虛擬儀器技術論文精選(九篇)

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第1篇：虛擬儀器技術論文范文

關鍵詞：虛擬儀器，動態(tài)切削力，測量，應用

 

引言

切削力是切削過程中的一個最基本的作用和現象，它不僅是描述切削過程的基本參數，而且也是設計和使用機床、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據。動態(tài)切削力的變化規(guī)律是研究切削機理和機床動剛度的重要依據。碩士論文，應用。在現代制造工程中(包括柔性制造系統、計算機集成制造系統，無人化工廠等)，切削力是狀態(tài)監(jiān)測的重要參數。在機械加工領域的基礎和應用研究中，常常需要能夠對切削力進行測試的裝置，即各種類型的測力系統.它不但是進行相關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80年代末期提出。虛擬儀器是計算機、測量和微電子等技術高速發(fā)展的產物，由計算機應用軟件和儀器硬件組成。通過軟件將計算機硬件資源與儀器硬件有機地融合為一體，從而把計算機強大的計算處理能力和儀器硬件的測量、控制能力結合在一起，大大縮小了儀器硬件的成本和體積，并通過軟件實現對數據的顯示、存儲以及分析處理。

本文主要研究利用虛擬儀器實現測力儀數據采集與處理，與虛擬儀器技術相結合，開發(fā)出可以測量X,Y, Z三個方向的力。碩士論文，應用。

1 硬件組成

由虛擬儀器構建的測力系統與傳統電子儀器一樣，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 虛擬儀器構建的測力系統功能結構圖

利用虛擬儀器實現測力儀數據采集與處理，它主要由以下幾部分組成：測力儀、應變儀、數據采集卡、計算機和系統軟件（如圖2）。

圖2 測力儀數據采集與處理系的功能圖

基于數據采集的虛擬儀器系統，通過A/D變換將模擬、數字信號采集入計算機進行分析處理顯示等，并可通過A/D變換實現反饋控制。根據需要還可加入信號調理和實時DSP等硬件模塊。利用儀器實現虛擬儀器系統，VXI總線為新型計算機查卡式儀器提供了標準。碩士論文，應用。計算機完成對采集到的數據進行顯示、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

軟件結構由三部分組成：I/O接口軟件、儀器驅動程序和測力系統環(huán)境。碩士論文，應用。

I/O接口軟件存在于儀器與儀器驅動程序之間，是一個完成對儀器內部寄存器單元進行直接存取數據并為儀器與儀器驅動程序提供信息傳遞的底層軟件層，是實現開放的、統一的虛擬儀器系統的基礎和核心。

儀器驅動程序：主要是用于完成儀器硬件的通信及控制功能。碩士論文，應用。當設備驅動后，由軟件進行數據的分析整理而實現測量功能，并求去測量結果。碩士論文，應用。

測力系統環(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定（以X方向加載力為例）。作為一個非理想的多向測力系統，當在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，本試驗所得數據如表1：

表1 X方向加載時數據表

第2篇：虛擬儀器技術論文范文

【關鍵詞】 虛擬儀器 模擬平臺 實驗操作 發(fā)展趨勢

一、虛擬儀器的構成、分類及特點

1.1虛擬儀器構成

虛擬儀器主要由硬件和軟件構成，其中硬件是虛擬儀器的基礎，主要由電路板和計算機兩部分組成；軟件是虛擬儀器的核心，在具體利用虛擬儀器進行工作的過程中，主要是通過軟件完成基本操作的，進而達到實驗的目的，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，在實際應用過程中，應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、應用性強、開發(fā)時間短等，虛擬儀器在使用過程中，具有一定的應用價值。無論是在企業(yè)還是高校的實際應用中，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)應用虛擬儀器解決實際問題，已經成為社會發(fā)展需求。

二、虛擬儀器的現狀與發(fā)展

2.1虛擬儀器的現狀

虛擬儀器的硬件平臺、軟件技術在應用過程中不斷地快速發(fā)展。目前的硬件技術主要包括：模擬儀器技術、數字化儀器技術、智能化儀器技術和虛擬儀器技術。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；另一個是高精準度、高速和大型自動化的設備發(fā)展方向。

軟件技術是其核心，一般都是根據軟件需要，結合虛擬儀器方向，由軟件工程師利用程序設計語言進行編寫程序進而控制，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行連接，最終利用計算機進行有效控制，就可經達到實驗的預期效果。

2.2虛擬儀器的發(fā)展趨勢

虛擬儀器的發(fā)展依靠計算機技術、通信技術、電子技術的發(fā)展。虛擬儀器的應用領域比較廣泛，現在很多企業(yè)都在發(fā)展虛擬儀器，很多企業(yè)都在使用虛擬儀器。虛擬儀器主要應用在監(jiān)控、遠程教育、工業(yè)控制、電力系統、航空航天等領域。

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

三、虛擬儀器在教學系統中的應用

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

虛擬系統在高校教學中的應用，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，提高了學生的實踐技能。例如，學生在電工電子基礎實驗過程中，完全可以通過虛擬儀器，在計算機中進行實驗，根據教學中的實驗步驟，在教師的指導下，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，實驗數據。但通過虛擬儀器完成的實驗沒有真實感，學生沒有看到真實的元器件，學生在實際操作過程中，也會出現一定的問題。考慮到這個問題，建議學生首先利用虛擬儀器完成基礎實驗，對實驗的過程有一定的基礎，進而再進行真實實驗，這樣更有助于提高學生的實驗效果，加深對理論知識的更深一層的了解，達到了理論與實踐相結合的要求，也符合現代高校發(fā)展的需要，也有利于高校的進一步發(fā)展。

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

參 考 文 獻

[1]基于虛擬儀器的網絡測控技術的分析[J]. 李小川. 化工管理. 2016（14）

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

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

第3篇：虛擬儀器技術論文范文

為此，即使古稀之年，即便是曾歷經磨難：“3次中風、4次心梗”的生命挑戰(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。

