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
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。
汽车测试基础智慧树知到答案章节测试2023年西华大学
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（）。
无人机虚拟仪器测试系统设计应用研究
ｐｅｆ ｒ ｎ ｅ ｏ ｈ ｅ ｏ ｓ ａ ｏ ｔｏ ｌ ｇ—ｃ ｍｐ ｔ ｒｉ ｒｏ ｍａ ｃ ｆｔ ｅ ｓ ｎｓ ｒ ｎｄ ｃ ｎ ｒ ｌｉ ｎ ｏ ｕ ｅ ｎ ＵＡＶ， ｉ ｈ ｉ ｏ ｎ ｙ ｐ ｏ ｉｅ ｔ ｏ ｅ — ｗｈ ｃ ｓ ｎ ｔｏ ｌ ｒ ｖｄ ｄ ｗｉ ｓ ｍｅ ｆａ ｈ ｔ ｒ ｓ，ｓ ｃ ｓ ｕ ｉｅ ｓ ｌ ａ ｔｍａｉ ｎ ａ ｄ ｉ ｔｌｅ ｔ ｌｔ ｕｅ ｕ ｈ ａ ｎ ｖ ｒａ ， ｕ ｏ ｔｏ ｎ ｎ ｅｌｃｕａｉ ｙ，ｂ ｔａ ｓ ａ ｃ ｕ ａｅｙ ｃ ｌｅ ｔ ｓ ｔ ｅ ａ ｄ ｓｏ ｅ ｕ ｌｏ ｃ ｎ ａ ｃ ｒ ｔｌ ｏｌｃ ， ｅｔ ｎ ｔｒ ｌ ｔ ｅ ｄ ｔ ｎ ｒ ａ ・ｉ ｎ ｈ ａａ ｉ ｅ ｌｔｍｅ ａ ｄ．Ｔ ｙ ｔ ｍ ｓ ｓ ｃ ｅ ｓｕ ｌ ｐｐｉ ｄ ｉ ｈｅ ｓ ｓｅ ｉ ｕ ｃ ｓ ｆ ｌｙ ａ ｌｅ ｎ ａ ＵＡＶ． Ｋｅ ｒ ＵＡＶ Ｔｅ ｔｓ ｓｅ ｙ ｗｏ ｄｓ ｓ ｙ ｔ ｍ Ｖｉ ａ ｎ ｔｕ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｙ Ｐ ｔ ｌＩ ｓｒ ｍｅ ｔｔ ｃ ｎ ｌｇ ＸＩ ｕ
５ 磁航 向传感器 ） 主要 测试 ： 电 电 源 电压 、 耗 电流 、 态字 检 供 消 状
２ 能够 完成无 人 机部 件测 试和 整机 测试 ； ） ３ 在不 改变 硬件 结 构 的情 况 下 ， 以通 过 修 改 ） 可 软件完 成 对多种 同类 型部 件 和不 同类 型部件 的测 试
《虚拟仪器系统》课件
虚拟仪器系统的发展历程
起源
20世纪80年代，随着计算机技 术的不断发展，人们开始尝试 将计算机应用于测试和测量领
域。
发展阶段
20世纪90年代，随着计算机性 能的提高和软件技术的不断发 展，虚拟仪器系统开始得到广 泛应用。
当前状况
目前，虚拟仪器系统已经成为 测试和测量领域的主流技术之 一，被广泛应用于各种领域。
远程控制技术
远程控制技术是虚拟仪器系统 的关键技术之一，它负责实现
远程控制和监测功能。
远程控制技术需要具备跨网络 、安全可靠和实时性等特点， 以便在不同的地理位置和网络 环境下进行远程控制和监测。
远程控制技术还需要支持多种 通信协议和数据格式，以便与 各种设备和系统进行无缝集成 。
远程控制技术还需要提供易于 使用的API和用户界面，以便开 发人员能够快速地构建远程控 制应用程序。
随着测试数据的不断增加，如何高 效地处理和分析数据成为虚拟仪器
系统面临的技术挑战之一。
B
C
D
可靠性和稳定性
在长时间运行和高负载测试环境下，虚拟 仪器系统需要具备高可靠性和稳定性。
标准化和互操作性
为了实现不同虚拟仪器系统之间的互操作 和数据共享，需要制定统一的标准化规范 。
虚拟仪器系统的应用前景
工业自动化
虚拟仪器驱动技术还需要支持多种通 信协议和数据格式，以便与各种硬件 设备进行无缝集成。
虚拟仪器驱动技术需要具备跨平台、 可移植性和可扩展性等特点，以便在 不同的操作系统和硬件平台上运行。
虚拟仪器驱动技术还需要提供易于使 用的API和用户界面，以便开发人员 能够快速地构建虚拟仪器应用程序。
信号处理技术
数据库管理技术
数据库管理技术是虚拟仪器系 统的关键技术之一，它负责对 各种数据进行分析、处理和管 理。
基于网络的虚拟仪器测试教学实验系统
