虛擬儀器技術(shù)論文精選(九篇)

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第1篇：虛擬儀器技術(shù)論文范文

關(guān)鍵詞：虛擬儀器，動態(tài)切削力，測量，應(yīng)用

 

引言

切削力是切削過程中的一個最基本的作用和現(xiàn)象，它不僅是描述切削過程的基本參數(shù)，而且也是設(shè)計和使用機(jī)床、夾具、刀具，制定工藝規(guī)程以及評定切削加工性不可缺少的數(shù)據(jù)。動態(tài)切削力的變化規(guī)律是研究切削機(jī)理和機(jī)床動剛度的重要依據(jù)。碩士論文，應(yīng)用。在現(xiàn)代制造工程中(包括柔性制造系統(tǒng)、計算機(jī)集成制造系統(tǒng)，無人化工廠等)，切削力是狀態(tài)監(jiān)測的重要參數(shù)。在機(jī)械加工領(lǐng)域的基礎(chǔ)和應(yīng)用研究中，常常需要能夠?qū)η邢髁M(jìn)行測試的裝置，即各種類型的測力系統(tǒng).它不但是進(jìn)行相關(guān)試驗研究的重要工具，而且已逐步發(fā)展成為切削加工工藝系統(tǒng)的一個組成環(huán)節(jié)。

虛擬儀器(VI: Virtual Instrument)的概念由美國國家儀器公司(NI: National Instrument)于20世紀(jì)80年代末期提出。虛擬儀器是計算機(jī)、測量和微電子等技術(shù)高速發(fā)展的產(chǎn)物，由計算機(jī)應(yīng)用軟件和儀器硬件組成。通過軟件將計算機(jī)硬件資源與儀器硬件有機(jī)地融合為一體，從而把計算機(jī)強(qiáng)大的計算處理能力和儀器硬件的測量、控制能力結(jié)合在一起，大大縮小了儀器硬件的成本和體積，并通過軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示、存儲以及分析處理。

本文主要研究利用虛擬儀器實現(xiàn)測力儀數(shù)據(jù)采集與處理，與虛擬儀器技術(shù)相結(jié)合，開發(fā)出可以測量X,Y, Z三個方向的力。碩士論文，應(yīng)用。

1 硬件組成

由虛擬儀器構(gòu)建的測力系統(tǒng)與傳統(tǒng)電子儀器一樣，其功能由圖1所示的三大模塊成:信號采集與控制、信號分析與處理、信號顯示與輸出。

圖1 虛擬儀器構(gòu)建的測力系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)圖

利用虛擬儀器實現(xiàn)測力儀數(shù)據(jù)采集與處理，它主要由以下幾部分組成：測力儀、應(yīng)變儀、數(shù)據(jù)采集卡、計算機(jī)和系統(tǒng)軟件（如圖2）。

圖2 測力儀數(shù)據(jù)采集與處理系的功能圖

基于數(shù)據(jù)采集的虛擬儀器系統(tǒng)，通過A/D變換將模擬、數(shù)字信號采集入計算機(jī)進(jìn)行分析處理顯示等，并可通過A/D變換實現(xiàn)反饋控制。根據(jù)需要還可加入信號調(diào)理和實時DSP等硬件模塊。利用儀器實現(xiàn)虛擬儀器系統(tǒng)，VXI總線為新型計算機(jī)查卡式儀器提供了標(biāo)準(zhǔn)。碩士論文，應(yīng)用。計算機(jī)完成對采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、存儲、打印、分析和處理等功能，提供給用戶一個簡潔直觀的動態(tài)切削力測量過程。

2 軟件組成

軟件結(jié)構(gòu)由三部分組成：I/O接口軟件、儀器驅(qū)動程序和測力系統(tǒng)環(huán)境。碩士論文，應(yīng)用。

I/O接口軟件存在于儀器與儀器驅(qū)動程序之間，是一個完成對儀器內(nèi)部寄存器單元進(jìn)行直接存取數(shù)據(jù)并為儀器與儀器驅(qū)動程序提供信息傳遞的底層軟件層，是實現(xiàn)開放的、統(tǒng)一的虛擬儀器系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心。

儀器驅(qū)動程序：主要是用于完成儀器硬件的通信及控制功能。碩士論文，應(yīng)用。當(dāng)設(shè)備驅(qū)動后，由軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的分析整理而實現(xiàn)測量功能，并求去測量結(jié)果。碩士論文，應(yīng)用。

測力系統(tǒng)環(huán)境：基于語言平臺，如C、Visual C＋＋、VB等；基于圖形化工程環(huán)境平臺，如LabVIEW等。

測力開始時先必須對測力儀加載以標(biāo)定（以X方向加載力為例）。作為一個非理想的多向測力系統(tǒng)，當(dāng)在X方向加載力時，Y方向、Z方向也會有不同程度的干擾輸出，本試驗所得數(shù)據(jù)如表1：

表1 X方向加載時數(shù)據(jù)表

第2篇：虛擬儀器技術(shù)論文范文

【關(guān)鍵詞】 虛擬儀器 模擬平臺 實驗操作 發(fā)展趨勢

一、虛擬儀器的構(gòu)成、分類及特點

1.1虛擬儀器構(gòu)成

虛擬儀器主要由硬件和軟件構(gòu)成，其中硬件是虛擬儀器的基礎(chǔ)，主要由電路板和計算機(jī)兩部分組成；軟件是虛擬儀器的核心，在具體利用虛擬儀器進(jìn)行工作的過程中，主要是通過軟件完成基本操作的，進(jìn)而達(dá)到實驗的目的，在一定程度上能提高實驗效果，并最終完成實驗。

1.2虛擬儀器分類

虛擬儀器在使用過程中，通常分為PCI總線--插片型虛擬儀器、并行口式虛擬儀器、GPIB總線方式虛擬儀器、VXI總線方式虛擬儀器和PXI總線方式虛擬儀器。每種類型的虛擬儀器都有自身的特點及功能，在實際應(yīng)用過程中，應(yīng)選擇適宜的虛擬儀器。

1.3虛擬儀器特點

由于虛擬儀器在使用過程中具有以下主要特點：性能高、拓展性強(qiáng)、應(yīng)用性強(qiáng)、開發(fā)時間短等，虛擬儀器在使用過程中，具有一定的應(yīng)用價值。無論是在企業(yè)還是高校的實際應(yīng)用中，在一定程度上可以解決硬件儀器不足的缺陷，解決一定的實際問題。各個行業(yè)應(yīng)用虛擬儀器解決實際問題，已經(jīng)成為社會發(fā)展需求。

二、虛擬儀器的現(xiàn)狀與發(fā)展

2.1虛擬儀器的現(xiàn)狀

虛擬儀器的硬件平臺、軟件技術(shù)在應(yīng)用過程中不斷地快速發(fā)展。目前的硬件技術(shù)主要包括：模擬儀器技術(shù)、數(shù)字化儀器技術(shù)、智能化儀器技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)。從發(fā)展路線來看，虛擬儀器有兩個發(fā)展方向：一個是高性能，低成本的發(fā)展方向，即PC插片并口式串口USB式；另一個是高精準(zhǔn)度、高速和大型自動化的設(shè)備發(fā)展方向。

軟件技術(shù)是其核心，一般都是根據(jù)軟件需要，結(jié)合虛擬儀器方向，由軟件工程師利用程序設(shè)計語言進(jìn)行編寫程序進(jìn)而控制，操作人員只要知道具體操作步驟，把需要的連接線按要求進(jìn)行連接，最終利用計算機(jī)進(jìn)行有效控制，就可經(jīng)達(dá)到實驗的預(yù)期效果。

2.2虛擬儀器的發(fā)展趨勢

虛擬儀器的發(fā)展依靠計算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、電子技術(shù)的發(fā)展。虛擬儀器的應(yīng)用領(lǐng)域比較廣泛，現(xiàn)在很多企業(yè)都在發(fā)展虛擬儀器，很多企業(yè)都在使用虛擬儀器。虛擬儀器主要應(yīng)用在監(jiān)控、遠(yuǎn)程教育、工業(yè)控制、電力系統(tǒng)、航空航天等領(lǐng)域。

另外，虛擬儀器在自動化系統(tǒng)、石油化工等領(lǐng)域的應(yīng)用，促使了虛擬儀器的快速發(fā)展，虛擬儀器自動化生產(chǎn)將成為重點研究領(lǐng)域，能為更多的企業(yè)進(jìn)行服務(wù)，提高企業(yè)工作效率，減少企業(yè)投資成本。

三、虛擬儀器在教學(xué)系統(tǒng)中的應(yīng)用

虛擬系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域很廣，在虛擬儀器不斷發(fā)展過程中，虛擬儀器會在各個行業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，取得一定效果。

虛擬系統(tǒng)在高校教學(xué)中的應(yīng)用，在一定程度上解決了高校硬件資源不足的問題，減少了高校對硬件的投資，提高了學(xué)生的實踐技能。例如，學(xué)生在電工電子基礎(chǔ)實驗過程中，完全可以通過虛擬儀器，在計算機(jī)中進(jìn)行實驗，根據(jù)教學(xué)中的實驗步驟，在教師的指導(dǎo)下，可以順利完成實驗，并且能取得與真實實驗相同的實驗效果，實驗數(shù)據(jù)。但通過虛擬儀器完成的實驗沒有真實感，學(xué)生沒有看到真實的元器件，學(xué)生在實際操作過程中，也會出現(xiàn)一定的問題。考慮到這個問題，建議學(xué)生首先利用虛擬儀器完成基礎(chǔ)實驗，對實驗的過程有一定的基礎(chǔ)，進(jìn)而再進(jìn)行真實實驗，這樣更有助于提高學(xué)生的實驗效果，加深對理論知識的更深一層的了解，達(dá)到了理論與實踐相結(jié)合的要求，也符合現(xiàn)代高校發(fā)展的需要，也有利于高校的進(jìn)一步發(fā)展。

總之，虛擬儀器的應(yīng)用前景是廣泛的，其應(yīng)用領(lǐng)域也會越來越廣，在計算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)的快速發(fā)展過程中，虛擬儀器的硬件技術(shù)會不斷更新與發(fā)展，軟件技術(shù)也會更加完善，虛擬儀器的智能性必將越來越高，其應(yīng)用前景是美好而廣闊的。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]基于虛擬儀器的網(wǎng)絡(luò)測控技術(shù)的分析[J]. 李小川. 化工管理. 2016（14）

[2]應(yīng)懷樵：做中國原創(chuàng)的“虛擬儀器”[J]. 何倩. 科學(xué)新聞. 2011（11）

[3]虛擬儀器在計量測試中的應(yīng)用[J]. 徐軍. 信息系統(tǒng)工程. 2013（01）

第3篇：虛擬儀器技術(shù)論文范文

為此，即使古稀之年，即便是曾歷經(jīng)磨難：“3次中風(fēng)、4次心?！钡纳魬?zhàn)，他依然以超人的毅力、堅定的信念，戰(zhàn)勝病魔，執(zhí)著地用智慧向世界的科技界奮力地書寫著三個大字：中國人。

作為中國科學(xué)家的應(yīng)懷樵，沒有讓中國人失望，他數(shù)十年如一日，嘔心瀝血、將全部精力投入虛擬儀器（VI）科學(xué)研究之中，攻克一道道世界性難題并填補(bǔ)國內(nèi)空白，特別是對“傳遞函數(shù)的測試及實時控制和反演關(guān)鍵技術(shù)”的成功突破，為提高虛擬儀器測量精度和范圍開創(chuàng)新途徑，被認(rèn)為“可與‘光纖之父’諾獎得主高錕教授的‘光纖通信’成果相提并論”，達(dá)到足可問鼎諾貝爾物理學(xué)獎的世界性的成果。被業(yè)界譽(yù)為是中華民族對人類文明有重要意義和影響的現(xiàn)明之一。