作為中國科學家的應懷樵，沒有讓中國人失望，他數十年如一日，嘔心瀝血、將全部精力投入虛擬儀器（VI）科學研究之中，攻克一道道世界性難題并填補國內空白，特別是對“傳遞函數的測試及實時控制和反演關鍵技術”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”，達到足可問鼎諾貝爾物理學獎的世界性的成果。被業(yè)界譽為是中華民族對人類文明有重要意義和影響的現明之一。

積極淬煉 執(zhí)著向前

應懷樵有著深厚的求學和科研經歷。1964年，他從浙江大學應用力學專業(yè)畢業(yè)后，被分配到中國鐵道科學院，致力于高速列車風洞課題研究，并到清華大學力學系學習風洞測試分析技術。1965年參加國防課題核試驗防核武器防護工程―地下鐵道核爆炸作用下振動、噪聲與動力學分析的研究，涉及核爆炸和地下鐵道，這項工作搞了十五年（1965-1980）。其中，提出核效應工程設計參數五個振動公式，完成CZ-S拾振器和CZ-F測振放大器的研究成果，填補國內空白，獲1978年三項全國科學大會獎。

1973年，嘗試用當年日本自動化工業(yè)展覽會時買來的小型ECC555可鍵盤輸入的數字計算機及FORTRON Ⅳ語言編程的軟件數字積分和DFT方法取代傳統硬件模擬積分和基于濾波的傳統頻譜分析方法，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，應懷樵在杭州召開的國防科委核試驗全國防護工程學術（保密）會上提出虛擬儀器的核心概念“軟件制造儀器”、“用軟硬件結合取代傳統儀器”獲得主持會議的中科院力學所所長鄭哲敏院士、清華副校長張維院士、同濟校長李國豪院士的贊揚和支持，比美國NI提出“軟件是儀器”的概念早七年。

1979年11月，應懷樵具有該領域應用成果的國內首部專著《振動測試和分析》出版發(fā)行。運用數字算法（現稱為軟件）取代硬件所得到的結果，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――中國振動技術咨詢部，并正式立題研究虛擬儀器。

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

另外，應懷樵還是國內外最早提出“用軟件制造儀器”、“用軟硬件相結合”來取代傳統儀器的學者。此后，依靠持續(xù)創(chuàng)新，他帶領團隊突破了虛擬儀器的核心技術，開發(fā)出適合便攜機和筆記本使用的小型數采卡和大容量數據采集分析（LCAS）軟件，研制成功臺式和筆記本式大容量智能數據采集和信號處理系統以及DASP“達世普”虛擬儀器庫系統。這是我國最早研制成功的虛擬儀器產品，實現“把試驗室拎著走”的目標。1993年3月，該儀器參加北京新技術展覽會，并遠赴加拿大參展，獲表揚名單第一名。2007年，在第二屆全國虛擬儀器學術交流大會上，東方所的卓越貢獻受到高度評價，應懷樵被稱為“中國虛擬儀器之父”。

胸懷遠望 產業(yè)報國

科技發(fā)展要有寬廣的眼界，厚積薄發(fā)的應懷樵隨著對該領域研究的不斷深入，越來越能敏銳地把握住世界科技的發(fā)展動向，并緊緊地契合著經濟全球化及信息時代所呈現的不同特征，始終將創(chuàng)新理念貫穿到他科學研究當中。在這種理念的引領下，應懷樵和他的東方所取得一百多項創(chuàng)新技術，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、基于平臺式設計的VI庫技術。這一具有里程碑式劃時代意義的新路線對儀器制造業(yè)和測試技術界產生巨大影響，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（導納）測量分析方法。達到國際領先水平，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”大型運載火箭、航天員超重訓練機模態(tài)試驗等數十項國家重點項目，效果優(yōu)良。

三、高精度頻率、幅值、相位和阻尼測量技術。東方所原創(chuàng)的高精度頻率計和幅值計達到十進制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，達到國際領先水平。

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

六、FFT/DFT分析方法，是目前頻譜細化主要方法之一。

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

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)分析結果。

九、24位“雙核”變幅基A/D高精度超量程160dB數采儀技術。達到國內首創(chuàng)，國際領先。

十、突破傳遞函數的測試及實時控制和反演關鍵技術，為提高儀器測量精度和范圍開辟新途徑。此技術是一項世界難題。可極大擴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)新成果的應懷樵，儼然讓他具備了開拓創(chuàng)新的魄力，更關鍵的是也讓他懂得了一個科研工作者的社會價值和使命。科學技術是第一生產力，但科技的發(fā)展不能是盲目的，必須瞄準現實需求。只有這樣，科研成果才能完成與產業(yè)的順利對接，也才能真正完成社會生產力的轉化。

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

諾貝爾在每個科技學者心中，都是一種夢想，而在應懷樵心中，這種夢想時刻激勵著他。為此目標，他在建所之初就提出“勤奮、創(chuàng)新、堅持、自強”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”的處事準則等基礎上，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，加強東方所的文化凝聚力與執(zhí)行力。并以此為紐帶，不斷加強人才隊伍建設。一方面加強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，東方所的研究團隊也擴大到80余人，擁有博士生、碩士生數十名，成為虛擬儀器領域一支重要力量。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學術會議，1997年至今，主編《現代振動與噪聲技術》十卷，及十多部專著、《倒熵譜研究》等160多篇論文報告。同時，適應產業(yè)化發(fā)展需要，不斷加強研發(fā)與市場開發(fā)隊伍建設，適時將一些科研人員轉型成為技術支持，直接面向銷售服務，推動銷售隊伍建設和提升，積極推動產品市場化。

功夫不負有心人，諾貝爾情懷的激勵也正一點點地轉化成實實在在的社會效益。截至目前，產品累計銷往2000多家用戶，經濟效益超過2億元，打破了此類儀器長期依賴進口的局面，為國家節(jié)省外匯約數億美元。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。若在國內全面推廣，其經濟價值按我國2007年儀器產值估算，按軟件取代硬件30%到一半計算，將產生600多億到1000多億元/年的巨大價值。為促進技術變革和推動新興產業(yè)形成，造福國計民生發(fā)揮重大作用。

