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- 39 -信 息 技 术在我国目前的研究工作中，光纤陀螺在精度方面已经满足了相关的技术要求，并且一部分已经投入实际的生产中，在军事领域得到了广泛使用，目前我国的光纤陀螺正在向更高的研究技术迈进，重点研究高精度的光纤陀螺，因此，光纤陀螺的性能就需要得到重点体现，为了能够准确地对光纤陀螺性能进行评价，确保其精度与稳定，完整的测试方式与测试系统不可缺少，该文主要针对虚拟仪器技术的光纤陀螺自动化测试系统进行整体的设计，并对自动化系统进行数据的处理并生成报表，提高光纤陀螺的精度与运行效率。
１ 虚拟仪器技术的概念性分析虚拟仪器就是在计算机上添加模块化的硬件功能，通过软件在计算机的屏幕上生成仪器面板，然后利用程序控制信号的采集与处理进行结果的输出，完成仪器的相关功能。
虚拟仪器工作平台是由美国的一家公司提出的图形化编程语言开发软件，该程序主要由前面板、流程图程序以及连接端口组成，高度集中了GPIB 标准设备的驱动功能个，通过众多的源代码以及驱动程序与外部设备进行通信，并对外部设备进行控制，在虚拟仪器工作平台上，通过这样的方式建立光纤陀螺的自动化测试系统，并完成相关的测试工作。
２ 光纤陀螺系统的功能研究光纤陀螺在进行自动化测试系统功能设计时，需要根据不同类型的检测系统的验证与测试功能，以此来确定产品的参数是否符合要求，测试光纤陀螺仪的三轴四路功能，测试完毕后对数据进行保存，并对测试的信号进行记录，实现通断的功能，同时还能实现远程控制的功能，对上位机、温箱进行控制，并进行转台之间的通信、规范转速、控制转动的功能，并进行自动化停止，使上位机能与温箱进行通信，实现远程控制功能，设置温箱的温度并进行数据的读取功能；对系统的参数进行重置，通过界面的主要功能进行产品的自由切换，对项目进行自由选择，并且设置通信协议的名称，采集光纤陀螺的信号、显示曲线图；对数据进行自动化处理，并根据相关的规范要求，对采集数据的进行自动化处理，生成处理的结果与报表，对结果进行实时记录，为工作人员提供方便，便于以后的查看与记录，光纤陀螺的测试参数系统包括了很多的子系统，其中包括零偏系统、温度灵敏度、标度因数以及随机游走等测试子系统，测试系统中又包括了各种指标，象零偏的稳定性、重复性、温度效应以及方差等，其中最重要的指标就是零偏稳定性与标度因数，这2项指标是最基本的因素。
虚拟光纤电力互感器测试系统设计的研究摘要：虚拟光纤电力互感器测试系统的应用，改变了传统仪器设备价格昂贵、维修困难的问题，并且测试进度也得到了极大程度的提升。
同时，虚拟光纤电力互感器测试系统的设计，对计算机技术进行了有效利用，成为现代测试技术发展的一个重要方向。
本文对虚拟光纤电力互感器测试系统设计问题的研究，注重对其系统设计内容进行了分析和阐述。
关键词：虚拟光纤；电力互感器；测试系统设计前言：虚拟光纤电力互感器在应用过程中，与传统的电磁式互感器有着较大的差异性，光纤电流互感器能够直接输出数字信号，实现与数字设备接口进行有效连接，具有数字化发展优势。
基于这一点，虚拟光纤电力互感器在未来发展过程中，将逐渐取代电磁式互感器，发挥更大的作用。
对此，加强虚拟光纤电力互感器测试系统设计研究，显得尤为重要。
在研究过程中，要注重对测试系统软件设计内容以及软件设计技术要点进行较好把握，从而保证虚拟光纤电力互感器测试系统能够发挥应用的功能和作用。