積極淬煉 執(zhí)著向前

應(yīng)懷樵有著深厚的求學(xué)和科研經(jīng)歷。1964年，他從浙江大學(xué)應(yīng)用力學(xué)專業(yè)畢業(yè)后，被分配到中國鐵道科學(xué)院，致力于高速列車風(fēng)洞課題研究，并到清華大學(xué)力學(xué)系學(xué)習(xí)風(fēng)洞測試分析技術(shù)。1965年參加國防課題核試驗防核武器防護(hù)工程―地下鐵道核爆炸作用下振動、噪聲與動力學(xué)分析的研究，涉及核爆炸和地下鐵道，這項工作搞了十五年（1965-1980）。其中，提出核效應(yīng)工程設(shè)計參數(shù)五個振動公式，完成CZ-S拾振器和CZ-F測振放大器的研究成果，填補(bǔ)國內(nèi)空白，獲1978年三項全國科學(xué)大會獎。

1973年，嘗試用當(dāng)年日本自動化工業(yè)展覽會時買來的小型ECC555可鍵盤輸入的數(shù)字計算機(jī)及FORTRON Ⅳ語言編程的軟件數(shù)字積分和DFT方法取代傳統(tǒng)硬件模擬積分和基于濾波的傳統(tǒng)頻譜分析方法，解決了殘余位移（0Hz）用硬件無法獲得的難題，并于1979年獲得成功，成為虛擬儀器的最早的成功范例。

同年11月，應(yīng)懷樵在杭州召開的國防科委核試驗全國防護(hù)工程學(xué)術(shù)（保密）會上提出虛擬儀器的核心概念“軟件制造儀器”、“用軟硬件結(jié)合取代傳統(tǒng)儀器”獲得主持會議的中科院力學(xué)所所長鄭哲敏院士、清華副校長張維院士、同濟(jì)校長李國豪院士的贊揚(yáng)和支持，比美國NI提出“軟件是儀器”的概念早七年。

1979年11月，應(yīng)懷樵具有該領(lǐng)域應(yīng)用成果的國內(nèi)首部專著《振動測試和分析》出版發(fā)行。運(yùn)用數(shù)字算法（現(xiàn)稱為軟件）取代硬件所得到的結(jié)果，即虛擬儀器早期的成功研究。虛擬儀器的核心是軟件制造儀器，這是軟件取代硬件的早期研究的成功示例。

1983年1月，應(yīng)教授因無法使用磁帶記錄儀和信號處理儀器的困難，促使他下決心研發(fā)中國VI-PC卡泰，創(chuàng)建東方所的前身――中國振動技術(shù)咨詢部，并正式立題研究虛擬儀器。

1985年，誓將科學(xué)研究做到極致的應(yīng)懷樵，魄力非凡地創(chuàng)建了東方振動和噪聲技術(shù)研究所（簡稱東方所），開始系統(tǒng)從事虛擬儀器庫、移動實驗室技術(shù)研究，提出“把實驗室拎著走”的目標(biāo)，正式立題“DASP虛擬儀器庫―振動噪聲、模態(tài)分析移動試驗室技術(shù)”研究，為此，他自立課題、自籌資金開始研究“PC卡泰”（PCCATAI）―微機(jī)卡式自動采集測試分析儀器。

另外，應(yīng)懷樵還是國內(nèi)外最早提出“用軟件制造儀器”、“用軟硬件相結(jié)合”來取代傳統(tǒng)儀器的學(xué)者。此后，依靠持續(xù)創(chuàng)新，他帶領(lǐng)團(tuán)隊突破了虛擬儀器的核心技術(shù)，開發(fā)出適合便攜機(jī)和筆記本使用的小型數(shù)采卡和大容量數(shù)據(jù)采集分析（LCAS）軟件，研制成功臺式和筆記本式大容量智能數(shù)據(jù)采集和信號處理系統(tǒng)以及DASP“達(dá)世普”虛擬儀器庫系統(tǒng)。這是我國最早研制成功的虛擬儀器產(chǎn)品，實現(xiàn)“把試驗室拎著走”的目標(biāo)。1993年3月，該儀器參加北京新技術(shù)展覽會，并遠(yuǎn)赴加拿大參展，獲表揚(yáng)名單第一名。2007年，在第二屆全國虛擬儀器學(xué)術(shù)交流大會上，東方所的卓越貢獻(xiàn)受到高度評價，應(yīng)懷樵被稱為“中國虛擬儀器之父”。

胸懷遠(yuǎn)望 產(chǎn)業(yè)報國

科技發(fā)展要有寬廣的眼界，厚積薄發(fā)的應(yīng)懷樵隨著對該領(lǐng)域研究的不斷深入，越來越能敏銳地把握住世界科技的發(fā)展動向，并緊緊地契合著經(jīng)濟(jì)全球化及信息時代所呈現(xiàn)的不同特征，始終將創(chuàng)新理念貫穿到他科學(xué)研究當(dāng)中。在這種理念的引領(lǐng)下，應(yīng)懷樵和他的東方所取得一百多項創(chuàng)新技術(shù)，使我國虛擬儀器和動態(tài)測試分析儀器的性能從一般的低精度的低檔次測量儀器躍入了高端高精度的測量儀器行列，并在以下十大世界性難題方面取得重大突破：

一、基于平臺式設(shè)計的VI庫技術(shù)。這一具有里程碑式劃時代意義的新路線對儀器制造業(yè)和測試技術(shù)界產(chǎn)生巨大影響，代表了我國在VI研發(fā)方面的最高水平。

二、變時基（VTB）傳遞函數(shù)（導(dǎo)納）測量分析方法。達(dá)到國際領(lǐng)先水平，獲國家發(fā)明專利。已完成神舟飛船750噸移動發(fā)射平臺、“長三捆”大型運(yùn)載火箭、航天員超重訓(xùn)練機(jī)模態(tài)試驗等數(shù)十項國家重點項目，效果優(yōu)良。

三、高精度頻率、幅值、相位和阻尼測量技術(shù)。東方所原創(chuàng)的高精度頻率計和幅值計達(dá)到十進(jìn)制10-16―10-17的精度，比國外常規(guī)方法提高精度100萬倍，具有重大國際影響力。

四、超低頻信號快速測量技術(shù)，達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

五、倒熵譜分析方法。具有倒熵富、倒富熵、倒熵熵等三種倒譜，達(dá)到倒譜分析的國際領(lǐng)先水平。

六、FFT/DFT分析方法，是目前頻譜細(xì)化主要方法之一。

七、振動全息AVD“一入三出”實時測試分析創(chuàng)新技術(shù)。原創(chuàng)提出了全程微積分方法，實現(xiàn)AVD“一入三出”振動全息實時動態(tài)連續(xù)測量，達(dá)到國際領(lǐng)先。

八、自動化智能模態(tài)分析方法。一般人員通過簡單操作即可獲得專家級的模態(tài)分析結(jié)果。

九、24位“雙核”變幅基A/D高精度超量程160dB數(shù)采儀技術(shù)。達(dá)到國內(nèi)首創(chuàng)，國際領(lǐng)先。

十、突破傳遞函數(shù)的測試及實時控制和反演關(guān)鍵技術(shù)，為提高儀器測量精度和范圍開辟新途徑。此技術(shù)是一項世界難題?？蓸O大擴(kuò)展儀器的頻率測試范圍，提高測試精度，極具國際競爭力。

不斷取得創(chuàng)新成果的應(yīng)懷樵，儼然讓他具備了開拓創(chuàng)新的魄力，更關(guān)鍵的是也讓他懂得了一個科研工作者的社會價值和使命。科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力，但科技的發(fā)展不能是盲目的，必須瞄準(zhǔn)現(xiàn)實需求。只有這樣，科研成果才能完成與產(chǎn)業(yè)的順利對接，也才能真正完成社會生產(chǎn)力的轉(zhuǎn)化。

科技與產(chǎn)業(yè)完美融合，這是科學(xué)研究的起點也是終極目標(biāo)。循著這樣的思路，應(yīng)懷樵的科研之路多了更多的社會思考。在應(yīng)懷樵眼里，諾貝爾不僅是一位杰出的科學(xué)家，還是一位成功的產(chǎn)業(yè)者，科技只有和社會發(fā)生緊密聯(lián)系，才是有價值的。為此，應(yīng)懷樵雖遭遇3次中風(fēng)、4次心梗、7次與死神擦肩而過的生命危機(jī)，依然沒有停止探索與奮進(jìn)的腳步。開始積極思考中國虛擬儀器的產(chǎn)業(yè)化之路，樹立起“讓INV系統(tǒng)走進(jìn)每一個實驗室，讓DASP軟件運(yùn)行在每個實驗臺上”的嶄新目標(biāo)。

諾貝爾在每個科技學(xué)者心中，都是一種夢想，而在應(yīng)懷樵心中，這種夢想時刻激勵著他。為此目標(biāo)，他在建所之初就提出“勤奮、創(chuàng)新、堅持、自強(qiáng)”的八字座右銘和完全自由的判斷與討論的“玻爾所”精神和“六要三不要”的處事準(zhǔn)則等基礎(chǔ)上，發(fā)展成為涵蓋精神追求、道德情操的336字法則及幸福六大原則的企業(yè)文化，加強(qiáng)東方所的文化凝聚力與執(zhí)行力。并以此為紐帶，不斷加強(qiáng)人才隊伍建設(shè)。一方面加強(qiáng)與全國重點高校合作，為國家培養(yǎng)出大批專業(yè)急需人才，以及行業(yè)高端人才，東方所的研究團(tuán)隊也擴(kuò)大到80余人，擁有博士生、碩士生數(shù)十名，成為虛擬儀器領(lǐng)域一支重要力量。同時他還成功組織和主持了二十五屆全國振動與噪聲高技術(shù)學(xué)術(shù)會議，1997年至今，主編《現(xiàn)代振動與噪聲技術(shù)》十卷，及十多部專著、《倒熵譜研究》等160多篇論文報告。同時，適應(yīng)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展需要，不斷加強(qiáng)研發(fā)與市場開發(fā)隊伍建設(shè)，適時將一些科研人員轉(zhuǎn)型成為技術(shù)支持，直接面向銷售服務(wù)，推動銷售隊伍建設(shè)和提升，積極推動產(chǎn)品市場化。

功夫不負(fù)有心人，諾貝爾情懷的激勵也正一點點地轉(zhuǎn)化成實實在在的社會效益。截至目前，產(chǎn)品累計銷往2000多家用戶，經(jīng)濟(jì)效益超過2億元，打破了此類儀器長期依賴進(jìn)口的局面，為國家節(jié)省外匯約數(shù)億美元。目前，已廣泛用于國防軍工、航天航空等許多部門，參與完成上百項國家重大工程項目測試。若在國內(nèi)全面推廣，其經(jīng)濟(jì)價值按我國2007年儀器產(chǎn)值估算，按軟件取代硬件30%到一半計算，將產(chǎn)生600多億到1000多億元/年的巨大價值。為促進(jìn)技術(shù)變革和推動新興產(chǎn)業(yè)形成，造福國計民生發(fā)揮重大作用。