ｃ ／ ｓ模式 是 网络 通 信 中 常用 的一 种 模 式 ， 通 常集 散控 制 系统 多采 样这 种结 构 。它一 般 有多个 客户 端来 采 集数 据 ， 而 通 常有 一 个 服 务 器 充 当数 据库 的角 色 ， 客 户端 通 过 通 信 协 议 把 测 试数 据 写 入远 程服 务器 数据 库 。ｃ ／ ｓ模 式 需要 做两 个 方 面
在虚拟仪器测试实验 系统中的综 合应用 。 中图分类号 ： Ｔ Ｐ ３ ９ １ ． ９
近年来 ， 随着计算机技术 、 通信技术 以及仪器
技 术 的发 展 ， 虚 拟 仪器 （ Ｖｉ ｒ ｔ ｕ ａ ｌ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｒ ｕ ｍｅ ｎ ｔ ｓ ， ＶＩ ） 技 术 得到 前所 未 有 的 迅猛 的 发展 ， 鉴 于 其技 术 层 面上 的多样 性 ， 虚 拟 仪 器 技 术 也 成 为 当 前 国 内外 测 试技 术 和仪 器制 造界 十分 关 注 的热 门话 题 ｌ ＿ １ ］ 。 对 于虚 拟 仪器 测 试 实 验 室 来 说 ， 要 达 到 一 定 数 量 的设备 才 能 满足 教 学 实 验 的要 求 ， 因此 要 求 所 有 的计算 机 软硬件 、 仪 器设 备 、 前端 装置 都要 购 置 或开 发多 套 ＿ ５ ］ 。为 了节 约成 本 ， 采 用 网络 技术 ， 构建 基 于 网络 的虚拟 仪器 测试 实 验系 统成 为必 要 手段 ［ － 唱 ］ 。同 时 ， 网络化 的测试 系统也 为远 程 测试 和监 控提 供 了方 法和 技术 途径 。
的 网络 应用 效果 。
２ 网络技术 在虚拟 仪器教 学实验 系 统 中的应用
２ ． １ 网络化 虚 拟仪器 教 学实 验 系统的特 点
【优秀版】现代测试技术与系统PPT
2）以个人计算机为核心的个人仪器测试 系统，如图1-5、1-6所示。
具有测量功能的模块或仪器卡直接与个人 计算机的系统总线相连。仪器的测试功能由在 个人计算机上开发的测试应用程序实现。
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智能仪器：采用专门的微处理器、存储器 和接口芯片，与仪器测量部分融合在一起。
自动测试系统：是用现成的PC配以一定 的硬件和仪器测量部分组合而成。
虚拟仪器：是将测试仪器软件化和模块 化，并与计算机结合构成的仪器系统。
1. 智能仪器
智能仪器是指包含微计算机或微处理器的 测量或检测仪器。具有对数据进行存储、运 算、逻辑判断及自动化操作等功能。它具有的 软件功能使仪器呈现某种智能作用。
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智能仪器的特点： （1）操作自动化； （2）具有自测功能； （3）具有数据处理功能； （4）具有友好的人机对话能力； （5）具有可程控操作能力。
2. 自动测试系统 自动测试系统是以PC为核心，在程序控 制下自动完成测试任务的仪器系统。 其发展分为3个阶段：第1代专用型，第 2代积木型，第3代模块化集成型。
2）测量精度高，性能好； （1）第1代自动测试系统 常见的自动测试系统一般由测试控制器、可程控测试仪器、标准数字接口总线、测试软件等组成。
系统中的嵌入式计算机、模块化仪器均以总线插卡的形式出现，插入带有总线插座、插槽、电源的VXI、PXI总线机箱中。 年10月22日星期二 系统中的嵌入式计算机、模块化仪器均以总线插卡的形式出现，插入带有总线插座、插槽、电源的VXI、PXI总线机箱中。 （2）第2代自动测试系统 虚拟仪器是在以通用计算机为核心的硬件平台上，由用户自己定义，具有虚拟面板，测试功能由测试软件实现的一种计算机仪器系统 。
基于虚拟仪器的VCU自动测试系统设计
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。
硕士论文-基于LabVIEW的汽车NVH测试分析系统设计