隨著產業(yè)的發(fā)展，應懷樵創(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，應懷樵認為中國虛擬儀器產業(yè)化之路任重道遠，“達到世界普及”，這是一個目標，更是一種信念。以領先的科技與執(zhí)著的信念支撐，應懷樵和他的虛擬儀器產業(yè)化之路必將迎來勝利曙光。而作為科學家，應懷樵瞄準國際前沿的戰(zhàn)略思考從未停止，隨著“云計算”和“物聯網”時代的到來，他又在國內外率先提出“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、重構未來”的構想，提議國家盡快開展相關研究。并且，在此基礎上，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，推動科學儀器與科學實驗發(fā)展，集聚高智慧、推廣高新技術，達到世界領先水平，制定出科學合理的研究計劃和戰(zhàn)略步驟。

結語：

偉大的科學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)展注入新的內涵。

第4篇：虛擬儀器技術論文范文

【關鍵詞】虛擬技術 實踐教學 傳感器 檢測技術

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

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

一、虛擬儀器簡介及虛擬技術在實踐教學中的意義

（一）虛擬儀器的含義

所謂虛擬儀器，就是用戶在通用計算機或者工作站平臺上，根據測試任務的需求來定義和設計儀器功能，通過數據采集卡，利用軟件來處理采集進來的數據，實現用戶自擴展傳統儀器的所有功能。

（二）虛擬技術在實踐教學中的意義

在傳感器與檢測技術實踐教學中引用虛擬技術，學生通過虛擬平臺的學習，可以提高學生的初步分析及感性認識，鞏固學生的理論知識。學生可以不受實踐硬件條件的限制，通過虛擬操作面板設計、選擇，及大地彌補了設備的不足。學生可以不用擔心損壞設備問題而大膽地進行實踐，并根據實踐情況及時進行改進和優(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，可以徹底打破檢測技術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，可以在很短的時間內呈現給學生。虛擬制造技術還可以應用計算機、交互外設及軟件來構建一個虛擬的生產環(huán)境，使學生能如同在制造現場一樣，與熒屏上出現的制造過程進行自由交流。虛擬現實技術可以對學生學習過程中所提出的各種假設模型進行虛擬和虛物實化，通過虛擬系統便可直觀地觀察到這一假設所產生的結果或效果。

利用虛擬技術，可豐富課堂教學內容，展示全方位、多角度的教學內容。將實訓等技能訓練搬到課堂中進行，由于這些虛擬的訓練系統無任何危險，學生可以反復練習，直至掌握操作技能為止。在課程教學中可以在虛擬實訓室中進行訓練，可以節(jié)約大量昂貴的儀器設備費用。解決在教學現場訓練實驗實訓設備的損壞、訓練材料的消耗等問題，從而有效節(jié)約教育成本。

二、基于虛擬技術在傳感器與檢測技術實踐教學中應用的基本思路

傳感器與檢測技術實踐教學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在實踐教學中應用的基本思路。基于虛擬技術的溫度檢驗技術，主要是通過LabvIEw平臺構建虛擬畫面，模擬仿真實際的溫度檢驗儀器，檢驗儀器通過軟件實現部分功能。主要思路是：通過溫度傳感器獲取現場溫度信號，經過信號調理，通過數據采集卡采集數據，再由信號選擇、調理之后送入計算機，由測控軟件進行分析、顯示、存儲等，利用虛擬仿真技術，能完成實體設備無法實現的大部分功能，最終通過數據參數的變化，來自動實現對溫度的檢測。

在原有溫度檢測模塊操作中，學生只能在現有硬件條件下實現電路的構建，完成溫度到電壓信號的轉變，但現有的硬件無法實現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、功能強大的數據處理軟件包，通過虛擬溫度程序框圖構建及虛擬的溫度運行結果畫面監(jiān)測，能直觀的反映溫度的變化情況，與企業(yè)實際運行環(huán)境一致，非常方便學生的學習，提高學生學習的激情。

三、基于虛擬技術的K型熱電偶溫度檢測的實現

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

（一）硬件實現

K型熱電偶溫度檢測系統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，采用運算放大器對取樣電阻兩端的信號進行差分運算放大并轉換為電信號，輸出的信號以過通道選擇送到數據采集卡，最后由計算機進行處理。

K型熱電偶電路如圖：

（二）軟件實現

基于虛擬技術K型熱電偶溫度檢測系統，軟件部分采用參數庫及函數庫調用模式。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的模型庫提供了一個完整的平臺。基于虛擬技術K型熱電偶程序連接圖如下：

K型熱電偶溫度檢測結果可以在面畫中進行顯示，如下：

四、結束語

隨著虛擬技術的不斷發(fā)展，在實踐教學中廣泛采用。虛擬技術應用在傳感器與檢測技術實踐教學中，能夠在各個檢測模塊中直觀地反映測量的現象，這樣有利于拓展學生的思路、提高學生的學習積極性。

參考文獻：

[1]傅曉程.虛擬技術在電工電子實驗中的應用[D].浙江大學碩士學位論文.2007，10：1-32

第5篇：虛擬儀器技術論文范文

關鍵詞：虛擬儀器，發(fā)動機，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)進入爆炸式的增長，汽車走進了尋常百姓家。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)、生產銷售乃至維修都進入黃金發(fā)展時期。而汽車發(fā)動機無論是研發(fā)乃至維修階段，其中主要參數就是發(fā)動機的功率和扭矩，它直接決定著汽車的使用性能。再好的汽車，若發(fā)動機的功率和扭矩達不到要求，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)動機的功率和扭矩能否達到發(fā)動機所設計的額定狀態(tài)，通常是一些設備所不能檢測的，“亞健康”的發(fā)動機對汽車的使用性能有很大影響。這就需要一種設備可以檢測出發(fā)動機在各種工作狀態(tài)下的扭矩和功率是否能夠達到要求，為發(fā)動機的研發(fā)與檢測維修提供便利。