隨著產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，應(yīng)懷樵創(chuàng)新成果的科技價值愈加凸顯。科技無止境，對于科研探索，應(yīng)懷樵從來都不是一個知足者，面對激烈的國際競爭與廣闊的國際市場，應(yīng)懷樵認(rèn)為中國虛擬儀器產(chǎn)業(yè)化之路任重道遠(yuǎn)，“達(dá)到世界普及”，這是一個目標(biāo)，更是一種信念。以領(lǐng)先的科技與執(zhí)著的信念支撐，應(yīng)懷樵和他的虛擬儀器產(chǎn)業(yè)化之路必將迎來勝利曙光。而作為科學(xué)家，應(yīng)懷樵瞄準(zhǔn)國際前沿的戰(zhàn)略思考從未停止，隨著“云計算”和“物聯(lián)網(wǎng)”時代的到來，他又在國內(nèi)外率先提出“云智慧儀器實驗室”與“云智慧科技時代、軟件制造一切、定義一切、重構(gòu)未來”的構(gòu)想，提議國家盡快開展相關(guān)研究。并且，在此基礎(chǔ)上，還可以建立起云智慧醫(yī)療中心和云智慧教育中心、云智慧安全中心、云智慧交通中心等等，為我國搶占高科技的制高點，推動科學(xué)儀器與科學(xué)實驗發(fā)展，集聚高智慧、推廣高新技術(shù)，達(dá)到世界領(lǐng)先水平，制定出科學(xué)合理的研究計劃和戰(zhàn)略步驟。

結(jié)語：

偉大的科學(xué)家從來不是單純的理論創(chuàng)新者，他們對科技價值的執(zhí)著追求、對創(chuàng)新成果的探索完善，除了激發(fā)著青年科技者的美好夢想，更關(guān)鍵的是，他們對待科技的觀念和行為方式，也在潛移默化地影響著一個時代的科技觀，為科技發(fā)展注入新的內(nèi)涵。

第4篇：虛擬儀器技術(shù)論文范文

【關(guān)鍵詞】虛擬技術(shù) 實踐教學(xué) 傳感器 檢測技術(shù)

【中圖分類號】G71 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089（2013）02-0234-02

目前在我院傳感器與檢測技術(shù)實踐教學(xué)中，學(xué)生通過操作實物模塊來實現(xiàn)各個參數(shù)的測試，但因受實驗硬件條件的限制，檢測中測量參數(shù)無法實現(xiàn)自由改變，這對它的特性分析帶來了一定的局限性。同時學(xué)生在反復(fù)練習(xí)過程中，設(shè)備容易損壞，其性能也會受到影響，這對課程的實踐教學(xué)帶來了一定的局限性。因此在實踐教學(xué)中引入了虛擬技術(shù)教學(xué)，通過虛擬的操作面板，用LabvIEw仿真軟件來實現(xiàn)相關(guān)參數(shù)的測試。

一、虛擬儀器簡介及虛擬技術(shù)在實踐教學(xué)中的意義

（一）虛擬儀器的含義

所謂虛擬儀器，就是用戶在通用計算機(jī)或者工作站平臺上，根據(jù)測試任務(wù)的需求來定義和設(shè)計儀器功能，通過數(shù)據(jù)采集卡，利用軟件來處理采集進(jìn)來的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)用戶自擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的所有功能。

（二）虛擬技術(shù)在實踐教學(xué)中的意義

在傳感器與檢測技術(shù)實踐教學(xué)中引用虛擬技術(shù)，學(xué)生通過虛擬平臺的學(xué)習(xí)，可以提高學(xué)生的初步分析及感性認(rèn)識，鞏固學(xué)生的理論知識。學(xué)生可以不受實踐硬件條件的限制，通過虛擬操作面板設(shè)計、選擇，及大地彌補(bǔ)了設(shè)備的不足。學(xué)生可以不用擔(dān)心損壞設(shè)備問題而大膽地進(jìn)行實踐，并根據(jù)實踐情況及時進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，省去了大量繁瑣的工作，節(jié)省了大量時間。

利用虛擬技術(shù)，可以徹底打破檢測技術(shù)受空間及時間的限制，如一些需要長時間才能觀察的變化過程，通過虛擬技術(shù)，可以在很短的時間內(nèi)呈現(xiàn)給學(xué)生。虛擬制造技術(shù)還可以應(yīng)用計算機(jī)、交互外設(shè)及軟件來構(gòu)建一個虛擬的生產(chǎn)環(huán)境，使學(xué)生能如同在制造現(xiàn)場一樣，與熒屏上出現(xiàn)的制造過程進(jìn)行自由交流。虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以對學(xué)生學(xué)習(xí)過程中所提出的各種假設(shè)模型進(jìn)行虛擬和虛物實化，通過虛擬系統(tǒng)便可直觀地觀察到這一假設(shè)所產(chǎn)生的結(jié)果或效果。

利用虛擬技術(shù)，可豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，展示全方位、多角度的教學(xué)內(nèi)容。將實訓(xùn)等技能訓(xùn)練搬到課堂中進(jìn)行，由于這些虛擬的訓(xùn)練系統(tǒng)無任何危險，學(xué)生可以反復(fù)練習(xí)，直至掌握操作技能為止。在課程教學(xué)中可以在虛擬實訓(xùn)室中進(jìn)行訓(xùn)練，可以節(jié)約大量昂貴的儀器設(shè)備費用。解決在教學(xué)現(xiàn)場訓(xùn)練實驗實訓(xùn)設(shè)備的損壞、訓(xùn)練材料的消耗等問題，從而有效節(jié)約教育成本。

二、基于虛擬技術(shù)在傳感器與檢測技術(shù)實踐教學(xué)中應(yīng)用的基本思路

傳感器與檢測技術(shù)實踐教學(xué)模塊中是由多光電檢測模塊、溫度檢測模塊、環(huán)境檢測模塊、力檢測模塊等組成。就其中的溫度檢測模塊來說明虛擬技術(shù)在實踐教學(xué)中應(yīng)用的基本思路?；谔摂M技術(shù)的溫度檢驗技術(shù)，主要是通過LabvIEw平臺構(gòu)建虛擬畫面，模擬仿真實際的溫度檢驗儀器，檢驗儀器通過軟件實現(xiàn)部分功能。主要思路是：通過溫度傳感器獲取現(xiàn)場溫度信號，經(jīng)過信號調(diào)理，通過數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)，再由信號選擇、調(diào)理之后送入計算機(jī)，由測控軟件進(jìn)行分析、顯示、存儲等，利用虛擬仿真技術(shù)，能完成實體設(shè)備無法實現(xiàn)的大部分功能，最終通過數(shù)據(jù)參數(shù)的變化，來自動實現(xiàn)對溫度的檢測。

在原有溫度檢測模塊操作中，學(xué)生只能在現(xiàn)有硬件條件下實現(xiàn)電路的構(gòu)建，完成溫度到電壓信號的轉(zhuǎn)變，但現(xiàn)有的硬件無法實現(xiàn)電壓信號的變化到實際監(jiān)測環(huán)境中溫度的變化。而虛擬儀器中可視化圖形編程語言平臺，提供豐富、功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理軟件包，通過虛擬溫度程序框圖構(gòu)建及虛擬的溫度運(yùn)行結(jié)果畫面監(jiān)測，能直觀的反映溫度的變化情況，與企業(yè)實際運(yùn)行環(huán)境一致，非常方便學(xué)生的學(xué)習(xí)，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的激情。

三、基于虛擬技術(shù)的K型熱電偶溫度檢測的實現(xiàn)

基于虛擬技術(shù)K型熱電偶溫度檢測的硬件實現(xiàn)是由計算機(jī)、加上數(shù)據(jù)采集及電路組成；軟件實現(xiàn)運(yùn)用編程方法，通過建立動態(tài)模型庫來實現(xiàn)溫度仿真檢測。采用虛擬技術(shù)進(jìn)行檢測優(yōu)點突出，即可以縮短檢測時間、可減少工作量、提高效率；數(shù)據(jù)檢測時可及時保存、顯示，方便讀數(shù)。

（一）硬件實現(xiàn)

K型熱電偶溫度檢測系統(tǒng)主要由虛擬儀器和信號接口采集組成。溫度檢測過程中首先由熱電偶傳感器檢測溫度變化，采用運(yùn)算放大器對取樣電阻兩端的信號進(jìn)行差分運(yùn)算放大并轉(zhuǎn)換為電信號，輸出的信號以過通道選擇送到數(shù)據(jù)采集卡，最后由計算機(jī)進(jìn)行處理。

K型熱電偶電路如圖：

（二）軟件實現(xiàn)

基于虛擬技術(shù)K型熱電偶溫度檢測系統(tǒng)，軟件部分采用參數(shù)庫及函數(shù)庫調(diào)用模式。模型庫的開發(fā)主要建立在LabVIEW仿真模塊上。這些工具為建立K型熱電偶溫度檢測系統(tǒng)的模型庫提供了一個完整的平臺?；谔摂M技術(shù)K型熱電偶程序連接圖如下：

K型熱電偶溫度檢測結(jié)果可以在面畫中進(jìn)行顯示，如下：

四、結(jié)束語

隨著虛擬技術(shù)的不斷發(fā)展，在實踐教學(xué)中廣泛采用。虛擬技術(shù)應(yīng)用在傳感器與檢測技術(shù)實踐教學(xué)中，能夠在各個檢測模塊中直觀地反映測量的現(xiàn)象，這樣有利于拓展學(xué)生的思路、提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。

參考文獻(xiàn)：

[1]傅曉程.虛擬技術(shù)在電工電子實驗中的應(yīng)用[D].浙江大學(xué)碩士學(xué)位論文.2007，10：1-32

第5篇：虛擬儀器技術(shù)論文范文

關(guān)鍵詞：虛擬儀器，發(fā)動機(jī)，扭矩測量，功率測量

 

1引言

近年來，隨著中國的汽車銷售業(yè)進(jìn)入爆炸式的增長，汽車走進(jìn)了尋常百姓家。論文大全，扭矩測量。2009年，中國乘用車銷售首次超過美國，成為世界第一大汽車市場。在一些大城市，汽車的人均占有量很高，如廣州平均14人擁有一輛汽車，因此汽車的研發(fā)、生產(chǎn)銷售乃至維修都進(jìn)入黃金發(fā)展時期。而汽車發(fā)動機(jī)無論是研發(fā)乃至維修階段，其中主要參數(shù)就是發(fā)動機(jī)的功率和扭矩，它直接決定著汽車的使用性能。再好的汽車，若發(fā)動機(jī)的功率和扭矩達(dá)不到要求，對汽車使用者有最直接的影響。在汽車的維修和二手車交易過程中，發(fā)動機(jī)的功率和扭矩能否達(dá)到發(fā)動機(jī)所設(shè)計的額定狀態(tài)，通常是一些設(shè)備所不能檢測的，“亞健康”的發(fā)動機(jī)對汽車的使用性能有很大影響。這就需要一種設(shè)備可以檢測出發(fā)動機(jī)在各種工作狀態(tài)下的扭矩和功率是否能夠達(dá)到要求，為發(fā)動機(jī)的研發(fā)與檢測維修提供便利。

基于上述原因，筆者設(shè)計一款發(fā)動機(jī)的工況測試系統(tǒng)。本系統(tǒng)采用ADLINK公司的工控機(jī)和DAQ2214的數(shù)據(jù)采集卡，以虛擬儀器Lab VIEW為開發(fā)平臺。該系統(tǒng)具有可視化效果強(qiáng)，控制方式和數(shù)據(jù)都可以虛擬顯示，省去很多硬件設(shè)備，無縫集成強(qiáng)，隨時可以添加其它測量參數(shù)。電渦流緩速器作為負(fù)載，可以模擬實現(xiàn)發(fā)動機(jī)的各種運(yùn)行工況。采用拉壓傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)測量，操作者可根據(jù)需要自行選擇測試方式，測量的數(shù)據(jù)可以實時保存，需要時還能繪制各種圖表。論文大全，扭矩測量。