1 光纤电力互感器测试系统工作原理分析光纤电力互感器测试系统在工作过程中，将光纤模拟信号传输到低压端，利用探测器将其转换为电信号，通过A/D转换，得到电流信息。
光纤电力互感器在应用过程中，包括了复合绝缘子器件，其在实际应用过程中，稳定性和可靠性相对较高。
在对光纤电力互感器进行测试过程中，主要采用了“比较”的方法。
在测试过程中，利用标准电流互感器和待测电流互感器将电流/电压转换为信号输入调理箱，利用数据采集卡，对数据进行显示和分析[1]。
2 虚拟光纤电力互感器测试系统设计虚拟光纤电力互感器测试系统在设计过程中，需要结合测试系统工作原理，合理地选择硬件和软件，从而实现测试系统平台构建目标。
硬件系统设计过程中，主要涉及到了相关设备的选择和安装，保证硬件设备之间能够进行有效连接[2]。
关于虚拟光纤电力互感器测试系统内容，我们可以从图1中看出：图1 虚拟光纤电力互感器测试系统结构图如图1所示，虚拟光纤电力互感器测试系统主要涉及到了待测互感器和标准互感器两个主要结构，通过信息采样、数据采集卡的结果输出转换，实现测试功能。
基于光纤位移传感器虚拟转速计的设计金远华沈阳航空航天大学自动化学院摘要：本文设计了一个基于光纤传感器虚拟转速计，它的主要功能是利用光纤传感器和Labview设计一个虚拟的转速计，显示转速为XXX转∕分，范围为0--200转∕分，可设定阈值，并具有超值报警功能。
关键字：LabVIEW；数据采集；超值报警；转速测量0. 前言虚拟仪器技术是基于计算机的仪器与测量技术。
与传统仪器技术不同，虚拟仪器技术指在包含数据采集设备的计算机平台上，根据需求可以高效率的构建起形形色色的测量系统。
对大多数用户而言，重要的工作变成了软件设计。
虚拟仪器突破了传统仪器的局限，可以将许多信号处理的方法方便地应用于测量中，并且为自动测量和网络化测量创造条件。
早期的虚拟仪器技术主要用于军事、航空、航天等领域和科研院所，现在已经越来越多地出现在工厂及其他民用场合。
在虚拟仪器系统中，信号的获取与采集由以计算机为核心的硬件平台来完成，在这一平台上，调用不同功能的软件可构成不同功能的虚拟仪器，软件是根据不同的信号分析与处理技术编制的。
时至今日，信号的分析与处理方法很多，在设计虚拟仪器时，需要根据仪器的功能要求和所处理信号的实际情况选择合适的分析和处理方法。
LabVIEW是一个功能强大并且灵活的软件，利用它可以方便的建立自己的虚拟仪器。
使用这种语言编程时，基本上不需要编写程序代码，而是“绘制”程序流程图。
LabVIEW 尽可能利用工程技术人员熟悉的术语、图标和概念，因而它是一种面向最终用户的开发工具，可以增强工程人员构建自己的科学和工程系统的能力，可以为实现仪器编程和数据采集等系统提供便捷途径。
信号分析与处理要求所得信号的特征值，如峰值、有效值、均值、方差、频谱、相关函数、概率密度函数等。
若用硬件电路来实现，其电路既复杂又昂贵，甚至不易实现，然而用软件编程的方式是很容易实现的。
这也是虚拟仪器比传统仪器具有优势的所在。
1. 总体方案设计本文中，主要利用LabVIEW的数据采集系统和方便的函数信号处理能力，实现利用光纤位移传感器的转速测量和美观直接的前面板显示功能。
基于虚拟仪器的BOTDR光纤应变监测系统
李新华;徐伟弘;梁浩;张旭苹
【期刊名称】《光通信技术》
【年(卷),期】2007(31)4
【摘要】提出了基于虚拟仪器的BOTDR光纤应变监测系统,系统采用BOTDR作为前端数据采集模块,使用虚拟仪器技术搭建软件系统,实现了结构应变状况的数据采集与分析.