基于上述原因，筆者設計一款發(fā)動機的工況測試系統。本系統采用ADLINK公司的工控機和DAQ2214的數據采集卡，以虛擬儀器Lab VIEW為開發(fā)平臺。該系統具有可視化效果強，控制方式和數據都可以虛擬顯示，省去很多硬件設備，無縫集成強，隨時可以添加其它測量參數。電渦流緩速器作為負載，可以模擬實現發(fā)動機的各種運行工況。采用拉壓傳感器進行數據測量，操作者可根據需要自行選擇測試方式，測量的數據可以實時保存，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換法、傳遞法和平衡力法。能量轉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的能量系數來確定被測量的扭矩的大小；傳遞法是根據彈性元件在傳遞扭矩時所產生的物理參數的變化（變形、應力或應變）來測量扭矩的；平衡力法是根據勻速運轉發(fā)動機的傳動軸對外輸出一定大小的轉矩時，機殼上必定作用一個大小相等、方向相反的平衡力矩來實現測量扭矩。能量法的間接測量因素太多，且誤差大，傳遞法比較復雜。因此根據汽車發(fā)動機性能試驗方法的要求，本設計采用平衡力法測量發(fā)動機的扭矩，而功率則根據扭矩轉化過來。具體為：電渦流緩速器作為制動負載與發(fā)動機相連，在電渦流緩速器的定子上安裝一個長75厘米的標準力臂，力臂的另一端連著YZC-516 S型拉壓傳感器。當發(fā)動機工作時，華泰電源給緩速器加電流，緩速器的定子產生電渦流，由于轉子是帶磁性的鑄鐵，運動時產生切割磁力線的制動力，從而實現對發(fā)動機施加負載的作用。由力的作用原理可知轉子受到制動力，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)動機的輸出扭矩，再通過公式轉化求出功率。

3 硬件選擇、測量原理及傳感器標定

本系統的加載設備是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。電源設備系統采用華泰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。系統通過軟件自動實現從 0-5V控制電壓對應電源的電流輸出0-30A，實現對電渦流緩速器加載。采用Lab VIEW中的子VI模擬電壓輸出，可以設置成自動輸出或手動輸出。在處理數據時，結合0-5V對應的0-30A電流，換算為對應的函數關系式，從而實現對測功機系統的控制。系統開發(fā)的過程設置兩種加載模式：當系統手動進行測量時，可以通過手動操作給電渦流緩速器加載，從而實現恒扭矩試驗；當系統選擇自動控制時，系統自動給電渦流測功機施加負載。

轉速測量選用磁電式傳感器，在發(fā)動機的輸出軸上安裝一個均布60個齒的轉盤，把傳感器安裝在轉盤的齒的正對面，使傳感器能在發(fā)動機運轉時采集到交變的毫伏級的電壓信號，經過整形放大后轉化為0-5V的交變信號，運用Lab VIEW開發(fā)平臺，用軟件的形式進一步整理濾波后，轉變?yōu)橐粋€0-5V的方波信號。運用Lab VIEW程序中的SINAD Analyzer子VI結合設置的采樣率的設置，得出相應的頻率f，轉速n可以通過公式（1）求出相應的發(fā)動機的轉速值。

（其中為齒數）（1）

發(fā)動機油門的控制是通過步進電機的正、反轉實現的，通過位移傳感器測量油門的開度，通過接近開關控制油門的最大及最小位置，利用軟件實現自動返回運行或自動停止。

拉壓傳感器的數據采集，當發(fā)動機的輸出扭矩與電渦流緩速器制動負載平衡時，系統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據采集處理，因此采用隔離放大模塊，把輸出信號進一步放大，這時經過數據采集卡后，就可以讀出單位扭矩下所對應的電壓信號，扭矩由公式（2）求出（為扭矩，U為所讀電壓，a、b為參數）

=a*U+b （2）

由于轉速n已經測量出，功率參數Pe也可以根據公式（3）求出

（3）

由于傳感器的電壓輸出信號經過隔離放大模塊的隔離放大，需要重新對其所對應量程及所對應的輸出到數據采集卡的電壓進行標定。在進行扭矩標定時，在電渦流緩速器的標準力臂的另一端加平衡的等長的標準臂，相當于等力臂杠桿，用可以上下自由拉動且能自鎖的臺架作為加載裝置，本試驗使用浙江藍箭稱重技術有限公司生產的電子吊秤OCS-XZ-AAE讀取所加力的大小（液晶顯示電子讀數，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的一個電壓值與其對應，連續(xù)加載直到達到發(fā)動機的最大扭矩值，運用Excel進行標定分析，既可求出公式（2）中的參數，代入公式（3）就可求出發(fā)動機的功率。

4 系統設計

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

圖（1）

圖（2）

5 結語

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

參考文獻：

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

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

第6篇：虛擬儀器技術論文范文

關鍵詞：虛擬儀器；FPGA；信號發(fā)生器；VC++6.0

中圖分類號：TP217 文獻標識碼：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

虛擬儀器技術是20世紀80年代逐步發(fā)展起來的一種基于計算機的實時控制技術，其實質是利用最新的計算機技術實現和擴展傳統儀器的功能。它使現代測試儀器不但具有傳統儀器、儀表的全部功能,同時還擁有計算機技術的全部優(yōu)勢如:大量測試數據與圖像的存儲、處理、顯示及網上傳送等。虛擬儀器的出現是儀器發(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)的結構調整和全球電力交易的快速增長，非線性及沖擊性負荷的不斷增加，一些不希望出現的現象，如諧波失真、噪音、閃變、凹陷等在目前的電網中普遍存在，目前的測量技術由于缺乏高效準確的標準來校準電能測量儀器而受到阻礙。人們對電力系統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、準確、溯源性且可設定擾動的電能質量標定儀。

