虚拟仪器在机械工程测试技术中的应用研究

虚拟仪器在机械工程测试技术中的应用研究

摘要：随着计算机技术、软件技术和总线技术的快速发展，计算机和仪器的密

切结合成为了仪器发展的一个重要方向，这种计算机与仪器紧密结合的新型仪器

我们叫做虚拟仪器。本文介绍了虚拟仪器测试系统的设计过程，包括数据库的信

息管理，并以电机测试系统为例研究了虚拟仪器如何在测试技术中的应用。

关键词：虚拟仪器；机械工程测试技术；应用

1虚拟仪器测试系统设计过程

（1）需求分析。主要应根据所执行的任务确定设计输入，需求主要包括：在线监测、故障识别、参数检测等。研究和分析被测量对象的特征参数，比如转速、温度、压力以及振动等，通过分析确定系统需求，比如应根据实际需要测量的物

理量确定模拟量和数字量的通道数量及波特率，这里包括输入的数量和输出的数量，是否具有振动及噪声快变信号采集需求以及通讯需求。

（2）系统平台搭建。根据需求分析得到的结果，选用适合的系统硬件，虚拟仪器的特点是将计算机与仪器的密切结合，这里的计算机包括PC平台以及嵌入

式平台，PC平台通用性较强专用性较差，后期开发难度相对较小，嵌入式平台专用性较强通用性较差，后期开发难度相对较大。可以根据实际情况，选择相应的

平台，如NI公司的LABview开发平台。开发硬件平台确定后，确定硬件构成，一般应选择首选有成熟应用案例的板卡，这里还是要按照模拟量、数字量等实际需

求选用。

系统硬件确定后，进行软件开发。仍然围绕系统需求，制定软件构架，软件

构架制定的好坏，决定了未来软件的可靠性、安全性、可伸缩性、可定制化、可

扩展化、可维护性、客户体验等一系列特性。然后才是算法和数据结构，也就是

程序的制定和实现。现代虚拟仪器往往配备高度图形化的编程环境，封装大量的

成熟的算法可以直接使用，从而保证了信号处理的正确性，比如FFT算法等，往

往不需要重新编写底层算法，只需要合理调用即可，程序需要仿真运行，以确保

需求得以可靠实现。

充分考虑了系统的可维护性，软硬件均采用模块化设计，以使每个模块都具

有良好的可复用性和维护性。硬件系统的传感器、调理电路、A/D转换及数据采

集均为独立模块，便于维护保养并具有良好的通用性，比如采集卡为USB接口，

更是充分利用了其即插即用和热插拔特性，以使其跨平台使用时具有便捷、快速。在系统需要修改或升级时，只需改变升级相应模块或组件即可。

有些系统需求中包含对数据库的要求。便于系统进行学习、查阅和检索。同

时对结果进行储存与管理，以便于信息的查询和调用。这里一个值得重视的环节

是存储机制的选择，使得有效的数据得以记录，但不至于占用过多的系统资源。

（3）调试。完成平台搭建不等于完成整个开发工作，调试工作是完成和实现系统需求的重要环节，通过调试可以进行纠错，发现设计输入的错误和软件开发

的错误，通过调试可以发现设计输入中隐性的需求，而在软件开发过程中没有得

到体现的部分。总之，通过调试，实现传感器、下位机和上位机的协调统一，确

保需求的实现。调试完成后进行系统封装。

2虚拟仪器数据库

在虚拟仪器系统的开发过程中，一般的做法是利用虚拟仪器本身提供的数据

存储功能。然而，如果虚拟仪器本身提供的存储容量比较有限，就需要用到专业

的数据库来进行数据的管理，采用mySQL或LabSQL，第三方开发数据库工具包。

也是一种基于ADO(ActiveXDataObject)技术的数据库访问方式，这也是基于模块化设计的思想。。

表1 系统需求示例

图1 系统平台硬件框架

图2 系统平台软件流程

3虚拟仪器测试系统示例

本文下面以电机测试系统为例，说明虚拟仪器测试系统的设计过程。

（1）系统需求

电机测试平台，其目的是通过电机的运行，测量空载、负载以及超载时的电机性能及内部参数。电机性能包括电流、出力、温升等。测试结果需要与远程计算机通讯，实现实时通讯，通讯类型为RS485。

（2）系统平台搭建

根据系统需求，搭建如下硬件框架和软件流程。

总之，研制基于虚拟仪器系统的工程机械测试系统，是新的技术背景和应用需求的前提下研制的符合仪器系统的智能化、集成化、积木化的发展趋势，便于系统的维护和功能扩展，具有一定的工程意义。

参考文献：

[1]林颖，常永贵，李文举，等.基于虚拟仪器的振动测试系统设计[J].机床与液压，2008，36（3）：131134.

[2]张文苑，秦志英.虚拟式振动测试系统的研发和应用[J]. 现代制造工程，2003（8）：6870.

[3]李冰.虚拟仪器技术的研究[D].黑龙江：大庆石油学院，2005.

[4]伍星华，王旭.国内虚拟仪器技术的应用研究现状及展望[J].现代科学仪器.2011年8月.