2 測量原理

扭矩測量的基本方法有能量轉(zhuǎn)換法、傳遞法和平衡力法。能量轉(zhuǎn)換法按照能量守恒定律測量扭矩，通過測量其他與扭矩有關(guān)的能量系數(shù)來確定被測量的扭矩的大??；傳遞法是根據(jù)彈性元件在傳遞扭矩時所產(chǎn)生的物理參數(shù)的變化（變形、應(yīng)力或應(yīng)變）來測量扭矩的；平衡力法是根據(jù)勻速運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)的傳動軸對外輸出一定大小的轉(zhuǎn)矩時，機(jī)殼上必定作用一個大小相等、方向相反的平衡力矩來實現(xiàn)測量扭矩。能量法的間接測量因素太多，且誤差大，傳遞法比較復(fù)雜。因此根據(jù)汽車發(fā)動機(jī)性能試驗方法的要求，本設(shè)計采用平衡力法測量發(fā)動機(jī)的扭矩，而功率則根據(jù)扭矩轉(zhuǎn)化過來。具體為：電渦流緩速器作為制動負(fù)載與發(fā)動機(jī)相連，在電渦流緩速器的定子上安裝一個長75厘米的標(biāo)準(zhǔn)力臂，力臂的另一端連著YZC-516 S型拉壓傳感器。當(dāng)發(fā)動機(jī)工作時，華泰電源給緩速器加電流，緩速器的定子產(chǎn)生電渦流，由于轉(zhuǎn)子是帶磁性的鑄鐵，運(yùn)動時產(chǎn)生切割磁力線的制動力，從而實現(xiàn)對發(fā)動機(jī)施加負(fù)載的作用。由力的作用原理可知轉(zhuǎn)子受到制動力，定子就受到反作用力，這反作用力就作用在拉壓傳感器上。論文大全，扭矩測量。因此將拉壓傳感器上受到的力測出后乘以力臂就是發(fā)動機(jī)的輸出扭矩，再通過公式轉(zhuǎn)化求出功率。

3 硬件選擇、測量原理及傳感器標(biāo)定

本系統(tǒng)的加載設(shè)備是M7-35型電渦流緩速器，其最大扭矩3500N·m，額定電流15A，額定電壓200V。電源設(shè)備系統(tǒng)采用華泰WYK-20030K直流穩(wěn)壓電源，為電渦流緩速器提供加載電流，最大輸出電流30A，最大輸出電壓200V。系統(tǒng)通過軟件自動實現(xiàn)從 0-5V控制電壓對應(yīng)電源的電流輸出0-30A，實現(xiàn)對電渦流緩速器加載。采用Lab VIEW中的子VI模擬電壓輸出，可以設(shè)置成自動輸出或手動輸出。在處理數(shù)據(jù)時，結(jié)合0-5V對應(yīng)的0-30A電流，換算為對應(yīng)的函數(shù)關(guān)系式，從而實現(xiàn)對測功機(jī)系統(tǒng)的控制。系統(tǒng)開發(fā)的過程設(shè)置兩種加載模式：當(dāng)系統(tǒng)手動進(jìn)行測量時，可以通過手動操作給電渦流緩速器加載，從而實現(xiàn)恒扭矩試驗；當(dāng)系統(tǒng)選擇自動控制時，系統(tǒng)自動給電渦流測功機(jī)施加負(fù)載。

轉(zhuǎn)速測量選用磁電式傳感器，在發(fā)動機(jī)的輸出軸上安裝一個均布60個齒的轉(zhuǎn)盤，把傳感器安裝在轉(zhuǎn)盤的齒的正對面，使傳感器能在發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時采集到交變的毫伏級的電壓信號，經(jīng)過整形放大后轉(zhuǎn)化為0-5V的交變信號，運(yùn)用Lab VIEW開發(fā)平臺，用軟件的形式進(jìn)一步整理濾波后，轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€0-5V的方波信號。運(yùn)用Lab VIEW程序中的SINAD Analyzer子VI結(jié)合設(shè)置的采樣率的設(shè)置，得出相應(yīng)的頻率f，轉(zhuǎn)速n可以通過公式（1）求出相應(yīng)的發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速值。

（其中為齒數(shù)）（1）

發(fā)動機(jī)油門的控制是通過步進(jìn)電機(jī)的正、反轉(zhuǎn)實現(xiàn)的，通過位移傳感器測量油門的開度，通過接近開關(guān)控制油門的最大及最小位置，利用軟件實現(xiàn)自動返回運(yùn)行或自動停止。

拉壓傳感器的數(shù)據(jù)采集，當(dāng)發(fā)動機(jī)的輸出扭矩與電渦流緩速器制動負(fù)載平衡時，系統(tǒng)對傳感器的壓力就是制動力，由于扭矩傳感器輸出的是毫伏級電壓信號，容易受到外界干擾且不便數(shù)據(jù)采集處理，因此采用隔離放大模塊，把輸出信號進(jìn)一步放大，這時經(jīng)過數(shù)據(jù)采集卡后，就可以讀出單位扭矩下所對應(yīng)的電壓信號，扭矩由公式（2）求出（為扭矩，U為所讀電壓，a、b為參數(shù)）

=a*U+b （2）

由于轉(zhuǎn)速n已經(jīng)測量出，功率參數(shù)Pe也可以根據(jù)公式（3）求出

（3）

由于傳感器的電壓輸出信號經(jīng)過隔離放大模塊的隔離放大，需要重新對其所對應(yīng)量程及所對應(yīng)的輸出到數(shù)據(jù)采集卡的電壓進(jìn)行標(biāo)定。在進(jìn)行扭矩標(biāo)定時，在電渦流緩速器的標(biāo)準(zhǔn)力臂的另一端加平衡的等長的標(biāo)準(zhǔn)臂，相當(dāng)于等力臂杠桿，用可以上下自由拉動且能自鎖的臺架作為加載裝置，本試驗使用浙江藍(lán)箭稱重技術(shù)有限公司生產(chǎn)的電子吊秤OCS-XZ-AAE讀取所加力的大小（液晶顯示電子讀數(shù)，精度5級，最小顯示值0.5kg,最大量程1000kg）。論文大全，扭矩測量。這樣每一個加載力就有相應(yīng)的一個電壓值與其對應(yīng)，連續(xù)加載直到達(dá)到發(fā)動機(jī)的最大扭矩值，運(yùn)用Excel進(jìn)行標(biāo)定分析，既可求出公式（2）中的參數(shù)，代入公式（3）就可求出發(fā)動機(jī)的功率。

4 系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)GB/T 18297—2001汽車發(fā)動機(jī)性能試驗方法的要求，在進(jìn)行功率、負(fù)荷等特性試驗時，筆者設(shè)計幾個子程序。運(yùn)用Lab VIEW進(jìn)行軟件設(shè)計，兼顧可靠性等，可分為試驗設(shè)置、主程序、通道及參數(shù)設(shè)置。試驗設(shè)置包括發(fā)動機(jī)的參數(shù)設(shè)置、電渦流緩速器的參數(shù)設(shè)置、基本參數(shù)設(shè)置如試驗人員、試驗條件等數(shù)據(jù)。主程序見圖（1）分為：系統(tǒng)總開關(guān)控制、油門控制、報警裝置、PID參數(shù)設(shè)置以及圖表繪制等設(shè)置。系統(tǒng)總開關(guān)控制整個系統(tǒng)，油門控制是控制發(fā)動機(jī)油門，系統(tǒng)出現(xiàn)問題時主界面會自動報警。PID參數(shù)具體程序模塊見圖（2）：主要是實現(xiàn)對整個發(fā)動機(jī)扭矩和功率的自動測量。通道及參數(shù)設(shè)置模塊是數(shù)據(jù)采集通道及傳感器參數(shù)設(shè)置的窗口，通過通道設(shè)置，可以規(guī)定數(shù)據(jù)采集卡的采集通道所對應(yīng)的傳感器名稱，并對傳感器進(jìn)行標(biāo)定。論文大全，扭矩測量。

圖（1）

圖（2）

5 結(jié)語

本系統(tǒng)可以實現(xiàn)對發(fā)動機(jī)的扭矩和功率的穩(wěn)定測量。在汽車發(fā)動機(jī)性能試驗方法的要求下，可以實現(xiàn)對發(fā)動機(jī)不同工況下的測試，并保存所測數(shù)據(jù)或繪制各種工況下的圖表。論文大全，扭矩測量。另外還可根據(jù)測試系統(tǒng)的要求，添加發(fā)動機(jī)的其他工況數(shù)據(jù)。

參考文獻(xiàn)：

［1］呂彩琴等，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速與扭矩測量系統(tǒng)設(shè)計，[J].機(jī)械工程與自動化，2009，（143）；

［2］GB/T 18297——2001，汽車發(fā)動機(jī)，性能試驗方法；

［3］魯旭濤等，動態(tài)扭矩測試儀的研制，[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù)，2006年第16期，（37）；

［4］孔云龍等，基于虛擬儀器的轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)矩、功率測試系統(tǒng)設(shè)計與研究，[J]. 儀表技術(shù)與傳感器，2007年第8期，（33）；

［5］李娜娜等，采用光電方式測量轉(zhuǎn)軸扭矩的原理研究，[J].光機(jī)電信息，2008，(10)。

第6篇：虛擬儀器技術(shù)論文范文

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；FPGA；信號發(fā)生器；VC++6.0

中圖分類號：TP217 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004373X(2008)1819104

Study on Multifunction Electric Power Quality Gauged Instrument Based on Virtual Instrument

ZHA Zhimin1，HAO Lingling2,Li Lingdong1，GE Lusheng2,DAI Dongming1

(1.Shanghai ISSON Power Quality Co.Ltd.,Shanghai,201901,China;2.Anhui University of Technology,Maanshan,243002,China)

Abstract：A kind of design project of multifunction electric power quality gauged instrument based on virtual instrument is put forward in this article.This system integrates virtual instrument programming and power electronics together,to realize diverse signals of current electric power quality field allin one.The integrated signal generator unit which carries out the collection of high speed digital data,D/ A conversion and analog output in four channels,unsymmetrical synchro control FIFO etc.by FPGA are introduced,the flow of electric power system various signal which generates by VC programming is elaborated,and the structural design of signal amplification unit is analysed.The experiment text result shows that this gauged instrument has attained current advanced high grade of accuracy and it will accelerate the steps of electric power quality calibration because of its accuracy and versatility.