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。
机械工程测试课件4
三峡大学机械与材料学院
第三类：GBIB总线方式的虚拟仪器 GPIB总线(General Purpose Interface Bus), 即IEEE488通用接口 总线,是HP公司在70年代推出的台式仪器接口总线, 因此又叫 HPIB(HPInterfaceBus)。 该标准总线在仪器、仪表及测控领域得到了最为广泛的应 用。这种系统是在微机中插入一块GPIB接口卡,通过24或25线 电缆连接到仪器端的GPIB接口。 当微机的总线变化时, 例如 采用ISA或PCI等不同总线,接口卡也随之变更,其余部分可保 持不变, 从而使GPIB系统能适应微机总线的快速变化。由于 GPIB系统在PC出现的初期问世, 所以有一定的局限性。如其 数据线只有8根, 用位并行、字节串行的方式传输数据,传输 速度最高1ＭＢy/ｓ,传输距离20ｍ(加驱动器能达500ｍ) 。
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第三代自动测试系统 第二代自动测试系统虽然比人工测试显示 出前所未有的优越性，但是在这些系统 中，电子计算机并没有充分发挥作用， 系统中仍是使用传统的测试设备(只不过 是配备了新的标准接口)，整个系统的工 作过程基本上还是对传统人工测试的模 拟。于是出现了虚拟仪器。
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自动测试系统发展历程 自动测试技术源于70年代，发展至今．大致 可分为三代，其系统组成结构也有较大的不 同。
第一代自动测试系统
第一代自动测试系统多为专用系统，通常是 针对某项具体任务而设计的。其结构特点是 采用比较简单的定时器或扫描器作为控制器， 其接口也是专用的。因此，第一代测试系统 通用性比较差。
固定
只可连有限的设备
功能单一，操作不便
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虚拟仪器的分类:
基于虚拟仪器技术的电子设备测试系统
其主要特点 有 ：交互 式 的程序 开 发 ，功能 强大 的 函 数库 ，灵活 的程序 调试 手 段 ，高 效 的编 程环 境 ，开 放式的框架 结 构 以及 集 成 式 的 开 发环 境 。Ｌｂ ｎ ａＷｉ— ｄｗ／ Ｖ 主要应 用在各 种测试 、控制 、故障分 析及 ｏ ｓＣ Ｉ 信息处理软件 的开发 中 ，成为 测 控领域 最受 欢 迎 的
２０ ０ ７年 １月 ２ 日收 到 ９
计算 机是 整个 测试 系统 的控制 中枢 ，它配备 有
标准的总线接 口与测试资源连接 ， 并通过软件的运
行 和用 户 的操 作来 完成测 试 、数据处 理 、数据显 示
和 系统管 理 。 １ ２ 测试 资 源 ．
第一作者简介 ： 杨
健 ， ， 士研究生 。研究方向 ： 男 硕 弹药智 能化 与
（ ）制定 程序 的基本 框 架 １ 根 据任务 需求 分析 确定 程序 的基 本框 架 ，如程 序界 面 、程序 中所 需 的函数 等 。
（ ）创建 用户 图形界 面 ２
一
个好 的应用 系统 应 该具 有 良好 的用 户 界 面 。
统拟 采用 由 Ｐ Ｉ 线 测 试 仪 器 构 成 通 用 的测 试 平 Ｘ 总 台 ，并辅 以专 用 的适 配器 和测试 附件 ，以适 应不 同
测试设备的要求 。系统的硬件组成如图 １ 所示 。
ｒ … … 一 … 一 … 一 一 １
这就决定了其功能的单一性和通用性差等特点。 虚拟仪 器是一 种全 新 的仪器概 念 ，是基 于计 算
主要 由通用计算机 和基于 Ｐ Ｉ ＰＢ总线技术的功能化硬 件模块组成 。用 户可以通过编 写测试软件驱动硬 件平 台，代替传 Ｘ 、Ｇ Ｉ 统的仪器完成测试任务。 由于可 以按 照 自己的需求设定测试任务 ，因此能够 实现测试平 台的通用化 ，最大 限度地 减少 了仪 器 的数量 ，同时也提高 了测试 系统的可维护性。