1 硬件設計

本系統的硬件電路主要集中在基于PCI總線采用FPGA實現的集成信號發(fā)生單元和利用選擇閉環(huán)反饋數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，線性猝發(fā)、成組數據傳輸是PCI總線的基本傳輸機制，一次猝發(fā)傳輸通常由一個地址周期和一個或多個數據周期組成，它解決了總線的速度問題，PCI接口芯片方便地實現了和計算機互聯即插即用，為虛擬儀器系統的設計奠定了基礎。FPGA的I/O端口多，且可自由編程支配，其硬件速度是ns級的，這是當前任何都難以達到的速度，因此本系統比其他系統更能實時、快速地采集數字量變化，在可設定擾動狀態(tài)量特別多的信號發(fā)生單元中，本系統將更能發(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轉換、FIFO寄存器、光耦隔離驅動電路、時鐘、電源、EPROM、運放、濾波等，結構框圖圖1所示。

系統中的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內部資源劃分為4部分：

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

圖1 基于FPGA技術的信號發(fā)生單元框圖(2) D/A控制單元。主要負責控制外部D/A芯片和D/A通道的選通，以及實現對D/A轉換過程的合理控制。

(3) 數字量監(jiān)測控制單元。負責所有要監(jiān)視和控制數字量的狀態(tài)數據的采集和控制命令的輸出。

(4) 支持PCI2.2協議的PCI接口邏輯控制單元。PCI提供的數據和地址校驗功能保證數據的完整性和準確性。

D/A轉換電路部分的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保證數據的完整性實現波形連續(xù)輸出。

利用軟件實現波形任意編程，經D/A信號發(fā)生單元產生，再經信號放大單元放大，再現電力系統中各種標準信號及擾動信號［35］。信號放大單元采用基本信號選擇閉環(huán)比較反饋數字控制技術，將反饋信號和直流基準信號進行比較以穩(wěn)定輸入，輸出信號檔位可調，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。放大單元的結構框圖如圖2所示。

圖2 放大單元結構框圖D/A交流信號放大倍數由增益控制可調，基本波形輸出信號經采樣送入AD637 RMSDC轉換器，輸出直流信號與D/A輸出增益進行比較，經比較電路輸出并放大送入AD633模擬乘法器從而達到穩(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及準確性。

2 軟件設計

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，對信號進行分析和處理，以及對結果進行恰當的表達和輸出等。

2.1 半滿查詢方式實現波形連續(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)的波形數據，因此需處理好正弦波每周期點數與FIFO全滿長度及半滿長度的關系，處理得好，即可實現任意頻率的正弦波，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系，如左側虛線表示CreateDevice和ReleaseDevice兩個函數的關系是最初執(zhí)行1次CreateDevice，在結束時需執(zhí)行1次ReleaseDevice。

2.2 軟件系統設計

為了提高數據吞吐率以實現實時數據處理（如隨時讀取、隨時暫停設備、隨時開始傳輸、隨時存盤、隨時顯示波形、隨時設備控制輸出等功能），采用一種最新最靈活的設計思想，即數據采集傳輸和數據處理獨立。即用設備對象在Windows系統空間管理一個一級強制性緩沖隊列，該隊列采用先進先出和動態(tài)鏈表等技術來管理這個Buffer，設備對象在后臺負責數據采集和傳輸并發(fā)送相應的通知消息，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，輕松的實現數據采集和數據處理的同步并發(fā)進行。本系統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行控制，快速數據產生和處理以及友好的人機交互界面。系統軟件總體結構如圖4所示。

圖4 系統軟件總體結構圖系統軟件中硬件控制模塊完成數據傳輸及對硬件各單元的控制；界面模塊完成友好的人機交互設置。系統軟件中數據產生及處理主要包括6個功能模塊：

(1) 基本波形模塊：產生基本函數波形（正弦波、三角波、方波），電壓（0～300 V）、電流（0～10 A）信號參數可在系統允許范圍內任意設置。

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

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

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

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

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

為了可以同時實現A，B，C三相電壓、電流信號的產生及處理功能，在程序設計上開辟了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采集轉換，信號產生及分析處理功能。

2.3 標定分析理論依據

對三相不平衡度的分析計算通過對稱分量法進行，根據正序相量三角形和負序相量三角形分別分解出正序分量A1和負序分量A2之后，依據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公用電網諧波標準分析如下：

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。

對于波動性負荷運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)內觀察電壓波動的統計特征值。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。應當指出，式（5）中規(guī)定值的加權系數是根據實驗數據來確定的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)

電能質量標定系統就是依據電能質量國家標準的各項限值規(guī)定和分析算法，通過軟件實現對電能質量各技術指標的統一標定［7］。

3 電能質量標定系統測試結果

在實驗測試中使用的儀器設備有本項目研究的電能質量標定系統和作為標準表的具有計量標準量值溯源的電能質量分析儀兩部分。選用1臺8位半的數字萬用表及高精度示波器，對項目研究的電能質量標定系統的各項技術指標（交流電壓、電流有效值、相位、頻率、諧波含有率和閃變）逐一進行測量，以獲得自身的各項誤差。經過大量的實驗，該電能質量標定系統產生的信號通過高精度示波器測量得到非常良好的結果。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，波形質量很好,如圖5所示波形。

圖5 測試結果實驗中對閃變的各項指標依據IEC閃變儀測試功能和評價技術規(guī)范［8］，采用標稱值為220 V的電壓變化頻度7的方波波動電壓信號進行測試，實驗結果表明電壓波動在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確度及最大偏差進行多次測試和分析,得出諧波技術指標如表1所示：

表1 諧波技術指標

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 語

大量的測試試驗結果表明,該系統具有操作方便、運行穩(wěn)定、技術手段先進、功能完備、自動化程度高等眾多優(yōu)點。該系統的推廣和使用將改變傳統的校準方式準確度不足，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、高準確度、可信賴的功率信號和電能擾動標準源，是保證電力測量儀器準確度和溯源性的完整系統。

參 考 文 獻

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［8］高師湃，李群湛，賀建閩.閃變測試系統研究\.電能質量技術發(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)于安徽大學工業(yè)自動化，工程師。主要從事電力系統自動化，電能質量測試、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，現在安徽工業(yè)大學，碩士。主要研究方向為電能質量監(jiān)測與治理。