Keywords：virtual instrument;FPGA;signal generator;VC++6.0

虛擬儀器技術(shù)是20世紀(jì)80年代逐步發(fā)展起來的一種基于計算機(jī)的實時控制技術(shù)，其實質(zhì)是利用最新的計算機(jī)技術(shù)實現(xiàn)和擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的功能。它使現(xiàn)代測試儀器不但具有傳統(tǒng)儀器、儀表的全部功能,同時還擁有計算機(jī)技術(shù)的全部優(yōu)勢如:大量測試數(shù)據(jù)與圖像的存儲、處理、顯示及網(wǎng)上傳送等。虛擬儀器的出現(xiàn)是儀器發(fā)展史上的一場革命,代表著儀器發(fā)展的最新方向和潮流［1,2］。

隨著電力工業(yè)的結(jié)構(gòu)調(diào)整和全球電力交易的快速增長，非線性及沖擊性負(fù)荷的不斷增加，一些不希望出現(xiàn)的現(xiàn)象，如諧波失真、噪音、閃變、凹陷等在目前的電網(wǎng)中普遍存在，目前的測量技術(shù)由于缺乏高效準(zhǔn)確的標(biāo)準(zhǔn)來校準(zhǔn)電能測量儀器而受到阻礙。人們對電力系統(tǒng)中電信號畸變的研究和治理非常重視，這就迫切需要具有精密、準(zhǔn)確、溯源性且可設(shè)定擾動的電能質(zhì)量標(biāo)定儀。

1 硬件設(shè)計

本系統(tǒng)的硬件電路主要集中在基于PCI總線采用FPGA實現(xiàn)的集成信號發(fā)生單元和利用選擇閉環(huán)反饋數(shù)字量控制的終端輸出信號放大單元。

局部總線PCI（Peripheral Component Interconnect）信號適用性很強(qiáng)，線性猝發(fā)、成組數(shù)據(jù)傳輸是PCI總線的基本傳輸機(jī)制，一次猝發(fā)傳輸通常由一個地址周期和一個或多個數(shù)據(jù)周期組成，它解決了總線的速度問題，PCI接口芯片方便地實現(xiàn)了和計算機(jī)互聯(lián)即插即用，為虛擬儀器系統(tǒng)的設(shè)計奠定了基礎(chǔ)。FPGA的I/O端口多，且可自由編程支配，其硬件速度是ns級的，這是當(dāng)前任何都難以達(dá)到的速度，因此本系統(tǒng)比其他系統(tǒng)更能實時、快速地采集數(shù)字量變化，在可設(shè)定擾動狀態(tài)量特別多的信號發(fā)生單元中，本系統(tǒng)將更能發(fā)揮出自身的優(yōu)勢。集成信號發(fā)生單元主要包括：FPGA、D/A轉(zhuǎn)換、FIFO寄存器、光耦隔離驅(qū)動電路、時鐘、電源、EPROM、運(yùn)放、濾波等，結(jié)構(gòu)框圖圖1所示。

系統(tǒng)中的FPGA選用Quick Logic公司的0351CA-QL5030，該芯片嵌入32位PCI總線，同步工作頻率可達(dá)33 MHz，最高傳輸速率為132 MB/s；24 k邏輯門，I/O端口供電電壓為3.3 V，可以承受5 V的輸入高電平。FPGA內(nèi)部資源劃分為4部分：

(1) FPGA邏輯運(yùn)算中心。接收來自數(shù)字量的各種信息，按設(shè)定的模式對其進(jìn)行判斷處理，并負(fù)責(zé)按接收的軟件指令輸出相應(yīng)的數(shù)字量，通過繼電器觸發(fā)信號放大單元的檔位選擇。

圖1 基于FPGA技術(shù)的信號發(fā)生單元框圖(2) D/A控制單元。主要負(fù)責(zé)控制外部D/A芯片和D/A通道的選通，以及實現(xiàn)對D/A轉(zhuǎn)換過程的合理控制。

(3) 數(shù)字量監(jiān)測控制單元。負(fù)責(zé)所有要監(jiān)視和控制數(shù)字量的狀態(tài)數(shù)據(jù)的采集和控制命令的輸出。

(4) 支持PCI2.2協(xié)議的PCI接口邏輯控制單元。PCI提供的數(shù)據(jù)和地址校驗功能保證數(shù)據(jù)的完整性和準(zhǔn)確性。

D/A轉(zhuǎn)換電路部分的D/A芯片是D41Y 3CZ720 W，16 b D/A分辨率、D/A建立時間10 μs(0.005%精度)，4路模擬量輸出通道分別實現(xiàn)電壓交流信號、電壓增益、電流交流信號、電流增益輸出，帶16 kB的FIFO存儲器IDT7206，寬度為16 b保證數(shù)據(jù)的完整性實現(xiàn)波形連續(xù)輸出。

利用軟件實現(xiàn)波形任意編程，經(jīng)D/A信號發(fā)生單元產(chǎn)生，再經(jīng)信號放大單元放大，再現(xiàn)電力系統(tǒng)中各種標(biāo)準(zhǔn)信號及擾動信號［35］。信號放大單元采用基本信號選擇閉環(huán)比較反饋數(shù)字控制技術(shù)，將反饋信號和直流基準(zhǔn)信號進(jìn)行比較以穩(wěn)定輸入，輸出信號檔位可調(diào)，電壓分15 V,75 V,150 V,300 V四檔，電流也分4檔：1 A,2.5 A,5 A,10 A。放大單元的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 放大單元結(jié)構(gòu)框圖D/A交流信號放大倍數(shù)由增益控制可調(diào)，基本波形輸出信號經(jīng)采樣送入AD637 RMSDC轉(zhuǎn)換器，輸出直流信號與D/A輸出增益進(jìn)行比較，經(jīng)比較電路輸出并放大送入AD633模擬乘法器從而達(dá)到穩(wěn)定輸入的目的，閃變及暫態(tài)信號則直接輸入以保證快速響應(yīng)及準(zhǔn)確性。

2 軟件設(shè)計

虛擬儀器的硬件僅是為了解決信號的輸入/輸出，軟件是其最核心、最關(guān)鍵的部分，其主要功能是對硬件執(zhí)行通信和控制，對信號進(jìn)行分析和處理，以及對結(jié)果進(jìn)行恰當(dāng)?shù)谋磉_(dá)和輸出等。

2.1 半滿查詢方式實現(xiàn)波形連續(xù)輸出

由于連續(xù)波形輸出采用FIFO的半滿信號作為同步信號，以同步往FIFO寫入連續(xù)的波形數(shù)據(jù)，因此需處理好正弦波每周期點數(shù)與FIFO全滿長度及半滿長度的關(guān)系，處理得好，即可實現(xiàn)任意頻率的正弦波，并保證高精度及可靠性。D/A帶16 k深度的FIFO存儲器，利用半滿查詢方式D/A輸出即可實現(xiàn)波形連續(xù)輸出，具體執(zhí)行流程如圖3所示。

圖3 半滿查詢方式DA波形連續(xù)輸出流程圖圖3中的虛線表示對稱關(guān)系，如左側(cè)虛線表示CreateDevice和ReleaseDevice兩個函數(shù)的關(guān)系是最初執(zhí)行1次CreateDevice，在結(jié)束時需執(zhí)行1次ReleaseDevice。

2.2 軟件系統(tǒng)設(shè)計

為了提高數(shù)據(jù)吞吐率以實現(xiàn)實時數(shù)據(jù)處理（如隨時讀取、隨時暫停設(shè)備、隨時開始傳輸、隨時存盤、隨時顯示波形、隨時設(shè)備控制輸出等功能），采用一種最新最靈活的設(shè)計思想，即數(shù)據(jù)采集傳輸和數(shù)據(jù)處理獨立。即用設(shè)備對象在Windows系統(tǒng)空間管理一個一級強(qiáng)制性緩沖隊列，該隊列采用先進(jìn)先出和動態(tài)鏈表等技術(shù)來管理這個Buffer，設(shè)備對象在后臺負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)采集和傳輸并發(fā)送相應(yīng)的通知消息，在消息沒有到來時不必花任何CPU時間去輪詢等待，正好可以利用這段空閑時間處理更多的任務(wù)，輕松的實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理的同步并發(fā)進(jìn)行。本系統(tǒng)軟件的主要功能是對集成D/A信號發(fā)生單元和放大單元的硬件部分進(jìn)行控制，快速數(shù)據(jù)產(chǎn)生和處理以及友好的人機(jī)交互界面。系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 系統(tǒng)軟件總體結(jié)構(gòu)圖系統(tǒng)軟件中硬件控制模塊完成數(shù)據(jù)傳輸及對硬件各單元的控制；界面模塊完成友好的人機(jī)交互設(shè)置。系統(tǒng)軟件中數(shù)據(jù)產(chǎn)生及處理主要包括6個功能模塊：

(1) 基本波形模塊：產(chǎn)生基本函數(shù)波形（正弦波、三角波、方波），電壓（0～300 V）、電流（0～10 A）信號參數(shù)可在系統(tǒng)允許范圍內(nèi)任意設(shè)置。

(2) 疊加諧波模塊：電力系統(tǒng)中的疊加了諧波的真實電能信號都可以通過設(shè)定產(chǎn)生，三相電壓、電流不僅可以逐一進(jìn)行2～100次單次諧波的任意組合疊加，為便于設(shè)置，軟件設(shè)計中還做好奇次諧波、偶次諧波及整數(shù)次連續(xù)諧波疊加組合。

(3) 閃變功能模塊：正弦波和方波調(diào)制信號的產(chǎn)生，可以在調(diào)制界面中設(shè)置基波幅值、調(diào)幅比、方波頻率各項。

(4) 電壓凹陷模塊：可選擇單次和循環(huán)模式產(chǎn)生，上升、下降沿，持續(xù)時間及變化幅度可設(shè)定的暫態(tài)電壓信號。

(5) 標(biāo)定分析模塊：對產(chǎn)生的波形信號進(jìn)行分析，基本信號標(biāo)定其幅值、相位、頻率、三相不平衡度；諧波信號還標(biāo)定其總諧波畸變率、各次諧波的疊加統(tǒng)計；閃變信號標(biāo)定其基波幅值、方波頻率、調(diào)幅比和Pst值；電壓凹陷信號標(biāo)定其起始時間、持續(xù)時間、上升下降沿時間和暫降幅值范圍。

(6) 修正模塊：通過軟件計算產(chǎn)生的波形信號非常精確，但信號傳輸至放大單元進(jìn)行放大后不可避免地造成信號的部分失真，要達(dá)到高精度，高穩(wěn)定性的要求，經(jīng)過大量的實驗測試獲得失真系數(shù)，設(shè)置修正系數(shù)通道，將輸出至放大單元的信號進(jìn)行預(yù)失真補(bǔ)償。

為了可以同時實現(xiàn)A，B，C三相電壓、電流信號的產(chǎn)生及處理功能，在程序設(shè)計上開辟了3個線程［6］，線程1,2,3相互獨立且可同步的完成A,B,C三相電壓、電流的D/A采集轉(zhuǎn)換，信號產(chǎn)生及分析處理功能。

2.3 標(biāo)定分析理論依據(jù)

對三相不平衡度的分析計算通過對稱分量法進(jìn)行，根據(jù)正序相量三角形和負(fù)序相量三角形分別分解出正序分量A1和負(fù)序分量A2之后，依據(jù)如下簡化算式求得三相不平衡度ε：

ε = A2 A1 ×100%= 1-3-6L1 + 3-6L×100 %(1)

其中L=(A4+B4+C4)/(A2+B2+C2)2 （A,B,C分別為三相電壓、電流的幅值）

電壓總諧波畸變率及各次諧波含有率依據(jù)公用電網(wǎng)諧波標(biāo)準(zhǔn)分析如下：

諧波電壓含量：UH=∑∞i=2(Uh)2(2)其中Uh為第h次諧波電壓（方均根值 ）。

電壓總諧波畸變率：THDu=UHU1×100%(3)其中U1為基波電壓（方均根值）。

第h次諧波電壓含有率：HRUh=UhU1×100%(4)同理計算電流總諧波畸變率及各次諧波含有率。

對于波動性負(fù)荷運(yùn)行所引起的電壓波動，不僅要檢查它的最大電壓波動，還要在足夠長時間(一般取10 min)內(nèi)觀察電壓波動的統(tǒng)計特征值。用5個規(guī)定值(gauge points)或稱百分值(percentiles)計算短時間閃變的統(tǒng)計值Pst。計算短時閃變值Pst的算式為：Pst=K1P0.1+K2P1+K3P3+K4P10+K5P50(5)

其中P0.1,P1,P3,P10,P50這5個規(guī)定點分別為10 min內(nèi)瞬時閃變視感度S(t)超過0.1%，1%，3%，10%和50%時間的覺察單位值。應(yīng)當(dāng)指出，式（5）中規(guī)定值的加權(quán)系數(shù)是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)來確定的K1=0.031 4，K2=0.052 5，K3=0.065 7，K4=0.28，K5=0.08。

