第五章_虚拟仪器测试系统

基于虚拟仪器技术的振动测试系统研究*罗颂荣(湖南文理学院机械工程学院，湖南常德，415003)摘要：为解决机械工程领域内振动测试所需仪器繁杂、成本高的难题，把虚拟仪器技术引入解决机械工程领域中的振动测试问题。

通过把计算机技术及数字信号处理技术有机结合，构建了以笔记本电脑和应用软件为核心的振动测试系统。

使用笔记本电脑和USB2008数据采集卡搭建了硬件平台，在此基础上实现了对各种信号进行的分析功能。

通过对实际测试结构分析，得到了与理论相一致的测试结果。

关键词：虚拟仪器技术；振动测试；LabVIEW；频率域中图分类号：TP274 TB52+3 文献标识码：A0引言计算机机技术与测试技术两门学科中的最新技术结合的产物就是虚拟仪器技术，其有机地融合了计算机接口技术、高速总线技术、图形软件编程技术、仪器原理和技术和测试理论。

虚拟仪器测试系统由硬件和应用软件两大块，具体来说其主要包括计算机硬件和具有图形界面特征的能够实现过程通讯、数字分析与处理的应用软件组成，允许用户根据自己的喜好把仪器厂家出厂定义的仪器功能进行自定义，用户根据自己的需要和要求有针对性地进行选择和使用，具有通用性强、适应范围广等特点。

1虚拟仪器系统构成在现场机械测试中，非常常见的一种测试是机械振动的测试，如车辆平顺性测试、发动机振动测试和齿轮故障诊断等。

测试过程的核心问题是对获取的振动信号进行信号分析，在测试中需要传感器、滤波器、记录仪、信号调理装置和谱分析仪等，所需仪器繁杂，精度要求高，且测试周期长。

开发的振动测试系统把计算机技术、仪器技术和数字信号处理技术等技术进行了有机地融合，构建了以笔记本电脑为核心的振动测试系统[1]。

用笔记本电脑和带USB接口的数据采集卡搭建了硬件平台来实现信号的获取，通过软件编程来实现仪器功能，完成信号分析。

该测试分析系统有两大部分组成，系统框图如图1所示。

1.1硬件部分被测对象的振动信号或参数被加速度传感器收集，通过信号处理装置进行放大后进行滤波等处理，接着通过数据采集卡，其被转换为计算机能够识别和运算的数字信号，最近送达笔记本电脑进行处理。

第一章测试1.下面哪个部分不属于测试系统的内部组成部分？（）A:被测对象B:信号调理装置C:分析/显示装置D:传感器答案:A2.在测试系统中，哪一个装置最重要?（）A:放大器B:传感器C:显示和记录仪器D:电桥答案:B3.测试系统的首要环节是（）。

A:信号处理装置B:传感器C:记录显示装置D:信号调理装置答案:B4.什么信号在变换、处理、传输和运用等方面更有明显的优点? （）A:电信号B:力信号C:光信号D:电压信号答案:D5.下面哪个部分能将非电量信号转换程电信号？（）A:信号调理装置B:传感器C:被测对象D:分析/显示装置答案:B第二章测试1.对于数字信号描述正确的是（）A:时间连续、幅值离散B:时间离散、幅值连续C:时间和幅值都离散D:时间和幅值都连续答案:C2.复杂周期信号的频谱是（）。

A:sinc函数B:连续谱C:δ函数D:离散谱答案:D3.描述周期信号的频谱采用的数学工具是（）。

A:拉氏变换B:相关函数C:傅氏变换D:傅氏级数答案:D4.下面哪一个不是周期信号的频谱具有的特点？（）A:谐波性B:离散性C:收敛性D:连续性答案:D5.在傅里叶变换的性质中奇偶虚实性代表的含义是：（）A:如果x(t)是奇函数，则傅里叶展开系数 an=0, bn=0, n=1,2,3,4,5,6B:如果x(t)是偶函数，则傅里叶展开系数 an=0, bn=0, n=1,2,3,4,5,6C:如果x(t)是偶函数，则傅里叶展开系数 an=0, n=1,2,3,4,5,6D:如果x(t)是奇函数，则傅里叶展开系数 an=0, n=1,2,3,4,5,6答案:D第三章测试1.属于传感器动态特性指标的是（）A:灵敏度B:线性度C:重复性D:固有频率答案:D2.一阶系统的动态特性参数是（）。

A:时间常数B:阻尼比C:线性度D:固有频率答案:A3.要使装置的输出波形形状不失真，须使该输出波形的各正弦分量的相位滞后（）A:与角频率成正比C:与角频率成反比D:与角频率无关答案:A4.用方程法求解回归直线时，误差最小的方法是（）。