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

第7篇：虛擬儀器技術論文范文

切削力測量系統一般由三部分構成：由測力儀、數據采集系統和PC機三部分組成，如圖1所示。測力儀（測力傳感器）通常安裝在刀架（車削）或機床工作臺上（銑削），負責拾取切削力信號，將力信號轉換為弱電信號；數據采集系統對此弱電信號進行調理和采集，使其變?yōu)榭捎玫臄底中盘枺籔C機通過一定的軟件平臺，將切削力信號顯示出來，并對其進行數據處理和分析。

1.1切削測力儀

1.1.1應變式測力儀

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

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

應變式測力具有靈活性大、適應性廣、性能穩(wěn)定等優(yōu)點，而且配套儀表（如靜態(tài)應變儀、動態(tài)應變儀等已標準化，因而得到廣泛應用。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構，如何有效解決靈敏度和剛度之間的矛盾，是提高應變式測力儀測量精度和動態(tài)特性的關鍵。

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異號極化電荷。這種沒有電場的作用、只是由于應變或應力在晶體內產生電極化的現象稱為壓電效應。通過測量產生電荷量即可以達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，工藝系統結構遭到破壞從而導致其剛度發(fā)生變化，采集不到精確的切削力力信號；②測力儀的安裝、調試技術復雜；③測試設備花費較高；④測力儀測試系統可靠性較低。

文獻［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電流的變化，通過測量主軸電機電流來估計切削力的大小。因機床主軸電機電流的測量比較容易和簡單，所以這是一種經濟而又簡便的方法。

電流式測力儀的局限性體現在兩個方面：①把主傳動系統的運動學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當切削力發(fā)生變化時，相應的主軸電流信號有一定的滯后現象，無法滿足對切削力進行實時監(jiān)測的較高要求。

1.2數據采集系統

如圖3所示，數據采集系統通過一定的電子線路，對測力儀的輸出信號進行放大、濾波等處理后，將其進行A/D轉換，變?yōu)橛嬎銠C的可用信號，再通過接口電路與PC機進行數據傳輸。

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

1.3數據顯示和分析處理

早期的數據顯示和分析處理單元由指示儀表、示波器和記錄儀等組成，其數據顯示和分析處理功能都是很有限的。隨著計算機技術的快速發(fā)展，目前數據顯示和分析處理單元基本上被計算機終端所代替，顯示功能更加豐富和強大，但軟件的功能僅局限于數據擬合、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切削力測量技術的發(fā)展趨勢

現代切削加工正在向高速強力切削、精密超精密加工方向發(fā)展，機床的振動頻率也會遠遠高于系統的固有頻率，這對切削力測量系統提出了新的要求：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數據處理和分析能力強，能夠對復雜多變的切削力信號進行各種處理和分析。

針對這些方面的要求，切削力測量技術將朝著以下幾方面發(fā)展：

（1）開發(fā)新型彈性元件，優(yōu)化彈性元件結構及應變片布片方案，提高應變式測力儀固有頻率，有效解決應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）應用集成電路和微電子技術，使數據采集系統集成化，提高數據采集的速度與精度；

（3）完善數據處理分析軟件的功能，例如通過解耦運算進一步減小測力儀各向力之間的耦合程度，以提高測量精度；將虛擬儀器技術引入切削力測試系統，以便對測量數據進行多種操作和數據庫管理；建立專家系統，通過對測試數據的分析處理，對刀具磨損、切削顫振等情況做出預報并提出相應的治理措施。

參考文獻

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［6］蘇建修.高速切削關鍵技術［J］.機電國際市場，2001，（11）.

第8篇：虛擬儀器技術論文范文

關鍵詞：Web虛擬實驗室 體系結構 混合模式 工作流程

中圖分類號：TP368 文獻標識碼：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問題的解決環(huán)境，它使得處于不同位置的學習者可以同時對一個實驗項目進行實驗工作。為了提高實驗系統的可擴展性和負載均衡，實驗中所需的虛擬元件和虛擬儀器可以由分布在不同應用服務器上的組件進行控制和管理，這些組件同時可以對實驗數據進行分析處理、仿真計算和顯示實驗結果等。從技術上看，基于Web的虛擬實驗室實質上是Web技術與分布式對象中間件技術的結合，即Web分布式系統。

傳統的Web系統中，客戶機與服務器之間通信流量較大時容易在Web服務器處形成“瓶頸”，造成響應速度減慢；同時由于系統不具備擴展性，一旦客戶端日益增多的業(yè)務處理請求超過應用服務對象所能承受的負荷，整個系統就無法正常運行。

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

因此，基于分布式對象中間件技術的Web解決方案，能提高Web虛擬實驗室系統的靈活性、安全性、可維護性和負載均衡，以及數據傳輸的準確性、保密性和較高的實時性。

2、系統體系結構的分析與設計

2.1 系統體系結構分析

為了減小系統的開銷，提高系統的效率，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服務器直接完成，系統應選擇B/S模式；為了實現組件化軟件的設計，提高虛擬實驗室系統的靈活性、安全性、負載均衡和可擴展性，系統應當選擇多層分布式Web模式；為了克服多層分布式Web模式在客戶機與服務器之間通信流量較大時，在Web服務器處形成“瓶頸”，客戶應當減少對Web服務器的訪問，而使用嵌入瀏覽器的ActiveX控件直接與分布在不同應用服務器上的組件交互，系統應選擇三層C/S模式。

2.2 系統體系結構設計

基于這樣一種特殊的體系結構需求，本系統采用了B/S模式、三層C/S模式與多層分布式Web模式相結合的體系結構。該體系結構既融合了傳統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性。整個Web虛擬實驗室由客戶端、Web服務器、應用服務器和數據庫服務器四部分組成，見圖1。

該結構與多層Web模式的主要區(qū)別表現在：Web服務器不再僅處于應用服務器的前端，而有相對的獨立性。當客戶使用HTTP協議向Web服務器發(fā)出請求并經過認證后，就可以使用ActiveX控件通過DCOM協議直接與應用服務器交互，這樣可以解決Web服務器的“瓶頸”問題。各部分的實際功能描述如下：