【总页数】2页(P58-59)
【作者】李新华;徐伟弘;梁浩;张旭苹
【作者单位】南京大学,光通信工程研究中心,南京,210093;解放军汽车管理学院,教育技术中心,安徽,蚌埠,233011;南京大学,光通信工程研究中心,南京,210093;南京大学,光通信工程研究中心,南京,210093;南京大学,光通信工程研究中心,南京,210093【正文语种】中文
【中图分类】TP216
【相关文献】
1.基于虚拟仪器的高温压力管道光纤光栅应变监测软件设计 [J], 皇甫晓洪;刘月明;刘涛;蔡庆木
2.基于虚拟仪器技术的光纤应变测试系统 [J], 高占凤;杜彦良
3.基于BOTDR的光纤网格隧道形变监测系统研究 [J], 曹建梅;任春年
4.基于虚拟仪器技术的基坑光纤光栅监测系统 [J], 徐洪钟;陈祺;黄广龙;陈巧
5.基于云数据处理的分布式光纤应变远程监测系统设计 [J], 闫伟;白清;谷行;王东;王宇;靳宝全
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收稿日期:2007-04-11. 光电技术应用基于虚拟仪器的光纤光栅温度传感系统设计常天英,贾 磊,隋青美(山东大学控制科学与工程学院光纤传感技术工程研究中心,山东济南250061)摘 要: 在简要阐述虚拟仪器技术Labview7.1和光纤光栅测温原理的前提下,介绍了一种基于虚拟仪器技术的光纤光栅温度传感系统,包括系统的硬件和软件结构。
重点说明了如何利用虚拟仪器工作平台(Labview7.1)来实现数据的采集、处理、显示、保存以及查询等功能,从而快速、智能化地实现光纤光栅波长移位的检测,进而得到准确的被测对象温度曲线。
该系统具有界面形象、操作方便、可靠性高、功能全和可扩展性强等优点。
关键词: 虚拟仪器;光纤光栅;解调模块;温度中图分类号:TP212 文献标识码:A 文章编号:1001-5868(2008)01-0140-03Design of Optical Fiber G rating T emperature Sensing System B ased on Virtu al InstrumentCHAN G Tian 2ying ,J IA Lei ,SU I Qing 2mei(Optical Fiber Sensor T echnology and E ngineering R esearch Center ,School of ControlScience and E ngineering ,Shandong U niversity ,Jinan 250061,CHN )Abstract : As t he virt ual instrument technology Labview7.1and t he p rinciple of t he optical fiber grating sensing temperat ure were instructed briefly ,t he optical fiber grating temperat ure sensing system based o n t he virt ual inst rument technology was int roduced ,including t he hardware and software of t he system.The text focused on how to use t he virt ual inst rument platform to realize t he f unctions ,such as data acquisition ,p rocessing ,display ,p reservation and inquiry ,so t hat t he shift of t he optical fiber grating πs wavelengt h could be detected fast and intelligently.Thus t he exact temperat ure curve of t he measured object was able to be obtained.The system has a lot of advantages ,such as Image interface ,easy operation ,high reliability ,scalability and st rong f unctionality.K ey w ords : virt ual inst rument ;optical fiber grating ;demodulation module ;temperat ure1 引言虚拟仪器是一个按照仪器需求组织的数据采集系统,目前在这一领域内,使用最为广泛的计算机语言和开发环境是美国Ni 公司的LabV IEW ,它是一个高效的图形化程序设计环境,在这种环境下编程者无需编写任何文本格式的代码,而且具有丰富的数据采集、分析及存储的库函数,是一种创新的仪器设计思想,成为设计复杂测试系统的主要手段。