基于虚拟仪器技术的示波器测试系统
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。
虚拟仪器的结构及工作原理
用程序将通用计算机和必要的数据采集硬件结合起 来， 在计算机上创建的一台仪器， 它是现代计算机技术 和仪器技术深层次结合的产物，是当今计算机辅助测 试 （5R< ） 领域的一项重要技术。 虚拟仪器是具有虚拟面板、测试功能由测试软件 实现的一种计算机仪器系统。使用者用鼠标或键盘操 作虚拟面板， 就如同使用一台专用测量仪器。 虚拟仪器 的出现使测量仪器与个人计算机的界线模糊了。 “虚 拟” 主要包括以下两方面的含义。 虚拟的虚拟仪器面板。虚拟仪器面板上的各种 C）
CB:= & 5Q% ， 38D Q%SL 等编程语言，在短时间内轻松完
成美观而又实用的虚拟仪器面板的设计。 由软件编程来实现的虚拟仪器测量功能。在以 D）
P5为核心组成的硬件平台支持下，虚拟仪器不仅可以
通过软件编程设计来实现仪器的测试功能，而且可以 通过不同测试功能的软件模块的组合来实现多种测试 功能。因此在硬件平台确定后有 “软件就是仪器” 的说 法， 这也体现了测试技术与计算机技术深层次的结合。
虚拟仪器的构成框图
它是以 *$!+ 标准总线仪器与计算机为 *$!+ 系统： 仪器硬件平台组成的虚拟仪器测试系统。 它 是 以 ,-! （,01234 1567849:8 ;:< !8= ,-/ 系 统 ： 标准总线仪器模块与计算机为仪器硬件平台 46<3>786） 组成的虚拟仪器测试系统。
$-! 系统：以$-! 标准总线仪器模块与计算机为仪
@68>8@?;>= BG H4>?78A 49=?>7I;9?J =9> ,-&?( H4>?78A 49=?>7I;9?；@BIF7?;> ；% & ’ KB49? :$"@-&A( )??&9(( L;4684 54?M <;@69BABNM 5BAA;N; ， *"#*$$，L;4684，O689CB9N P>BH49@;，56498
一种基于Labview的虚拟仪器测试分析系统
器系统 以及 这三者之 间的任意 组合。使其构成特定 的接 口 硬件与被测对象进行数据通信 。所以硬件选择要根据测试分 析 系统的要求和系统 的功能来确 定仪 器必需 的硬件模块 ， 以 便用最少 的模块实现仪器的最佳功能。当基本硬４ｒ定 以后 ， ｑ￣ － 就可以通过不同的软件实现不同的功能。系统构成如图 １ 。 由图可以看出 ： 一个完整 的虚拟 仪器 系统 结构 ， 一般来 说分为 四层 ：）测试管理层一 它可以使用户 自己定义 ， １ 自己 设计 ， 建立 自己的测 试仪器 。２ ）应用程 序开 发层一 如 Ｌ ｂ ａ— ｖ ｗ软件 ， ｉ ｅ 用户 可以用这类软件进 行深层 开发以扩展仪器原 有的功能 ， 来满足 多种 多样的应 用要求 。３ ）仪器 驱动层一 ａ ￣ｅ Ｌ ｂ ｗ 中配置了多个 标 准的 ＶＩ要实 现系统 的功能控 制 ， ， 数据采集 卡既可 以采用 ＮＩ 直接支 持的硬件 ， 可采用其它 也 采集硬件 。不 同之 处是需 要使用 Ｌ ｂ ｅ 的调用 动态 连接 ａ ￣ ｗ 库功能 ， 或通过写 Ｃ Ｎ接 点 的方法来 编写 驱动第 三方 硬件 Ｉ 的驱动程序 。４ ／ ）ＩＯ总线 驱动层一用于 将不 同类 型的实际 仪器通过相同标准 的总线连接起来 ， 形成一套完整的测试系 统。操作人员可通过其友好 的 图形 化用户界 面以及 图形化 编程语言来控制仪器 的启动 、 行和结束 ， 对被测 信号 运 完成
数据陈述和用户界面子 ｖ 即可快 速地创建虚拟仪器 。 Ｉ
２ ａ￣ ｗ虚拟仪器 系统构 成原理与检测应用分析 Ｌ ｂ ｅ
２ １ 基 于 Ｌ ｂ ｗ 虚 拟 仪 器 开 发 平 台 设 计 ． ａ￣ｅ
１ 虚 拟仪器 与 Ｌ ｂ ｉ ａｖ ｗ ｅ