基于虚拟仪器的VCU自动测试系统设计丁光林;崔根群;蔡永祥;郑子健【摘要】在纯电动汽车开发过程中,整车控制器的软件与硬件会频繁更新,为了快速匹配样件、提高测试效率、提升测试吞吐量,设计了通用自动化测试系统;该系统使用TestStand作为测试执行模块;在LabVIEW中开发了一套即时可用的测试动作库和驱动程序,动作库执行测试动作,通过TestStand引擎与驱动程序进行数据交互;设计了测试项目管理软件,覆盖VCU测试全过程并保证可追溯性;实际测试应用表明,该系统可以快速配置测试环境、生成可执行测试序列,能够高效地定位控制器缺陷,且运行稳定、通用性好.%The software and hardware of vehicle control unit will be updated frequently in the electric vehicle development process.In order torealize quick matching and meet the demand for higher efficiency and test throughput for VCU,designed a general automatic test system.The system consists of a ready-to-use test action library and device driver developed in LabVIEW,and uses TestStand as test execution module The test action library executes test activitiesand exchanges data with device driver through TestStand engine.Developed a test project management software that covers the whole VCU test process and ensures traceability.The results of practical test application verify that the system can match the unit under test rapidly,implement executable test sequences and spot defects efficiently with good stability and generality.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2017(025)004【总页数】3页(P5-7)【关键词】纯电动汽车;整车控制器;自动化测试;虚拟仪器【作者】丁光林;崔根群;蔡永祥;郑子健【作者单位】河北工业大学机械工程学院,天津300130;河北工业大学机械工程学院,天津300130;中国汽车技术研究中心,天津300300;河北工业大学机械工程学院,天津300130【正文语种】中文【中图分类】TP271整车控制器(vehicle control unit, VCU)是纯电动汽车电池、电机和电控三大系统的重要零部件之一[1-3]，其通过协调和控制各动力系统部件，完成整车级别的动力管理、能量管理和故障诊断等功能，对汽车的行驶性、安全性和续航里程起关键作用。

１２“！＊瓣麓…夺肥工一芳大警ＨｅｆｅｉＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ硕士学位论文ＭＡＳＴＥＲＤＩＳＳＥＲＴＡ’ｒＩ（）Ｎ＠论文题目：基于ＬａｂｖｌＥｗ的汽车ＮＶＨ澳ｊ试分析系统设计学位类别：学科专业：工程领域作者姓名：导师姓名学历硕士机械电子工程昧辉陈剑教攫可以直接使用，不需要进行编程加工，使用起来非常方便；它提出“把实验室拎着走”的口号，致力于中国虚拟仪器事业的发展壮大．随着计算机技术、仪器技术和网络通信技术的不断完善，虚拟仪器将向以下三个方向发剧埽】：（１）外挂式虚拟仪器ＰＣ．ＤＡＱ式虚拟仪器是现在比较流行的虚拟仪器系统，但是，由于基于ＰＣＩ总线的虚拟仪器在插入ＤＡＱ时都需要打开机箱等，比较麻烦，而且，主机上的ＰＣＩ插槽有限，再加上测试信号直接进入计算机，各种现场的被测信号对计算机的安全造成很大的威胁，同时，计算机内部的强电磁干扰对被测信号也会造成很大的影响，故以ＵＳＢ接口方式的外挂式虚拟仪器系统将成为今后廉价型虚拟仪器测试系统的主流。

（２）ＰＸＩ型高精度集成虚拟仪器测试系统ＰＸＩ系统高度的可扩展性和良好的兼容性，以及比ＶＸＩ系统更高的性价比，将使它成为未来大型高精度集成测试系统的主流虚拟仪器平台。

（３）网络化虚拟仪器尽管Ｉｎｔｅｍｅｔ技术最初并没有考虑如何将嵌入式智能仪器设备连接在一起，不过ＮＩ等公司已开发了通过Ｗｅｂ浏览器观测这些嵌入式仪器设备的产品，使人们可以通过Ｉｎｔｃｒｎｃｔ操作仪器设备。

根据虚拟仪器的特性，我们能够方便地将虚拟仪器组成计算机网络。

利用网络技术将分散在不同地理位置不同功能的测试设备联系在一起，使昂贵的硬件设备、软件在网络上得以共享，减少了设备重复投资。

现在，有关ＭＣＮ（ＭｃａｓｕｒｃｍｃｎｔａｎｄＣｏｎｎｏｌＮｅｔｗｏｒｋｓ）方面的标准正在积极进行，并取得了一定进展。

由此可见，网络化虚拟仪器将具有广泛的应用前景。

２．３虚拟仪器的硬件构成图２—４虚拟仪器构成图响应。

科技资讯科技资讯S I N &T NOLOGY I NFORM TI O N2008N O .13SC I ENC E &TEC HN OLO GY I NFO RM ATI O N工程技术1基于虚拟仪器技术数字示波器的设计1.1虚拟示波器的组成框图虚拟仪器是指用软件、硬件及其它附加设备把计算机转变为可用于测试、测量和应用于工业自动化领域的监测设备[1].本虚拟数字示波器主要由一块P C I 总线的多功能数据采集卡和相应的软件组成。