虚拟仪器环境下光纤位移测试系统赵兰（盐城工学院电信学院，江苏盐城224003 ）Design of displacement measuring system of optical fibre sensor based on Virtual InstrumentZHAO Lan(YanChen Institute of Technology college of electrical & information engineering , jiangsuYanChen 224003, China)摘要：介绍了基于专用虚拟仪器开发工具LabVIEW，利用数据采集卡，开发光纤位移测试系统。
对系统硬件平台构成和软件设计方法分别进行了阐述，并进行了光纤传感器静态标定。
利用该虚拟仪器测试系统，可实现信号的实时采集、分析和处理。
实际测试表明，系统简化了操作步骤，提高了测量精度,具有性能稳定、可靠，操作方便等特点。
关键词：光纤传感器；位移；虚拟仪器；LabVIEW中图分类号：TP206 文献标识码：AAbstract: Using DAQ board, an optical fibre sensor displacement measuring system based on Virtual Instrument is developed and tested. The hardware structure and software are described in detail. Furthermore, the calibration experiment of the sensor is carried out. It is proved that system can complete real-time data acquisition, processing and store. The displacement measuring system can reduce the operation steps and increase experimental precisions. And then steady, reliable and easy to operate is obtained.Key word: optical fibre sensor; displacement;Virtual Instrument; LabVIEW1.引言光纤是20世纪后半叶的重要发明之一，光纤传感理论在20世纪70年代得到了较快的发展。
光纤传感技术作为一种新兴的传感技术，在环保、建筑施工、冶金、电力、军事、航空航天和生物医学等领域中已成为最有效的探测工具。
光纤传感器具有体积很小，重量轻，传光损耗很小，灵敏度和线性度好，无电磁干扰和射频干扰的影响，能在恶劣环境下进行非接触式测量。
对光纤传感器实用化的开发成为光纤技术应用领域发展的热点和关键[1] [2] [3]。
位移测量技术在工业生产中有着广泛的应用。
位移检测是机械量检测的基础，许多机械量都是转换成位移量来检测的。
对位移的检测不仅为提高产品质量以及安全生产提供了重要数据，同时也为其他参数的检测提供了基础。
LabVIEW（Laboratory virtual Instrument Engineering Workbench）实验室虚拟仪器集成环境是美国国家仪器公司（NI）开发，应用最广泛的虚拟仪器软件开发系统[4]。
虚拟仪器突破了传统仪器的特点，将传统仪器由不同硬件实现数据采集、分析与显示功能，改为由安装了不同功能软件模块的计算机及显示器，并配置相应接口的虚拟仪器平台来实现。
用户根据需要编制不同功能的测试软件可构成相应的测试系统。
本文基于虚拟仪器平台设计了光纤位移测试系统。
2.系统设计2.1光纤测位移原理光纤传感器是利用光在光纤中传播引起光干涉、衍射、偏振、反射、损耗等物理特征的变化,进行各种物理量测量的装置和器件。
反射式光纤位移传感器工作原理如图1所示：光纤采用Y 型结构，两束多模光纤合并于一端组成光纤探头，一束作为接收，另一束作为发射。
近红外二极管发出的近红外光经发射光纤照射至被测物，由被测物反射的光信号经接收光纤传输至光电转换器转换为电信号，从而使接收光纤输出的光强被其位移所调制。
反射光的强弱与反射物和光纤探头的距离成一定的比例关系，通过对光强的检测就可得知位置量的变化。
图1 反射式光纤位移传感器工作原理当光纤探头、光源、反射体、光电变换器和放大器确定后，放大器的输出电压就是反射体与光纤探头的距离的单值函数。
2.2测试系统构成测试系统由光纤探头、光电变换器、信号放大器、数据采集卡和虚拟仪器平台构成。
结构框图如图2所示。
其中光纤探头、光电变换器和信号放大器共同组成光纤传感器部分。
数据采集卡采用美国NI 公司的新一代多功能DAQ （Data Acquisition ）板卡NI PCI-6221。
NI PCI-6221 DAQ 卡是基于计算机标准总线的内置功能插卡。
DAQ 多功能数据采集卡在整个系统中起着PC 机与外部通信的桥梁作用，虚拟测试系统的集成度高低在很大程度上取决于多功能数据采集卡的资源和性能。
虚拟仪器平台由安装了虚拟仪器开发工具LabVIEW 和一台工控机上的组成。
光纤传感器检测被测物产生位移，再经过光电变换器及信号放大器放大，通过数据采集卡对来自光电变换器及信号放大器的输出信号进行模数转换、采样保持和放大，采入测试系统。
在LabVIEW 软件测试平台上，进行信号处理，完成光纤位移测试。
被测物反射面也可贴反射膜以获得较高的光功率耦合效率。