所以計算短時閃變Pst的算式為：Pst=0.031 4P0.1+0.052 5P1+0.065 7P3+0.28P10+0.08P50(6)

電能質(zhì)量標(biāo)定系統(tǒng)就是依據(jù)電能質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)的各項限值規(guī)定和分析算法，通過軟件實現(xiàn)對電能質(zhì)量各技術(shù)指標(biāo)的統(tǒng)一標(biāo)定［7］。

3 電能質(zhì)量標(biāo)定系統(tǒng)測試結(jié)果

在實驗測試中使用的儀器設(shè)備有本項目研究的電能質(zhì)量標(biāo)定系統(tǒng)和作為標(biāo)準(zhǔn)表的具有計量標(biāo)準(zhǔn)量值溯源的電能質(zhì)量分析儀兩部分。選用1臺8位半的數(shù)字萬用表及高精度示波器，對項目研究的電能質(zhì)量標(biāo)定系統(tǒng)的各項技術(shù)指標(biāo)（交流電壓、電流有效值、相位、頻率、諧波含有率和閃變）逐一進(jìn)行測量，以獲得自身的各項誤差。經(jīng)過大量的實驗，該電能質(zhì)量標(biāo)定系統(tǒng)產(chǎn)生的信號通過高精度示波器測量得到非常良好的結(jié)果。例如輸出電壓幅值為220 V，電流幅值為5 A，基波頻率為工頻50 Hz的信號，在輸出面板上得到的任意波形輸出失真很小，波形質(zhì)量很好,如圖5所示波形。

圖5 測試結(jié)果實驗中對閃變的各項指標(biāo)依據(jù)IEC閃變儀測試功能和評價技術(shù)規(guī)范［8］，采用標(biāo)稱值為220 V的電壓變化頻度7的方波波動電壓信號進(jìn)行測試，實驗結(jié)果表明電壓波動在0.05%左右，電流波動在0.1%左右，頻率分辨率為0.001 Hz，相位分辨率為0.1°。對2～100次的電壓電流諧波的輸出準(zhǔn)確度及最大偏差進(jìn)行多次測試和分析,得出諧波技術(shù)指標(biāo)如表1所示：

表1 諧波技術(shù)指標(biāo)

諧波含有率/%諧波電壓最大偏差諧波電流最大偏差30

注：表中Uh,Ih分別為諧波電壓和諧波電流。

4 結(jié) 語

大量的測試試驗結(jié)果表明,該系統(tǒng)具有操作方便、運(yùn)行穩(wěn)定、技術(shù)手段先進(jìn)、功能完備、自動化程度高等眾多優(yōu)點。該系統(tǒng)的推廣和使用將改變傳統(tǒng)的校準(zhǔn)方式準(zhǔn)確度不足，且完全依賴于純正弦波信號而不能反映實際電能特性的問題，是多相、高準(zhǔn)確度、可信賴的功率信號和電能擾動標(biāo)準(zhǔn)源，是保證電力測量儀器準(zhǔn)確度和溯源性的完整系統(tǒng)。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］艾欣，楊以涵，周孝信.虛擬儀器技術(shù)及其在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用\.電力系統(tǒng)自化,2001,25(15)：5457.

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［8］高師湃，李群湛，賀建閩.閃變測試系統(tǒng)研究\.電能質(zhì)量技術(shù)發(fā)展國際研討會論文集\,2003.

作者簡介 酥久 男，1976年出生，安徽黃山人，2000年畢業(yè)于安徽大學(xué)工業(yè)自動化，工程師。主要從事電力系統(tǒng)自動化，電能質(zhì)量測試、分析與控制研究工作。

郝玲玲 女，1982年出生，河北滄州人，2006年畢業(yè)于安徽工業(yè)大學(xué)，現(xiàn)在安徽工業(yè)大學(xué)，碩士。主要研究方向為電能質(zhì)量監(jiān)測與治理。

李令冬 男，1942年出生，安徽人，教授級高級工程師，碩士生導(dǎo)師。主要從事電力系統(tǒng)自動化、電能質(zhì)量測試、分析與控制研究工作。

第7篇：虛擬儀器技術(shù)論文范文

切削力測量系統(tǒng)一般由三部分構(gòu)成：由測力儀、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和PC機(jī)三部分組成，如圖1所示。測力儀（測力傳感器）通常安裝在刀架（車削）或機(jī)床工作臺上（銑削），負(fù)責(zé)拾取切削力信號，將力信號轉(zhuǎn)換為弱電信號；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對此弱電信號進(jìn)行調(diào)理和采集，使其變?yōu)榭捎玫臄?shù)字信號；PC機(jī)通過一定的軟件平臺，將切削力信號顯示出來，并對其進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

1.1切削測力儀

1.1.1應(yīng)變式測力儀

應(yīng)變式測力儀由彈性元件、電阻應(yīng)變片及相應(yīng)的測量轉(zhuǎn)換電路組成，其工作原理如圖2所示。把電阻應(yīng)變片貼在彈性元件表面，并連接成某種形式的電橋電路，當(dāng)彈性元件受到力的作用而產(chǎn)生變形時，電阻應(yīng)變片便隨之產(chǎn)生變形，從而引起其電阻阻值的變化ΔR，即

應(yīng)變片電阻值的變化ΔR造成電橋不平衡，使電橋輸出發(fā)生變化ΔU，通過標(biāo)定建立輸出電壓與力之間的關(guān)系。使用時根據(jù)輸出電壓反算切削力的大小。

應(yīng)變式測力具有靈活性大、適應(yīng)性廣、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，而且配套儀表（如靜態(tài)應(yīng)變儀、動態(tài)應(yīng)變儀等已標(biāo)準(zhǔn)化，因而得到廣泛應(yīng)用。但是其測量原理決定了測量精度和動態(tài)特性主要取決于彈性元件的結(jié)構(gòu)，如何有效解決靈敏度和剛度之間的矛盾，是提高應(yīng)變式測力儀測量精度和動態(tài)特性的關(guān)鍵。

1.1.2壓電式測力儀

壓電式測力儀是以壓電晶體為力傳感元件的切削測力儀，當(dāng)石英晶體在外力作用下發(fā)生變形時，在它的某些表面上出現(xiàn)異號極化電荷。這種沒有電場的作用、只是由于應(yīng)變或應(yīng)力在晶體內(nèi)產(chǎn)生電極化的現(xiàn)象稱為壓電效應(yīng)。通過測量產(chǎn)生電荷量即可以達(dá)到測量切削力的目的。

從動態(tài)測力的觀點出發(fā)，壓電式測力儀是一種比較理想的測力傳感器，具有靈敏度高、受力變形小等優(yōu)點。然而壓電式測力傳感器仍然存在一系列缺點：如由于電荷泄漏而不能測試靜態(tài)力、固有頻率的提高受裝配接觸剛度的限制、維護(hù)極不方便、價格昂貴，因此在使用上受到很大的限制。

1.1.3電流式測力儀

直接使用測力儀測量切削力有其局限性：①安裝測力儀時，工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)遭到破壞從而導(dǎo)致其剛度發(fā)生變化，采集不到精確的切削力力信號；②測力儀的安裝、調(diào)試技術(shù)復(fù)雜；③測試設(shè)備花費較高；④測力儀測試系統(tǒng)可靠性較低。

文獻(xiàn)［4］提供了一種間接測量切削力的方法，即電流式測力儀，其測量原理是：切削力的變化會引起主軸電機(jī)電流的變化，通過測量主軸電機(jī)電流來估計切削力的大小。因機(jī)床主軸電機(jī)電流的測量比較容易和簡單，所以這是一種經(jīng)濟(jì)而又簡便的方法。

電流式測力儀的局限性體現(xiàn)在兩個方面：①把主傳動系統(tǒng)的運(yùn)動學(xué)模型看作是一個線性模型，所以加工過程中的非線性因素會在一定程度上降低測量精度；②當(dāng)切削力發(fā)生變化時，相應(yīng)的主軸電流信號有一定的滯后現(xiàn)象，無法滿足對切削力進(jìn)行實時監(jiān)測的較高要求。

1.2數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

如圖3所示，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過一定的電子線路，對測力儀的輸出信號進(jìn)行放大、濾波等處理后，將其進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，變?yōu)橛嬎銠C(jī)的可用信號，再通過接口電路與PC機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

目前大多數(shù)切削力數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)由放大器、濾波器、數(shù)據(jù)采集卡等分立元器件組成，體積較大，系統(tǒng)穩(wěn)定性不高，測量精度和實時性也漸漸滿足不了現(xiàn)代測力系統(tǒng)的要求。

1.3數(shù)據(jù)顯示和分析處理

早期的數(shù)據(jù)顯示和分析處理單元由指示儀表、示波器和記錄儀等組成，其數(shù)據(jù)顯示和分析處理功能都是很有限的。隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，目前數(shù)據(jù)顯示和分析處理單元基本上被計算機(jī)終端所代替，顯示功能更加豐富和強(qiáng)大，但軟件的功能僅局限于數(shù)據(jù)擬合、圖表顯示和輸出等，對測力儀各向力之間的耦合沒有進(jìn)行有效的處理，從一定程度上影響了測力精度。

2切削力測量技術(shù)的發(fā)展趨勢

現(xiàn)代切削加工正在向高速強(qiáng)力切削、精密超精密加工方向發(fā)展，機(jī)床的振動頻率也會遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于系統(tǒng)的固有頻率，這對切削力測量系統(tǒng)提出了新的要求：①測量范圍大、高精度和高分辨率；②實時性好，能夠在線實時測量；③數(shù)據(jù)處理和分析能力強(qiáng)，能夠?qū)?fù)雜多變的切削力信號進(jìn)行各種處理和分析。

針對這些方面的要求，切削力測量技術(shù)將朝著以下幾方面發(fā)展：

（1）開發(fā)新型彈性元件，優(yōu)化彈性元件結(jié)構(gòu)及應(yīng)變片布片方案，提高應(yīng)變式測力儀固有頻率，有效解決應(yīng)變式測力儀剛度和靈敏度之間的矛盾問題，降低各向力之間的耦合程度；

（2）應(yīng)用集成電路和微電子技術(shù)，使數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)集成化，提高數(shù)據(jù)采集的速度與精度；

（3）完善數(shù)據(jù)處理分析軟件的功能，例如通過解耦運(yùn)算進(jìn)一步減小測力儀各向力之間的耦合程度，以提高測量精度；將虛擬儀器技術(shù)引入切削力測試系統(tǒng)，以便對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行多種操作和數(shù)據(jù)庫管理；建立專家系統(tǒng)，通過對測試數(shù)據(jù)的分析處理，對刀具磨損、切削顫振等情況做出預(yù)報并提出相應(yīng)的治理措施。

參考文獻(xiàn)

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第8篇：虛擬儀器技術(shù)論文范文

關(guān)鍵詞：Web虛擬實驗室 體系結(jié)構(gòu) 混合模式 工作流程

中圖分類號：TP368 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416(2011)12-0149-02

1、引言

基于Web的虛擬實驗室是一種異構(gòu)問題的解決環(huán)境，它使得處于不同位置的學(xué)習(xí)者可以同時對一個實驗項目進(jìn)行實驗工作。為了提高實驗系統(tǒng)的可擴(kuò)展性和負(fù)載均衡，實驗中所需的虛擬元件和虛擬儀器可以由分布在不同應(yīng)用服務(wù)器上的組件進(jìn)行控制和管理，這些組件同時可以對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理、仿真計算和顯示實驗結(jié)果等。從技術(shù)上看，基于Web的虛擬實驗室實質(zhì)上是Web技術(shù)與分布式對象中間件技術(shù)的結(jié)合，即Web分布式系統(tǒng)。

