验室环境进行描述的。它主要是一种综合各种不同工具和技术的电子化、网络化的科学研究集成环境。我国的虚拟实验室起步较晚, 但是我国注重网络教育的发展, 目前的虚拟实验室的研究也取得了较大的进步, 目前虚拟实验室正朝着通用化、多技术融合化、协作化和自适应化等方向发展。

1.2 虚拟实验室关键技术分析

从技术角度来看, 虚拟实验室主要是虚拟仪器技术、计算机技术以及网络技术相结合的产物。因此, 这里面主要从这三个层面来分析虚拟实验室的关键技术。

(1) 虚拟仪器技术。虚拟仪器技术是1986年由美国国家仪器公司 (National Instruments, NI) 所提出的一种构成仪器系统的新概念。具体思想是用计算机资源取代传统仪器中的输入、处理和输出等部分, 实现仪器硬件核心部分的模块化和最小化;用计算机软件和仪器软面板实现仪器的测量和控制功能。在这里的核心部分是软件, 根据系统的框架架构从底层到顶层主要包含:VISA库、仪器驱动程序和应用软件三个部分。 (2) 计算机技术。在计算机领域中运用的技术方法和技术手段就可以成为计算机技术。随着大规模集成电路的发展, 计算机技术也在不断的改进, 计算机也从单一的计算工具发展成为一种各个领域中不可以缺少的多媒体计算机。 (3) 网络技术。网络技术自从1990年开始发展, 能够很好的将互联网上的资源进行整合, 可以实现全面的共享, 并且进行数据的交换。如今的网络已经不再是单一的网络, 而是将互联技术等若干局域网进行连接, 将交换机的配置, 虚拟局域网与路由器的连接都作为技术实现的关键。

1.3 虚拟实验室的特点

(1) 较低的成本。电子测试技术虚拟实验室最主要的元素就是电子元器件以及电子仪器设备, 他们本身的最大优点就是可以无限的复制, 但是创新是最为关键。 (2) 较高的效率。虚拟实验室可以使操作者能够集中精力的对实验现象的本身特性以及规律去研究, 可以极大的发挥计算机的优势, 使操作者能够迅速的对实验研究的本身和目标要求所掌握, 这样, 可以极大的提高工作和学习的效率。 (3) 齐备的功能。元器件库和仪器设备库作为虚拟实验室的两大库是要品种齐全且易于升级换代的, 要从根本上去解决设备不全的问题, 还要在协同分布式的虚拟环境之下, 实现实验的合作以及远程操作等。

2 电子测试技术虚拟实验室系统设计

2.1 电子测试技术虚拟实验室系统设计的总体目标

电子测试技术虚拟实验室的建立主要是为了解决实验教学中的实际问题, 因而主要的目标就是可以使学生和老师可以随时随地的进入虚拟实验室进行仪器的操作, 访问者拥有一台可以连接上网的电脑就可以不受时间和地域的限制来进行操作, 使远程教育更加的完善, 更加的高效, 同时, 也可以更加丰富网络虚拟实验室的内容。

2.2 电子测试技术虚拟实验室的体系结构

(1) 基于C/S结构的虚拟实验室。C/S (Client/Server) 结构的虚拟实验室是将不同的计算机上分配不同的任务, 客户端来完成前台的计算, 后台的计算机是由服务器来承担。在这种结构中, 主机上的应用程序主要分为客户端的应用程序和服务器端的应用程序两种。 (2) 基于B/S结构的虚拟实验室。B/S结构是基于WEB的三层体系结构, 主要是由浏览器、WEB服务器与数据服务器公共组成, 客户端是浏览器, 服务器端是WEB服务器协同数据服务器来响应浏览器的请求, 最终将响应后的结果进行返回给客户端。 (3) 将C/S结构与B/S结构相结合的电子测试技术虚拟实验室。电子测试技术虚拟实验室主要包括了软件模拟实验、实时测量实验和数据调取实验。虚拟实验室的流程主要是客户端通过广域网中接入WEB服务器, 用户在打开的网页中来观看实验, 除此还可以申请控制权, 进行一系列仿真的模拟实验, 来进行数据的调取实验等, 当模拟仿真的实验与数据调取的实验时, 这些装置是被放置在WEB服务器上的, 当获取控制权之后, 就可以对显示的面板和参数等进行改变和调取, 申请对实时测量的实验控制权, Web服务器通过Datasocket连接到应用服务器上, 客户端的用户就可以通过服务器的界面进行现场身临其境的实验一般。当数据进行采集的系统进行工作时, 传感器的数据信号大部分都是模拟信号, 但是计算机却只能接受数字信号, 因此, 还要在传感器与计算机之间进行数模转换, 才能够将模拟的信号转变为计算机所能识别的二进制的数字信号, 这就可以通过A/D的转换器来完成, 当进过A/D转换器的信号进入到计算机系统时, 便可以进行分析与处理。

3 结语

总之, 近些年来, 随着高校人数的不断增多, 学校的许多实验设备都受到使用时间以及实验条件的限制, 在这种情况下, 要想满足各种学生的实验要求, 就必须提高实验室仪器的数量或者是仪器的种类, 但是经费是一方面, 更主要的是技术的突飞猛进, 使得实验室的建设是无法完全跟上脚步的, 加上实验室耗材的维修、更新等, 都会造成大量的人力、财力和物力的消耗, 因此电子测试技术的虚拟实验室建设受到了广大高校的极大欢迎, 但这种基于电子测试技术的虚拟实验室带来便捷的同时, 也存在着或多或少的问题, 比如在学生动力的培养上面还不能完全被电子技术所代替, 因此, 对电子测试虚拟实验室的研究与开发仍然需要我们进一步的去完善、改进与探讨, 更好的来为实验教学服务。

参考文献

[1]陈栋.建设模拟电子技术虚拟实验室[J].科技传播, 2010 (23) .