将它们安装在一台运行的P C 机上,即构成一个功能强大的可存储数字示波器。

该数字示波器操作与显示主面板如图1所示。

1.2仿真与实际信号的采集当用虚拟数字示波器进行测量时,意味着被测电路特性数据是事先知道的。

这里我们将解释获取信号的基本步骤,选择明确设置取决于被测信号,举例说明:有一个峰值电压为5V,1M Hz 的正弦波信号,连接到A 通道1:1的探头上。

首先我们设置通道参数,其次设置触发特性,然后开始采样获取波形,最后停止采样,保持最后的测试结果。

P CI 总线传输速率高,数据吞吐量大,是今后数据采集板卡设计的主流。

本设计采用的PCI －1200数据采集卡是一块性价比较好的产品,支持D M A 方式和双缓冲区模式,保证了实时信号不间断采集与存储。

它支持单极和双极性模拟信号输入,信号输入范围分别为－5～＋5V 和0～10V 。

提供16路单端／8路差动模拟输入通道、2路独立的D A 输出通道、24线的T T L 型数字I ／O 、3个16位的定时计数器等多种功能。

这些功能使得我们不仅可以用该卡设计虚拟示波器,也可以设计虚拟函数发生器或虚拟计数器,做到一卡多用。

1.3仪器功能本虚拟数字示波器设计参考了H P 公司的双通道台式数字存储示波器HP54603B 的功能,并在仪器分析和处理功能上有所扩展。

仪器主要功能包括:双通道信号输入、触发控制、通道控制、时基控制、波形显示、参数自动测量、频谱分析、波形存储和回放等。

南邮虚拟仪器课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解虚拟仪器的概念、原理及其在工程测试中的应用。

2. 学生掌握虚拟仪器的设计流程，包括硬件选择、软件配置和数据采集分析。

3. 学生能够描述至少三种常用的虚拟仪器模块功能及其操作方法。

技能目标：1. 学生能够运用所学的虚拟仪器知识，设计简单的数据采集系统。

2. 学生能够操作相关软件，对采集的数据进行有效的处理和分析。

3. 学生通过小组合作，解决虚拟仪器在使用过程中遇到的技术问题。

情感态度价值观目标：1. 培养学生对虚拟仪器技术的兴趣，激发其探索精神和创新意识。

2. 培养学生团队协作精神，提高沟通与协作能力。

3. 学生能够认识到虚拟仪器在现代工程技术中的重要性，增强其专业认同感。

本课程针对南邮学生特点，结合虚拟仪器课程性质，注重理论知识与实践操作的相结合。

通过本课程的学习，使学生具备虚拟仪器的基本知识和操作技能，为后续相关课程及工程实践打下坚实基础。

同时，注重培养学生的团队协作能力和创新精神，提高其综合素质。

教学要求明确，课程目标具体可衡量，以便于教学设计和评估的实施。

二、教学内容本课程教学内容主要包括以下几部分：1. 虚拟仪器概述：介绍虚拟仪器的定义、发展历程、分类及特点，使学生全面了解虚拟仪器的基本概念。

2. 虚拟仪器原理：讲解虚拟仪器的硬件组成、软件架构及工作原理，重点阐述数据采集、处理和显示的过程。

3. 虚拟仪器设计流程：详细讲解虚拟仪器设计的方法和步骤，包括硬件选择、软件配置、数据采集与处理等。

4. 常用虚拟仪器模块：介绍至少三种常用的虚拟仪器模块（如DAQ模块、信号发生器模块、数字万用表模块等）的功能、操作及应用案例。

5. 虚拟仪器软件：讲解虚拟仪器软件（如LabVIEW、MATLAB等）的基本操作、编程方法和数据分析方法。

6. 实践操作：安排学生进行虚拟仪器的设计、搭建和调试，巩固所学知识，提高实际操作能力。

教学内容依据教材章节进行安排，具体如下：第1章 虚拟仪器概述第2章 虚拟仪器原理第3章 虚拟仪器设计流程第4章 常用虚拟仪器模块第5章 虚拟仪器软件第6章 实践操作课程进度安排合理，保证学生在掌握基本理论知识的基础上，有足够的时间进行实践操作，提高教学效果。