傳統(tǒng)的Web系統(tǒng)中，客戶機(jī)與服務(wù)器之間通信流量較大時容易在Web服務(wù)器處形成“瓶頸”，造成響應(yīng)速度減慢；同時由于系統(tǒng)不具備擴(kuò)展性，一旦客戶端日益增多的業(yè)務(wù)處理請求超過應(yīng)用服務(wù)對象所能承受的負(fù)荷，整個系統(tǒng)就無法正常運(yùn)行。

分布式對象中間件技術(shù)允許在不同機(jī)器上的組件對象相互傳遞消息。就客戶而言，無需了解服務(wù)器組件是用哪種語言建立、運(yùn)行在何種操作系統(tǒng)、硬件平臺之上，只需知道該組件的名字和該組件的標(biāo)準(zhǔn)接口，就能夠高效、可靠、透明地進(jìn)行互操作。同時，分布式組件易于管理，當(dāng)對一個組件作出改動、升級時，應(yīng)用程序不必作任何變動，也無須重新編譯整個應(yīng)用程序，大大提高了軟件系統(tǒng)開發(fā)的效率、質(zhì)量、可維護(hù)性和可重用性。

因此，基于分布式對象中間件技術(shù)的Web解決方案，能提高Web虛擬實驗室系統(tǒng)的靈活性、安全性、可維護(hù)性和負(fù)載均衡，以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性、保密性和較高的實時性。

2、系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)的分析與設(shè)計

2.1 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)分析

為了減小系統(tǒng)的開銷，提高系統(tǒng)的效率，用戶界面使用瀏覽器，用戶信息管理、實驗基本信息管理等由Web服務(wù)器直接完成，系統(tǒng)應(yīng)選擇B/S模式；為了實現(xiàn)組件化軟件的設(shè)計，提高虛擬實驗室系統(tǒng)的靈活性、安全性、負(fù)載均衡和可擴(kuò)展性，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)選擇多層分布式Web模式；為了克服多層分布式Web模式在客戶機(jī)與服務(wù)器之間通信流量較大時，在Web服務(wù)器處形成“瓶頸”，客戶應(yīng)當(dāng)減少對Web服務(wù)器的訪問，而使用嵌入瀏覽器的ActiveX控件直接與分布在不同應(yīng)用服務(wù)器上的組件交互，系統(tǒng)應(yīng)選擇三層C/S模式。

2.2 系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計

基于這樣一種特殊的體系結(jié)構(gòu)需求，本系統(tǒng)采用了B/S模式、三層C/S模式與多層分布式Web模式相結(jié)合的體系結(jié)構(gòu)。該體系結(jié)構(gòu)既融合了傳統(tǒng)Web模式的優(yōu)點，又克服了它們各自的缺點，使Web虛擬實驗室系統(tǒng)具有更高的效率、更大的靈活性、更好的可伸縮性以及可維護(hù)性。整個Web虛擬實驗室由客戶端、Web服務(wù)器、應(yīng)用服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫服務(wù)器四部分組成，見圖1。

該結(jié)構(gòu)與多層Web模式的主要區(qū)別表現(xiàn)在：Web服務(wù)器不再僅處于應(yīng)用服務(wù)器的前端，而有相對的獨立性。當(dāng)客戶使用HTTP協(xié)議向Web服務(wù)器發(fā)出請求并經(jīng)過認(rèn)證后，就可以使用ActiveX控件通過DCOM協(xié)議直接與應(yīng)用服務(wù)器交互，這樣可以解決Web服務(wù)器的“瓶頸”問題。各部分的實際功能描述如下：

(1)客戶端?？蛻舳酥恍枧鋫渲С諥ctiveX的瀏覽器就可通過Internet登陸虛擬實驗室網(wǎng)站，向Web服務(wù)器提出實驗請求；登陸成功以后，瀏覽器會根據(jù)實驗需要，從Web服務(wù)器中自動載入包含了ActiveX控件的實驗網(wǎng)頁；客戶端在Windows注冊表中注冊ActiveX控件，并對控件進(jìn)行初始化；最后瀏覽器啟動ActiveX控件，通過接口調(diào)用應(yīng)用服務(wù)器的相關(guān)組件開始實驗。

(2)Web服務(wù)器。Web服務(wù)器主要作用是提供用戶認(rèn)證管理、ActiveX控件管理、實驗信息管理、與應(yīng)用服務(wù)器之間信息交換以及將虛擬實驗室系統(tǒng)以網(wǎng)站的形式在網(wǎng)絡(luò)中。

(3)應(yīng)用服務(wù)器。應(yīng)用服務(wù)器實質(zhì)上是由位于調(diào)度服務(wù)器和多個實驗服務(wù)器上的不同功能的COM/DCOM組件構(gòu)成。其主要作用是控制和管理虛擬元件、虛擬儀器、實驗操作管理、實驗結(jié)果顯示、處理實驗數(shù)據(jù)、負(fù)責(zé)調(diào)度管理；協(xié)調(diào)客戶端、Web服務(wù)器、實驗服務(wù)器端、數(shù)據(jù)庫服務(wù)器端的相互通信。

調(diào)度服務(wù)器根據(jù)用戶申請的實驗內(nèi)容及相關(guān)實驗服務(wù)器的狀態(tài)進(jìn)行任務(wù)分配，連接到某個實驗服務(wù)器；實驗服務(wù)器對相關(guān)設(shè)備的基本信息進(jìn)行維護(hù)，并判斷使用狀態(tài)，指定實驗任務(wù)；客戶機(jī)直接使用DCOM協(xié)議在指定的實驗服務(wù)器開始實驗；實驗完成后將實驗結(jié)果傳給客戶。

(4)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。數(shù)據(jù)庫服務(wù)器是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)存儲部分，存儲并維護(hù)著整個系統(tǒng)中與實驗相關(guān)的所有可用信息和數(shù)據(jù)。它的主要作用是配合用戶管理、虛擬儀器庫管理、規(guī)則庫管理、算法庫管理、動態(tài)網(wǎng)頁的生成以及實驗數(shù)據(jù)的存儲和管理。

2.3 本設(shè)計方案的優(yōu)勢

充分利用了多層分布式Web模式使系統(tǒng)具有連接緩沖、負(fù)載均衡、安全管理的功能，以及克服了Web服務(wù)器做為系統(tǒng)使用的瓶頸問題。

利用DCOM提供的資源池管理、對共享資源的序列化訪問、事務(wù)的同步處理等基礎(chǔ)設(shè)施的服務(wù)，僅專注于企業(yè)業(yè)務(wù)邏輯的開發(fā)，使得我們大大縮短系統(tǒng)開發(fā)周期。

利用ActiveX控件可以方便地使用客戶機(jī)的本地資源，這樣，復(fù)雜的設(shè)計過程均由客戶機(jī)來完成，從而簡化了服務(wù)端的設(shè)計，降低了服務(wù)器的負(fù)載，同時也加快了虛擬實驗室系統(tǒng)的響應(yīng)速度，增強(qiáng)了實時性和交互性。

由于COM/DCOM、ActiveX、IIS、等技術(shù)都是都是由Microsoft公司提出的，因此它們之間具有很好的兼容性。Microsoft公司具有強(qiáng)大的研發(fā)實力，這些技術(shù)十分成熟，開發(fā)工具也比較豐富，實現(xiàn)起來很容易。

3、系統(tǒng)的工作流程

結(jié)合上述的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及開發(fā)技術(shù)，本系統(tǒng)的工作過程描述如下：

(1)客戶使用瀏覽器向Web服務(wù)器申請實驗服務(wù);(2)Web服務(wù)器通過數(shù)據(jù)庫服務(wù)器對用戶身份進(jìn)行驗證，如果是合法用戶，批準(zhǔn)請求，并將相關(guān)實驗的ActiveX控件傳送給客戶，否則拒絕進(jìn)入；(3)Web服務(wù)器使用DCOM協(xié)議連接調(diào)度服務(wù)器，調(diào)度服務(wù)器選擇合適的實驗服務(wù)器分配給客戶，客戶使用ActiveX控件直接連接相應(yīng)的實驗服務(wù)器；(4)客戶進(jìn)入實驗室系統(tǒng)后，如果是新建實驗則從實驗列表中選擇實驗，如果是繼續(xù)以前未完成的實驗則從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中下載保存過的實驗，然后再繼續(xù)。(5)客戶使用ActiveX控件選擇虛擬元件和虛擬儀器，搭建實驗并進(jìn)行實驗操作和編輯；(6)客戶將用戶的操作及實驗數(shù)據(jù)以文本文件的形式傳給實驗服務(wù)器，服務(wù)器從中解析出相應(yīng)的信息，對客戶操作進(jìn)行審查。(7)如果審查通過，實驗服務(wù)器再使用軟件技術(shù)對各種實驗環(huán)境進(jìn)行仿真，得出實驗結(jié)果數(shù)據(jù)，向客戶端以仿真方式顯示回傳結(jié)果數(shù)據(jù)；并向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中存入實驗數(shù)據(jù)。否則返回錯誤信息，重新開始實驗。(8)服務(wù)器端的后臺數(shù)據(jù)庫提供了可共享的虛擬元件庫、虛擬儀器庫、規(guī)則庫、仿真算法庫和實驗數(shù)據(jù)庫等。(9)特殊（教師、管理員）用戶能夠創(chuàng)建新實驗、制訂實驗步驟并存為實驗?zāi)０澹瑒?chuàng)建新器件并加入儀器庫中供用戶以后使用。(10)系統(tǒng)管理員負(fù)責(zé)教師、學(xué)生信息及實驗教學(xué)資源和實驗數(shù)據(jù)的管理。

系統(tǒng)的工作流程如圖2所示。

4、結(jié)語

本文以分布式對象中間件技術(shù)、Web技術(shù)為依據(jù)，采用的多層分布式Web模式、B/S模式和三層C/S模式相混合的體系結(jié)構(gòu)，Microsoft公司的Window NT為網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，通過IIS來組建Web服務(wù)器，采用ASP創(chuàng)建Web頁，使用VB的ActiveX技術(shù)實現(xiàn)客戶端的實驗編輯界面，使用VC++中的ATL開發(fā)服務(wù)器端的COM/DCOM組件，形成一套較為合理的構(gòu)建Web虛擬實驗室的技術(shù)解決方案。該技術(shù)方案在業(yè)務(wù)層和數(shù)據(jù)訪問層利用DCOM提供的強(qiáng)大的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，形成了基于DCOM的混合的多層分布式體系結(jié)構(gòu)的開發(fā)方法。

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第9篇：虛擬儀器技術(shù)論文范文

中國儀器儀表行業(yè)協(xié)會副理事長朱明凱指出，“現(xiàn)代儀器制造柔性研發(fā)平臺的創(chuàng)建及系列產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用”，無論是參數(shù)設(shè)計，還是相關(guān)產(chǎn)品制造，均達(dá)到國際先進(jìn)水平，項目榮獲2007年度國家科技進(jìn)步二等獎是實至名歸。

團(tuán)結(jié)志業(yè)，金石為開

項目牽頭人徐小力教授長期從事機(jī)電系統(tǒng)測控技術(shù)領(lǐng)域的研究和教學(xué)工作，在機(jī)電系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)控、故障診斷及發(fā)展預(yù)測等技術(shù)研究方面頗有一番獨到的見解，為推動我國光機(jī)電一體化的現(xiàn)代測控技術(shù)的發(fā)展做出了突出貢獻(xiàn)。