图2 测试系统结构框图3. 软件设计与实现虚拟仪器技术，就是用户在通用计算机平台上，根据测试任务的需要来定义和设计的测试功能，其实质是充分利用计算机来实现和扩展传统仪器功能。
软件开发是虚拟式测试系统的关键部分。
目前的虚拟仪器软件开发工具有如下两类，文本式编程语言如Visual C++，ΔX反射体发射光纤Visual Basic，Delphi、LabWindows/CVI等；图形化编程语言如LabVIEW，HPVEE等。
LabVIEW是目前系统测试应用最广、发展最快、功能最强的图形化软件开发集成环境。
同时，LabVIEW支持对多达几千种硬件设备进行数据采集；具有强大的数据处理功能和图形显示功能。
LabVIEW软件功能完善，最能体现虚拟仪器的风格，成为虚拟仪器系统开发的优秀平台[5]。
应用程序由两部分组成，前面板程序和流程图软件程序。
前面板程序实现虚拟仪器的面板功能即虚拟仪器的面板是通过软件实现的。
在LabVIEW中，将传统仪器上的各种旋钮、开关、显示屏等所有可能涉及的操作部件，都做成外形相似的控件，分类存于控制模板上。
根据需要选择合适的控件放在面板相应的位置上即可。
流程图软件程序定义虚拟仪器相应的测试功能。
在设计流程图时，所需各种功能函数（包括数学运算函数、信号分析函数、仪器驱动函数等）均由功能模板提供。
在LabVIEW中，将各种测试功能信号分析功能、文件操作以及I/O接口设备的驱动做成可供直接调用的库函数。
各库函数以图标的形式存放在相应功能的子模板上。
在设计流程图时，只需要根据欲完成的功能与操作，从模板上选择相应的图标放在流程图编辑窗口中相应的位置上即可。
在图形化的编程环境下，系统软件设计采用结构子模板中Sequence顺序结构。
测试系统运用了模块化的设计思想，主要实现以下基本功能，（1）实现DAQ卡的数据采集控制。
（2）采样数据间隔的设定和测试数据实时显示。
（3）利用数学分析子模板中Curve Fitting 曲线拟合中，Linear Fit线性拟合函数等对信号进行分析和处理。
（4）根据不同需要运用属性节点控制，对处理分析的结果进行显示。
图3 测试软件部分框图根据以上基本功能要求，系统测试软件界面采用Table VIs，在测试显示界面可实时显示测试数据，并完成测试前的基本设置，如记录数据采样间隔的设置、当前记录数据的显示。
通过标签实现测试界面和测试结果显示界面切换。
测试软件数据采集、显示和记录部分流程图如图3所示。
测试完成后切换到测试结果显示界面，点击测试结果显示按钮，可实现测试系统静态参数的自动计算、存储和显示。
如进行多次测量，点击多次测量记录按钮，可实现多次测量结果的记录和显示。
4.测试及结果分析在实际测试中，首先对光纤位移测试系统进行了静态标定。
光纤探头安装在平台探头支架上，探头垂直对准被测反射片中央，分辨率为0.01mm的螺旋测微仪安装在支架另一端，以带动反射镜片产生位移。
反射片由紧贴光纤探头开始，每0.25mm对比实验仪电压表读数和LabVIEW软件测试数据。
当光纤探头紧贴反射面时，发射光纤的光不能反射到接收光纤，故反射光纤输出为0，当反射面随螺旋测微仪渐渐地离开探头时，发射光纤发出的光被反射，接收光纤接收到反射光。
当整个接收光纤端面被全部照亮时，输出信号达到最大值。
当被测面继续远离光纤探头时，反射光的强度也随着减弱，部分反射光没有进入接收光纤，因此，反射光又随着距离的增大而减小。
光纤位移传感器的位移／输出电压特性曲线如图4所示。
图4 光纤位移传感器的位移／输出电压特性曲线光纤位移传感器的位移／输出电压特性曲线呈抛物线形，前坡工作灵敏度高，线性好，可测范围小。
后坡灵敏度低，动态范围大。
这与光强反射式光纤传感器理论上位移调制曲线完全吻合。
本系统所用的光纤位移传感器利用其线性较好的前坡进行测量。
PCI-6221 DAQ卡可根据输入信号范围设定可变的增益，并且每通道为12位ADC转换。
对于-5V ～+5V 双极性输入，最小可分辨电压为0.244mV 。
基于虚拟仪器技术的光纤微位移测试系统大大提高了位移测试精度，并且测试系统使用灵活、方便具有智能化数据的采集、处理和结果的显示。
5.结语本文运用现代测试领域广泛采用的美国国家仪器（NI）公司的虚拟仪器LabVIEW软件平台，开发了光纤位移测试系统。
完成了仪器操作界面设计、数据的采集、数据的分析、测试结果数据的显示和记录等功能。
性能稳定、可靠，操作方便，还大大地提高了原测试系统的精度。
增加了测试系统的可扩展性和灵活性。
本文作者的创新点：基于虚拟仪器的光纤微位移测试系统的设计，利用了光纤传感技术和虚拟仪器技术，开发光纤位移测试系统。
系统简化了测试操作步骤，提高了测量精度，增强了数据采集、处理和显示的智能化水平。
参考文献:[1] 何慧灵,赵春梅等.光纤传感器现状[J].激光与光电子学进展, V ol.41, No.3 2004.3[2] 雷振山,张凤梅,刘兆妮.基于光纤光栅和虚拟仪器的桥梁监测技术研究[J].微计算机信息,2005，9-1：128-130[3] 王克强，詹康生.基于虚拟仪器的光纤电流感测系统[J]．微计算机信息，2006，6-1：169-171[4] 邓炎,王磊.LabVIEW7.1测试技术与仪器应用[M].北京：机械工业出版社.2004.7[5] 刘君华.基于LabVIEW的虚拟仪器设计[M].北京：电子工业出版社.2003作者简介：赵兰（1971－），女，工学硕士，助教，研究方向为虚拟仪器，自动化仪表与过程控制Email aklj03@。