１ １ 虚 拟仪 器 的概 念 及 特 点 ．
基于网络的虚拟仪器测试系统
C,C++和Visual Basic在这些系统中都被支持。 对与Windows，VISA支持GPIB、VXI、GPIB-VXI、Serial(RS-232) 以及局域网接口。在Windows NT中，对VXI接口支持的VISA仅能运行 在Agilent 嵌入式的VXI控制器产品中。一台网络计算机能够通过网络访 问配置VISA地址譬如GPIB接口地址上的仪器。 2.4 VISA编程 在VISA的编程中需要了解VISA的一些机制: VISA的资源和属性、会 话使用、 发送I/O命令、使用事件与句柄、捕抓错误等等。 VISA资源:在VISA中，任何VISA可以提供通讯的器件（如电压 表）都可以定义为一种资源。对于一个完善的VISA系统，VISA定义完全 符合VXI即插即用联盟的规范的六种资源类可以被执行。 VISA属性: 属性是和各种资源或会话相关联的。你可以使用属性 来决定资源或会话的状态或设置资源或会话为指定的状态。 譬如，你可以通过viGetAttribute函数来读取指定会话、事件、查找列 表的属性的状态。有只读和读写的属性。通过使用viSetAttribute函数 来修改指定的会话、事件或查找列表的读写属性。 传递给viGetAttribute函数的指针必须指向那个属性的准确类 型:ViUInt16,ViInt32,等等。譬如，当读取一个返回ViUInt16值的属性 的状态时，你必须声明那个属性的变量和使用它来存储返回的数值。如 果ViString被返回，你必须分配一个数组和传递那个数组的指针给那个 返回的数值。 对于C和C++程序，你必须在每一个文件的开始处添加包含VISA调用 函数visa.h头文件:#include “visa.h”这个头文件包含了VISA函数的 原型的声明和所有VISA的常量和错误代码的定义。Visa.h头文件也包含 了visatype.h头文件。 该visatype.h头文件对VISA的所有类型进行了定义。VISA的各种类型贯 穿了整个VISA，对函数中用到的数据进行类型定义。 而关于会话，会话其实是一个通讯通道。会话必须在默认的资源 管理器中被首先打开，接着是你将会使用的每一种资源。首先，你必须 通过默认资源管理器的viOpenDefaultRM函数来建立一个会话。这个函 数的第一次调用用来初始化默认的资源管理器并返回该资源管理器会话 的会话。你仅需要打开默认资源管理器一次就可以了。然而，后来的对
南邮虚拟仪器课程设计
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。
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模块化 仪器系统
第四代仪器系统
虚拟仪器 及系统
软件仪器自定义 型
特定设计专用型 台式仪器积木型 模块仪器集成型
虚拟仪器的基本概念
➢ 什么是虚拟仪器?
• 所谓虚拟仪器, 即是以计算机为基础 ,配以相应测试功 能的硬件作为信号输入输出的接口, 完成信号的采集、 测量与调理,从而完成各种测试功能的一种计算机化仪 器系统。
• 虚拟仪器（VI，Virtual Instrumentation）：是一种以 计算机和测试模块的硬件为基础、以计算机软件为核 心所构成的，并且在计算机显示屏幕上虚拟的仪器面 板，以及由计算机所完成的仪器功能，都可由用户软 件来定义的计算机仪器。
• 如：虚拟示波器
Vi 输入电路
A/D
RAM
控制系统
易与网络及其他周边设备互连
无限的显示选项、界面友好
传统仪器 专用硬件系统 开发时间长、技术要
求高、系统功能较 专一
开发与维修开销高
长（5~10年） 价格昂贵 厂商定义仪器功能，
刚性
封闭、固定
功能单一的独立设备
有限的显示选项
虚拟仪器的基本功能
• 虚拟仪器的内部功能，可划分为信号采 集与控制、数据分析与处理、结果表示 与输出三大功能模块。
• 什么是LabVIEW ?