近年來，徐小力教授完成或承擔(dān)了一批國家級、省部級科研課題以及與企業(yè)合作的重要科技項目，取得了一批具有創(chuàng)新性、先進(jìn)性和實用性的研究成果，多項新技術(shù)經(jīng)鑒定達(dá)到國內(nèi)外先進(jìn)水平，一些新技術(shù)已經(jīng)產(chǎn)品化和產(chǎn)業(yè)化，研究成果廣泛應(yīng)用于制造業(yè)、機(jī)械電子、儀器儀表以及能源開發(fā)和環(huán)境保護(hù)等許多領(lǐng)域，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。除進(jìn)行科研外，他還組織了國際自動化測試與儀器儀表學(xué)術(shù)會議ISTAI，全國設(shè)備監(jiān)測與診斷學(xué)術(shù)會議等國內(nèi)外學(xué)術(shù)會議，并總結(jié)多年的實踐經(jīng)驗，在國內(nèi)外發(fā)表學(xué)術(shù)論文百余篇，為促進(jìn)機(jī)電系統(tǒng)測控技術(shù)發(fā)展以及國內(nèi)外學(xué)術(shù)交流發(fā)揮了積極作用。

在不斷地努力下，他主持完成的研究成果先后榮獲國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎二等獎、中國機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎一等獎等多項獎他所率領(lǐng)的機(jī)械電子工程學(xué)科團(tuán)隊被評為北京市高校學(xué)術(shù)創(chuàng)新團(tuán)隊；而他本人也先后被授予“中國機(jī)械工業(yè)科技專家”、“北京市高校拔尖創(chuàng)新人才”、“北京市人才強(qiáng)教計劃資助高層次人才”等榮譽(yù)稱號，并于1999年起享受政府特殊津貼。

而在“現(xiàn)代儀器制造柔性研發(fā)平臺的創(chuàng)建及系列產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用”項目中，他與各單位的教授、研究人員，工程技術(shù)人員相結(jié)合，形成了一支精英隊伍?！瓣犖椤敝?，涉及部門，人員眾多，僅北京信息科技大學(xué)就囊括了機(jī)電系統(tǒng)測控北京市重點實驗室、傳感器北京市重點實驗室、自動化學(xué)院、光電信息與通信工程學(xué)院及機(jī)電工程學(xué)院等在內(nèi)的多個科研組，此外，他們還聯(lián)合北京光學(xué)儀器廠、北京京航公司，使這支隊伍不僅形成了產(chǎn)學(xué)研結(jié)合的優(yōu)勢，還具有老中青結(jié)合的特點。

他們追求自主研發(fā)和創(chuàng)新，努力實現(xiàn)科技與經(jīng)濟(jì)的結(jié)合，注重科技成果的轉(zhuǎn)化和應(yīng)用推廣，二十余年來，一絲不茍地執(zhí)著于基礎(chǔ)技術(shù)研究的沉淀和積累。不知有多少個節(jié)假日在實驗室進(jìn)行試驗研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，不知有多少人帶病上陣，又不知有多少人克服家庭困難堅守在自己的崗位上，才有了如今項目的成功。

推陳出新，技術(shù)制勝

“現(xiàn)代儀器制造柔性研發(fā)平臺的創(chuàng)建及系列產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用”是徐小力教授攜項目組多年合作的結(jié)晶。

針對現(xiàn)代儀器制造具有高技術(shù)、多品種和小批量的特點，項目組提出了面向現(xiàn)代儀器制造的柔性研發(fā)系統(tǒng)理念――IFDS(Instrumentation Flexible Developing System)，并創(chuàng)建了一種可兼容，可擴(kuò)展、可升級和可重構(gòu)的開放式柔性研發(fā)平臺體系。這一研發(fā)平臺以光機(jī)電一體化技術(shù)、現(xiàn)代傳感及檢測技術(shù)、智能化監(jiān)測分析技術(shù)等為核心技術(shù)，構(gòu)建了適合現(xiàn)代儀器系統(tǒng)研發(fā)的柔性集成體系，通過資源集成、信息交換機(jī)制、系統(tǒng)接口、總線控制和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)實現(xiàn)了系統(tǒng)資源的共享和有機(jī)融合，為傳統(tǒng)儀器系列產(chǎn)品的技術(shù)改造和提升、新型現(xiàn)代化智能化儀器系統(tǒng)的自主創(chuàng)新設(shè)計和快速柔性研發(fā)提供了新的模式和基礎(chǔ)技術(shù)裝備。

該項目以本次研究中完成的研發(fā)平臺作為主要的技術(shù)裝備，創(chuàng)造了分層次改造和提升傳統(tǒng)儀器產(chǎn)品的技術(shù)途徑，實現(xiàn)了對儀器系統(tǒng)的快速集成創(chuàng)新和柔性開發(fā)，顯著提升了儀器產(chǎn)品研發(fā)的技術(shù)水平，有效縮短了開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本，提高了儀器制造適應(yīng)市場的快速動態(tài)響應(yīng)能力。

應(yīng)用柔性研發(fā)平臺項目組研制了一系列具有自主知識產(chǎn)權(quán)的現(xiàn)代儀器，包括光電分析儀器類、傳感器及檢測儀器類，設(shè)備安全監(jiān)控系統(tǒng)類等3類10個系列50余種新產(chǎn)品。

其中，多項研究成果獲得國家專利和國家發(fā)明專利，其多項創(chuàng)新技術(shù)經(jīng)專家鑒定達(dá)到國內(nèi)領(lǐng)先水平或國際先進(jìn)水平。本項研究成果被授予2007年度國家科學(xué)技術(shù)進(jìn)步獎二等獎，相關(guān)研究成果還榮獲中國機(jī)械工業(yè)科學(xué)技術(shù)獎一等獎一項、二等獎三項，兵器工業(yè)集團(tuán)科技進(jìn)步獎一等獎一項，北京市科學(xué)技術(shù)獎二等獎三項，國防科學(xué)技術(shù)獎二等獎二項等獎項。

同時，在產(chǎn)學(xué)研一體化指導(dǎo)思想下，項目組著力進(jìn)行了新技術(shù)的產(chǎn)品化和產(chǎn)業(yè)化，新產(chǎn)品已在機(jī)械電子、醫(yī)藥衛(wèi)生、石化、資源、環(huán)保、航天、材料等有關(guān)國計民生的許多行業(yè)獲得廣泛應(yīng)用，不僅提升了重要儀器制造企業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新能力、核心競爭能力和可持續(xù)開發(fā)能力，而且這些新技術(shù)具有進(jìn)一步推廣應(yīng)用的價值，有利于促進(jìn)我國現(xiàn)代儀器和裝備制造業(yè)的振興和發(fā)展。

讓成果說話

利用研發(fā)平臺提供的虛擬儀器系統(tǒng)、新型微處理器開發(fā)系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、智能分析軟件包及配套儀器設(shè)備等有關(guān)研發(fā)的環(huán)境和資源，完成了該產(chǎn)品的研發(fā)工作。

首先，該項目在國內(nèi)外首先開發(fā)了基于虛擬儀器的熱分析儀，膨脹儀系列產(chǎn)品，利用虛擬儀器資源明顯提高了數(shù)字化智能化和網(wǎng)絡(luò)化水平；新系統(tǒng)分析準(zhǔn)確、體積小，重量輕，成本低、操作方便及界面友好。

其次，在光電直讀測差計研發(fā)中，項目組摒棄了以往人工操作繁瑣、易產(chǎn)生人為誤差以及低檔單片機(jī)功能單一、精度低且不穩(wěn)定的缺陷，重新構(gòu)建了以高檔嵌入式系統(tǒng)為核心的測控單元，提高了可靠性和測量精度，首先在同類產(chǎn)品上實現(xiàn)計算機(jī)配色、智能數(shù)據(jù)處理、大屏幕漢字顯示及主機(jī)與便攜機(jī)聯(lián)結(jié)等。

而在光柵單色儀和分光光度計上，他們又首先在同類產(chǎn)品上構(gòu)建實時多任務(wù)集成化操作環(huán)境并構(gòu)成嵌入式處理器為核心的測控系統(tǒng)。

總之，柔性研發(fā)平臺以光機(jī)電一體化技術(shù)、現(xiàn)代傳感及檢測技術(shù)、智能化監(jiān)測分析技術(shù)等為核心技術(shù)，借助先進(jìn)的儀器設(shè)備資源，構(gòu)建了適合現(xiàn)代儀器系統(tǒng)研發(fā)的柔性集成體系，并通過信息交換機(jī)制、系統(tǒng)接口，總線控制和網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)實現(xiàn)了軟硬件資源的共享和有機(jī)融合，為傳統(tǒng)儀器系列產(chǎn)品的技術(shù)改造和提升、新型現(xiàn)代化智能化儀器系統(tǒng)的自主創(chuàng)新設(shè)計和快速柔性研發(fā)提供了新的模式和技術(shù)裝備。

該系列研究成果在數(shù)字化、智能化技術(shù)分析層次提升了行業(yè)主要骨干企業(yè)主導(dǎo)產(chǎn)品的技術(shù)水平和開發(fā)能力，成功地開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的光電分析儀器新型系列產(chǎn)品。研究成果體現(xiàn)了產(chǎn)品化和產(chǎn)業(yè)化趨勢，已廣泛應(yīng)用于環(huán)

境保護(hù)、生物制藥、航天科技、微電子，材料，紡織、化工、印刷，建筑、冶金，陶瓷、食品、家電等行業(yè)，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

在實踐中成長

小行業(yè)、大智慧，面對國外產(chǎn)品占據(jù)我國高中檔儀器大部分市場的被動局面，“現(xiàn)代儀器制造柔性研發(fā)平臺的創(chuàng)建及系列產(chǎn)品開發(fā)與應(yīng)用”的成功，從國家和產(chǎn)業(yè)需求出發(fā)，通過產(chǎn)學(xué)研合作，在國家、地方及企業(yè)等科研項目的支持下，實現(xiàn)了對儀器系統(tǒng)的快速集成創(chuàng)新和柔性開發(fā)，顯著提升了儀器產(chǎn)品研發(fā)的技術(shù)水平，縮短了開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本，提高了儀器制造企業(yè)適應(yīng)市場的快速動態(tài)響應(yīng)能力。

在“科技與經(jīng)濟(jì)結(jié)合”的戰(zhàn)略思想指導(dǎo)下，從項目研發(fā)的最初，項目組就很注重成果的轉(zhuǎn)化。而與北京光學(xué)儀器廠以及京航公司的合作，使得產(chǎn)業(yè)化有了得天獨厚的平臺。

作為項目合作單位，北京光學(xué)儀器廠首先進(jìn)行了產(chǎn)品的生產(chǎn)應(yīng)用。該系列產(chǎn)品在該廠投入應(yīng)用三年來，銷售收入連年遞增，在這個以多品種、小批量為特點的中小型儀器產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)中取得了突出業(yè)績。

大慶油田有限責(zé)任公司也對該項目的相關(guān)產(chǎn)品津津樂道。該企業(yè)在生產(chǎn)中使用了新型熱分析儀器，主要利用這種儀器來測定原油分離中使用的多組分催化劑的成分以及對渣油和瀝青進(jìn)行吸氧老化試驗，建立試樣熱性能方面的特性曲線等工作。使用過程中他們發(fā)現(xiàn)該儀器精準(zhǔn)性、重復(fù)性高，利用熱重分析方法，對催化劑失活的原因分析準(zhǔn)確可靠，根據(jù)失活點特性，為催化劑的研制和再生提供了理論依據(jù)。使用單位認(rèn)為，該儀器的性價比高，價格不到國外同類產(chǎn)品的四分之一，實現(xiàn)的熱分析試驗功能卻幾乎達(dá)到了國外產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)。