(1)客戶端。客戶端只需配備支持ActiveX的瀏覽器就可通過Internet登陸虛擬實驗室網站，向Web服務器提出實驗請求；登陸成功以后，瀏覽器會根據實驗需要，從Web服務器中自動載入包含了ActiveX控件的實驗網頁；客戶端在Windows注冊表中注冊ActiveX控件，并對控件進行初始化；最后瀏覽器啟動ActiveX控件，通過接口調用應用服務器的相關組件開始實驗。

(2)Web服務器。Web服務器主要作用是提供用戶認證管理、ActiveX控件管理、實驗信息管理、與應用服務器之間信息交換以及將虛擬實驗室系統以網站的形式在網絡中。

(3)應用服務器。應用服務器實質上是由位于調度服務器和多個實驗服務器上的不同功能的COM/DCOM組件構成。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、實驗結果顯示、處理實驗數據、負責調度管理；協調客戶端、Web服務器、實驗服務器端、數據庫服務器端的相互通信。

調度服務器根據用戶申請的實驗內容及相關實驗服務器的狀態(tài)進行任務分配，連接到某個實驗服務器；實驗服務器對相關設備的基本信息進行維護，并判斷使用狀態(tài)，指定實驗任務；客戶機直接使用DCOM協議在指定的實驗服務器開始實驗；實驗完成后將實驗結果傳給客戶。

(4)數據庫服務器。數據庫服務器是整個系統的數據存儲部分，存儲并維護著整個系統中與實驗相關的所有可用信息和數據。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)網頁的生成以及實驗數據的存儲和管理。

2.3 本設計方案的優(yōu)勢

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

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

利用ActiveX控件可以方便地使用客戶機的本地資源，這樣，復雜的設計過程均由客戶機來完成，從而簡化了服務端的設計，降低了服務器的負載，同時也加快了虛擬實驗室系統的響應速度，增強了實時性和交互性。

由于COM/DCOM、ActiveX、IIS、等技術都是都是由Microsoft公司提出的，因此它們之間具有很好的兼容性。Microsoft公司具有強大的研發(fā)實力，這些技術十分成熟，開發(fā)工具也比較豐富，實現起來很容易。

3、系統的工作流程

結合上述的系統結構及開發(fā)技術，本系統的工作過程描述如下：

(1)客戶使用瀏覽器向Web服務器申請實驗服務;(2)Web服務器通過數據庫服務器對用戶身份進行驗證，如果是合法用戶，批準請求，并將相關實驗的ActiveX控件傳送給客戶，否則拒絕進入；(3)Web服務器使用DCOM協議連接調度服務器，調度服務器選擇合適的實驗服務器分配給客戶，客戶使用ActiveX控件直接連接相應的實驗服務器；(4)客戶進入實驗室系統后，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據庫服務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，搭建實驗并進行實驗操作和編輯；(6)客戶將用戶的操作及實驗數據以文本文件的形式傳給實驗服務器，服務器從中解析出相應的信息，對客戶操作進行審查。(7)如果審查通過，實驗服務器再使用軟件技術對各種實驗環(huán)境進行仿真，得出實驗結果數據，向客戶端以仿真方式顯示回傳結果數據；并向數據庫服務器中存入實驗數據。否則返回錯誤信息，重新開始實驗。(8)服務器端的后臺數據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據庫等。(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模板，創(chuàng)建新器件并加入儀器庫中供用戶以后使用。(10)系統管理員負責教師、學生信息及實驗教學資源和實驗數據的管理。

系統的工作流程如圖2所示。

4、結語

本文以分布式對象中間件技術、Web技術為依據，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構，Microsoft公司的Window NT為網絡操作系統，通過IIS來組建Web服務器，采用ASP創(chuàng)建Web頁，使用VB的ActiveX技術實現客戶端的實驗編輯界面，使用VC++中的ATL開發(fā)服務器端的COM/DCOM組件，形成一套較為合理的構建Web虛擬實驗室的技術解決方案。該技術方案在業(yè)務層和數據訪問層利用DCOM提供的強大的基礎設施服務，形成了基于DCOM的混合的多層分布式體系結構的開發(fā)方法。

參考文獻

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第9篇：虛擬儀器技術論文范文

中國儀器儀表行業(yè)協會副理事長朱明凱指出，“現代儀器制造柔性研發(fā)平臺的創(chuàng)建及系列產品開發(fā)與應用”，無論是參數設計，還是相關產品制造，均達到國際先進水平，項目榮獲2007年度國家科技進步二等獎是實至名歸。

團結志業(yè)，金石為開

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

近年來，徐小力教授完成或承擔了一批國家級、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、先進性和實用性的研究成果，多項新技術經鑒定達到國內外先進水平，一些新技術已經產品化和產業(yè)化，研究成果廣泛應用于制造業(yè)、機械電子、儀器儀表以及能源開發(fā)和環(huán)境保護等許多領域，取得了顯著的經濟效益和社會效益。除進行科研外，他還組織了國際自動化測試與儀器儀表學術會議ISTAI，全國設備監(jiān)測與診斷學術會議等國內外學術會議，并總結多年的實踐經驗，在國內外發(fā)表學術論文百余篇，為促進機電系統測控技術發(fā)展以及國內外學術交流發(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技術進步獎二等獎、中國機械工業(yè)科學技術獎一等獎等多項獎他所率領的機械電子工程學科團隊被評為北京市高校學術創(chuàng)新團隊；而他本人也先后被授予“中國機械工業(yè)科技專家”、“北京市高校拔尖創(chuàng)新人才”、“北京市人才強教計劃資助高層次人才”等榮譽稱號，并于1999年起享受政府特殊津貼。

而在“現代儀器制造柔性研發(fā)平臺的創(chuàng)建及系列產品開發(fā)與應用”項目中，他與各單位的教授、研究人員，工程技術人員相結合，形成了一支精英隊伍。“隊伍”中，涉及部門，人員眾多，僅北京信息科技大學就囊括了機電系統測控北京市重點實驗室、傳感器北京市重點實驗室、自動化學院、光電信息與通信工程學院及機電工程學院等在內的多個科研組，此外，他們還聯合北京光學儀器廠、北京京航公司，使這支隊伍不僅形成了產學研結合的優(yōu)勢，還具有老中青結合的特點。