LabVIEW (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench, 实 验室虚拟仪器工程平台 ) 是美国 NI 公司 推出的一种基于 G 语言 ( Graphics Language, 图形化编程语言 ) 的虚拟仪器 软件开发工具。
虚拟仪器测试系统的硬件系统
• 传感器：它的作用是将被测信号转换为与之有 对应关系电信号。如测速发电机、流量传感器 等。
• 信号调理模块：
• 信号调理就是将待测信号通过放大、滤波等操 作转换成采集设备能够识别的标准信号，包括 功率放大、电气隔离等。NI公司的仪器信号调 理板卡SCXI是LabVIEW软件直接支持的一个 信号调理板卡，LabVIEW环境中调用非常方 便.
1、测试管理层 用户使用虚拟仪器生产厂商开发的测试管理程序，组成自己的 一套测试仪器，这是虚拟仪器的优点之一，它可以方便地使 用户根据自己的需要，建立自己的测试仪器。
2、应用程序开发层 用户使用应用程序开发软件进行深层开发，以扩展其原有的功 能。
3、仪器驱动层 连接上层应用程序与底层I/O接口仪器的纽带和桥梁。是完成 对某一特定仪器的控制与通信的软件程序集合。
比较内容 系统构成
虚拟仪器 软件和通用硬件。软件是关键
开发周期
开发时间短、技术要求低、系统 通用性强
开发费用
技术更新周期 价格
软件使得开发和维护费用降至最 低
短（1~2年）
价格低、可复用与可重配置性强
功能可塑性 用户定义仪器功能，柔性
系统开放性
构成复杂系统 能力
人机交互
开放、灵活，与计算机技术同步 发展
PC机
• 虚拟数字电压表
• 基于虚拟仪器的 温度检测与控制
• 虚拟仪器之“虚拟”含义：
• 虚拟仪器面板；
• 软件实现仪器功能。如：基于高速数据采 集硬件，通过计算机软件编程可实现“虚 拟示波器”、“虚拟频谱仪”、“虚拟交 流数字电压表”、“虚拟频率计”、“虚 拟相位计”等不同仪器。
虚拟仪器与传统仪器的比较
• 端子：是在框图程序和前面板之间或者在框图 程序的节点之间进行数据传输的接口。
• 连线：连线是输入和输出端子间的数据通道， 代表程序执行过程中的数据流。类似于普通程 序中的参数。
• 结构：传统编程语言中循环、条件结构等的图 形化表示。
• 程序框图的设计就是将函数选板上的结 构、函数节点和前面板对象在程序框图 的接线按照一定的方式和顺序用连线连 接起来。
被测信号
I/O 接口设备 PC-DAQ 系统
GPIB 系统 VXI 系统 PXI 系统 串口系统
计算机
• （1）基于PC总线的虚拟仪器
• 内置PC总线（如ISA、PCI、PC/104）的通用数据采集 卡 （DAQ，Data AcQuisition）。
• （2）基于GPIB通用接口总线的虚拟仪器
• 国际标准（IEEE488.1和IEEE488.2），技术成熟； • 但其数据传输速度一般低于500Kb/s，对测试速度要求
第五章 虚拟仪器测试系统
• 虚拟仪器 • 基于虚拟仪器的测试系统 • LabVIEW开发环境
5.1 虚拟仪器
• 虚拟仪器是计算机硬件资源、仪器与测 控系统硬件和虚拟仪器软件资源三者的 结合。
• 1、测量仪器的发展历程 • 2、虚拟仪器的基本概念 • 3、虚拟仪器与传统仪器的比较 • 4、虚拟仪器的基本功能 • 5、虚拟仪器的基本组成部分
• G 与其它基于文本的编程语言的重要区别: G是图形化的编程语言
• LabVIEW8.5的启动界面
前面板和程序框图
前面板组成： 输入控件和
显示主控菜件单栏
输入控件： 按钮、旋钮、 转盘 显示控件： 图标、指示 灯
• 框图程序构成三要素
• 节点：程序框图上的对象，带有输入输出端， 是程序执行元素，类似于传统文本编程语言程 序中的语句、操作符、函数或者子程序。
• 信号采集与控制主要由虚拟仪器的通用 硬件平台，并配合仪器驱动程序共同完 成，而数据分析与处理、结果表达与输 出则主要由用户应用软件完成。
