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1、河 北 科 技 大 学 学 报第23卷 第4期JOURNALOFHEBEIUNIVERSITYOFVol.23No.4总第63期 2002年SCIENCEANDTECHNOLOGYSum632002 文章编号:100821542(2002)0420071205虚拟仪器技术及其应用初探1121周湛学,张文苑,杜永祚,于冬梅(11河北科技大学机械电子工程学院,河北石家庄 050054;21华北电力大学机械系,河北保定 070013)摘 要:将虚拟仪器技术应用于“机械工程测试技术基础”及“机械故障诊断”的实验中去,并用其技术作了信号分析实验、机械振动实验及噪声实验。S
2、DASÊ信号采集与分析系统在软件设计采用了“虚拟仪器”,硬件设计,采用EDA设计方法,硬件可靠性高,功能稳定。硬件接口采用了ISA总线,用中断方式和查询方式实现了数据采集,通过虚拟机驱动程序实现了与上位机的接口,成功地实现了对自行设计的ADöDA卡、信号预处理器的控制。关键词:虚拟仪器;动态测试;信号分析中图分类号:TH133;TH825文献标识码:A虚拟仪器技术发展非常迅速,是目前国内外测试技术界和仪器制造商十分关注的问题。虚拟仪器的发展取决于3个重要因素:计算机是动力,软件是主宰,高质量的AöD采集卡及调理放大器与传感器是关键。2000年河北科技大学测试组和华北
3、电力大学机械故障分析研究室共同研制和开发的用于教学科研的新一代的测试系统——SDASÊ信号采集与分析系统,把虚拟仪器引进了实验室,并将其技术应用于“机械工程测试技术基础”课及“机械故障诊断”课的实验中,达到了很好的效果。1 虚拟仪器在虚拟仪器系统中,硬件是为了解决信号的输入与输出,软件则是整个系统的关键。虚拟仪器可使用相同的硬件系统,通过不同的软件就可以实现完全不同的各种测量仪器的功能。虚拟仪器的测试功能和面板控制全部实现了软件化,即软件系统是虚拟仪器的核心,软件可以定义各种仪器,因此可以说:“软件即是仪器”。虚拟仪器所有的测量仪器主要功能由数据采集、数据测试和分析
4、、结果输出显示3大部分组成。其中数据分析和结果输出完全可由基于计算机的软件系统来完成,因此只要另外提供一定的数据采集硬件,就可构成由计算机组成的测量仪器。基于计算机的数字化测量仪器就称之为“虚拟仪器”。收稿日期:2001205225;修回日期:2002204223;责任编辑:卞铜身作者简介:周湛学(19542),女,江西吉安人,副教授,研究方向为机械工程测试技术。©1995-2005TsinghuaTongfangOpticalDiscCo.,Ltd.Allrightsreserved.72河北科技大学学报2002年 虚拟仪器是日益发展的计算机硬件、软件和总线技
5、术在向其他技术领域密集渗透的过程中与测试技术、仪器技术密切结合,共同孕育出的一项新成果。虚拟仪器的概念核心,是以计算机作为统一的硬件平台,充分利用了计算机独具的运算、存储、回放、调用、显示以及管理智能化功能。虚拟仪器是以计算机为硬件支撑的仪器,因此它是一种数字式智能化仪器。现有的数字化仪器都可以被虚拟,凡是数字化仪器应用的领域便是虚拟仪器的应用领域,虚拟仪器以其开放性、资源共享和价格低等优点,得到了广泛的应用。2 虚拟仪器技术引进实验室以前动态测试基本上是以硬件组成的专用信号分析仪处理,一般不能存储记录,存储记录信号只能采用多通道的磁带记录仪(价格昂贵)和多通道的光
6、线示波器,而光线示波器记录的信号很难用信号处理仪处理,所以对信号处理很难实现。动态测试分析的过程如下列框架所示。信号→传感器→放大器→记录仪→信号处理仪→结果这种测试过程的一个主要缺点是测试记录过程与分析处理是分为两大部分进行的,互相之间联系麻烦,不能实时检查结果。引进了虚拟仪器技术后,SDASÊ信号采集与分析系统是基于下列框架组成。信号→传感器→放大器→采集器→计算机→结果这种测试系统主要在通用计算机上利用AöD卡与以FFT为核心的数字信号处理软件就可以实现数据采集与分析。这种测试过程具有磁带机、示波器、信号处理机、波形分析、频谱分析、数据处理、故障诊断、声学分析
7、等多功能,实现了信号采集和记录处理一体化,具有强大功能,可以替代庞杂的仪器,是一个虚拟仪器库。3SDASÊ信号采集与分析系统311 硬件的设计方案本系统采用插卡型虚拟仪器,这种方式借助于插入计算机内的数据采集卡与专用的软件相结合完成测试任务。它充分利用计算机的总线、机箱电源及软件的便利,它的关键取决于AöD转换技术。本系统有对测点信号同时刻采集的性能要求,用一个AöD对多路信号同时采集,通过ISA总线对多个采样保持器(SHA)、模拟开关(MUX)和ADC进行管理,实现同时刻信号保持、分路AöD数字化和数据存储,如图1所示。图1 并行采集模块Fig.1Parall