他們追求自主研發(fā)和創(chuàng)新，努力實現科技與經濟的結合，注重科技成果的轉化和應用推廣，二十余年來，一絲不茍地執(zhí)著于基礎技術研究的沉淀和積累。不知有多少個節(jié)假日在實驗室進行試驗研究和關鍵技術攻關，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，技術制勝

“現代儀器制造柔性研發(fā)平臺的創(chuàng)建及系列產品開發(fā)與應用”是徐小力教授攜項目組多年合作的結晶。

針對現代儀器制造具有高技術、多品種和小批量的特點，項目組提出了面向現代儀器制造的柔性研發(fā)系統理念――IFDS(Instrumentation Flexible Developing System)，并創(chuàng)建了一種可兼容，可擴展、可升級和可重構的開放式柔性研發(fā)平臺體系。這一研發(fā)平臺以光機電一體化技術、現代傳感及檢測技術、智能化監(jiān)測分析技術等為核心技術，構建了適合現代儀器系統研發(fā)的柔性集成體系，通過資源集成、信息交換機制、系統接口、總線控制和網絡互聯實現了系統資源的共享和有機融合，為傳統儀器系列產品的技術改造和提升、新型現代化智能化儀器系統的自主創(chuàng)新設計和快速柔性研發(fā)提供了新的模式和基礎技術裝備。

該項目以本次研究中完成的研發(fā)平臺作為主要的技術裝備，創(chuàng)造了分層次改造和提升傳統儀器產品的技術途徑，實現了對儀器系統的快速集成創(chuàng)新和柔性開發(fā)，顯著提升了儀器產品研發(fā)的技術水平，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市場的快速動態(tài)響應能力。

應用柔性研發(fā)平臺項目組研制了一系列具有自主知識產權的現代儀器，包括光電分析儀器類、傳感器及檢測儀器類，設備安全監(jiān)控系統類等3類10個系列50余種新產品。

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)新技術經專家鑒定達到國內領先水平或國際先進水平。本項研究成果被授予2007年度國家科學技術進步獎二等獎，相關研究成果還榮獲中國機械工業(yè)科學技術獎一等獎一項、二等獎三項，兵器工業(yè)集團科技進步獎一等獎一項，北京市科學技術獎二等獎三項，國防科學技術獎二等獎二項等獎項。

同時，在產學研一體化指導思想下，項目組著力進行了新技術的產品化和產業(yè)化，新產品已在機械電子、醫(yī)藥衛(wèi)生、石化、資源、環(huán)保、航天、材料等有關國計民生的許多行業(yè)獲得廣泛應用，不僅提升了重要儀器制造企業(yè)的技術創(chuàng)新能力、核心競爭能力和可持續(xù)開發(fā)能力，而且這些新技術具有進一步推廣應用的價值，有利于促進我國現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、新型微處理器開發(fā)系統、數據處理系統、智能分析軟件包及配套儀器設備等有關研發(fā)的環(huán)境和資源，完成了該產品的研發(fā)工作。

首先，該項目在國內外首先開發(fā)了基于虛擬儀器的熱分析儀，膨脹儀系列產品，利用虛擬儀器資源明顯提高了數字化智能化和網絡化水平；新系統分析準確、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、易產生人為誤差以及低檔單片機功能單一、精度低且不穩(wěn)定的缺陷，重新構建了以高檔嵌入式系統為核心的測控單元，提高了可靠性和測量精度，首先在同類產品上實現計算機配色、智能數據處理、大屏幕漢字顯示及主機與便攜機聯結等。

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

總之，柔性研發(fā)平臺以光機電一體化技術、現代傳感及檢測技術、智能化監(jiān)測分析技術等為核心技術，借助先進的儀器設備資源，構建了適合現代儀器系統研發(fā)的柔性集成體系，并通過信息交換機制、系統接口，總線控制和網絡互聯實現了軟硬件資源的共享和有機融合，為傳統儀器系列產品的技術改造和提升、新型現代化智能化儀器系統的自主創(chuàng)新設計和快速柔性研發(fā)提供了新的模式和技術裝備。

該系列研究成果在數字化、智能化技術分析層次提升了行業(yè)主要骨干企業(yè)主導產品的技術水平和開發(fā)能力，成功地開發(fā)了具有自主知識產權的光電分析儀器新型系列產品。研究成果體現了產品化和產業(yè)化趨勢，已廣泛應用于環(huán)

境保護、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)，取得了顯著的經濟效益和社會效益。

在實踐中成長

小行業(yè)、大智慧，面對國外產品占據我國高中檔儀器大部分市場的被動局面，“現代儀器制造柔性研發(fā)平臺的創(chuàng)建及系列產品開發(fā)與應用”的成功，從國家和產業(yè)需求出發(fā)，通過產學研合作，在國家、地方及企業(yè)等科研項目的支持下，實現了對儀器系統的快速集成創(chuàng)新和柔性開發(fā)，顯著提升了儀器產品研發(fā)的技術水平，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)適應市場的快速動態(tài)響應能力。

在“科技與經濟結合”的戰(zhàn)略思想指導下，從項目研發(fā)的最初，項目組就很注重成果的轉化。而與北京光學儀器廠以及京航公司的合作，使得產業(yè)化有了得天獨厚的平臺。

作為項目合作單位，北京光學儀器廠首先進行了產品的生產應用。該系列產品在該廠投入應用三年來，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品生產企業(yè)中取得了突出業(yè)績。

大慶油田有限責任公司也對該項目的相關產品津津樂道。該企業(yè)在生產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)現該儀器精準性、重復性高，利用熱重分析方法，對催化劑失活的原因分析準確可靠，根據失活點特性，為催化劑的研制和再生提供了理論依據。使用單位認為，該儀器的性價比高，價格不到國外同類產品的四分之一，實現的熱分析試驗功能卻幾乎達到了國外產品的標準。