虚拟仪器的基本功Biblioteka 组成虚拟仪器的基本组成部分
• 硬件和软件两大部分构成。 • 硬件是基础，软件是核心。
• 硬件平台
计算机（核心） I/O接口设备（信号采集、放大和模数转换）
• 数据采集卡：它是外界信号进入计算机的 通道，在这个通道中要实现A/D转换、放 大或缩小、光电隔离等。选择数据采集卡 时，需要注意以下一些问题：数据分辨率、 精度、最高采样速度、通道数、总线接口 类型。美国NI公司的数据采集卡很好，但 价格贵，这里选用声卡价格便宜，功能也 够用。
• 计算机（LabVIEW）：它的作用是数据 采集，分析，显示和记录。
很高的场合不太适用。
• （3）基于VXl总线的虚拟仪器
• 具有模块化、系列化、通用化、“即插即用”及VXI仪 器的互换性和互操作性。
• 但价格相对较高，适合于高端的测试领域。
• （4）基于PXI总线的虚拟仪器
• 兼容PCI总线产品。 • 集CompactPCI的高性能和VXI可靠性，性价比最好。
• 软件（一套完整的虚拟仪器系统的软件结构一 般分为四层）
控制选板
控制模板只用于前面 板，用来创建控制器 和指示器。模板中显 示的是一些子模板的 图标，点击图标即可 弹出该图标下的子模 板。
函数选板：用于创建流程图程序
数据流编程模式
例1-1 例1-2
本章小结
• 1、虚拟仪器定义 • 2、虚拟仪器构成 • 3、LabView开发环境 • 4、 LabView是数据流编程模式
例：虚拟电压表界面（ LabVIEW前面板编程）
例：虚拟电压表程序（ LabVIEW流程框图）
➢ 什么是 G ?
• 是一种带有各种函数库的编程语言 ;
• 提供了专门用于数据采集和仪器控制的函数 库与开发工具
• 使用 G 语言编制的程序称为虚拟仪器程序 （Virtual Instruments，简称VI ）。
测量仪器的发展历程
第一代电子仪器 第二代电子仪器 第三代电子仪器 第四代电子仪器
数字化
计算机化
模块化
模拟仪器
数字仪器
智能仪器
个人仪器
计算机嵌入到 仪器中
仪器模块嵌入 计算机中
模拟式自动测试系统 第一代测试系统 第二代测试系统 第三代测试系统
数字化
标准化
模块化
扫描 测试系统
专用 测试系统
GPIB 仪器系统
• 在程序框图的设计过程可以通过即时帮 助窗口来查看结构或函数的使用方法。
LabVIEW环境的三个选板
• LabView环境的三个选板： • 工具选板 • 控件选板 • 函数选板
工具选板
• 使用工具模板中的工 具可创建、修改和调 试VI。当从工具模板 中选择了某种工具后， 鼠标光标就变为该工 具的形状，表示可以 进行某类操作。
实验一 LabVIEW基本操作
• 练习1-1——p17 • 创建一个VI程序，比较两个数，如果两
数相等则灯亮。 • 创建一个VI程序并调试，使用滑动控件
输入3个数A、B和C，求 (B+C) A－20， 确定运算结果的范围，并使用数值、表 盘和温度计正确显示结果。设计和编辑 前面板，使界面美观、实用。
虚拟仪器测试系统的软件系统
• Labview
总结
• 虚拟仪器的概念 • 虚拟仪器的基本功能 • 虚拟仪器的基本组成部分 • 基于虚拟仪器的测试系统
作业：
• 1、测试测量仪器经历了哪几个阶段 • 2、什么是虚拟仪器？特点？ • 3、虚拟仪器的系统组成？
1.3 LabVIEW开发环境
• 什么是LabVIEW • 前面板和程序框图 • 菜单栏（自学） • 数据流编程模式
4、 I/O接口软件 I/O接口软件存在于仪器设备（即I/O接口设备）与仪器驱动 程序之间，是一个完成对仪器寄存器进行直接存取数据操作， 并为仪器设备与仪器驱动程序提供信息传递的底层软件。
1.2 基于虚拟仪器的测试系统
被测对象
传感器
信号调理模块
数据采集卡
计算机
基于虚拟仪器的测试系统结构框图
显示、输 出、打印