14 工程測試技術(shù) 第六章

1、華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p1工程測試技術(shù)工程測試技術(shù)主講教師：來五星博士、副教授李錫文博士、教授實(shí)驗(yàn)教師：黃弢高級工程師辦公電話： 87557415 87559004移動電話子郵件： 辦公地址：新大樓東樓B305 新大樓東樓C306華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p2工程測試技術(shù)工程測試技術(shù)課件資料下載：課件資料下載：郵箱地址：郵箱地址： “機(jī)械工程測試機(jī)械工程測試”每個(gè)字拼音的第一個(gè)字母每個(gè)字拼音的第一個(gè)字母 密碼：密碼：111111注意下載時(shí)不要?jiǎng)h除原始文件注意下載時(shí)不要?jiǎng)h除原始文件 華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科

2、技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p3工程測試技術(shù)工程測試技術(shù)第六章、工程測試案例分析第六章、工程測試案例分析工程測試技術(shù)工程測試技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p4 計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù) 軸心軌跡測量 樁基應(yīng)力波檢測 樓宇安防系統(tǒng) IC卡智能水表 汽車安全氣囊測控 氣體溫度測量本章學(xué)習(xí)內(nèi)容：本章學(xué)習(xí)內(nèi)容：本章學(xué)習(xí)要求：本章學(xué)習(xí)要求：1. 了解虛擬儀器的構(gòu)成和工作原理 2. 了解常用的虛擬儀器開發(fā)平臺3. 了解典型的工程測試案例第六章、工程測試案例分析第六章、工程測試案例分析華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p56.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器

3、技術(shù)虛擬儀器是在虛擬儀器是在PC基礎(chǔ)上通過增加相關(guān)硬件和軟件構(gòu)建而成的、具有基礎(chǔ)上通過增加相關(guān)硬件和軟件構(gòu)建而成的、具有可視化界面的可重用測試儀器系統(tǒng)。可視化界面的可重用測試儀器系統(tǒng)。是在計(jì)算機(jī)上顯示傳統(tǒng)儀器面板，將硬件電路完成的信號調(diào)理和處理是在計(jì)算機(jī)上顯示傳統(tǒng)儀器面板，將硬件電路完成的信號調(diào)理和處理功能由計(jì)算機(jī)程序完成。功能由計(jì)算機(jī)程序完成。硬件功能軟件化硬件功能軟件化是虛擬儀器的一大特征。是虛擬儀器的一大特征。 1. 虛擬儀器定義虛擬儀器定義(Virtual Instrument, VI)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p62. 虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展過程虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展過程6.

4、1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p7模擬儀器模擬儀器計(jì)算機(jī)化儀器計(jì)算機(jī)化儀器儀器化計(jì)算機(jī)儀器化計(jì)算機(jī)6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p8傳統(tǒng)儀器傳統(tǒng)儀器: :廠商定義廠商定義虛擬儀器虛擬儀器: :用戶定義用戶定義PROCESSOR BUSConditioningTimingA/DD/ADI/OTI/ODISPLAY AND CONTROL488 PORT PMathMEMORYPROMPROCESSOR BUSConditioningTimingA/DD/ADI/OTI/ODISPLAY AND

5、 CONTROL488 PORT PMathMEMORYPROMControl PanelFlowPressure Alarm ConditionsSTOPTemperature傳統(tǒng)儀器的功能是由廠商事先定義好的，其功能用戶無法變更。傳統(tǒng)儀器的功能是由廠商事先定義好的，其功能用戶無法變更。虛擬儀器最大的特點(diǎn)是其功能由軟件定義，可以由用戶根據(jù)應(yīng)用需要虛擬儀器最大的特點(diǎn)是其功能由軟件定義，可以由用戶根據(jù)應(yīng)用需要進(jìn)行調(diào)整，用戶選擇不同的應(yīng)用軟件就可以形成不同的虛擬儀器。進(jìn)行調(diào)整，用戶選擇不同的應(yīng)用軟件就可以形成不同的虛擬儀器。當(dāng)虛擬儀器用戶需要改變儀器功能或需要構(gòu)造新的儀器時(shí)，可以由用當(dāng)虛擬儀器用戶

6、需要改變儀器功能或需要構(gòu)造新的儀器時(shí)，可以由用戶自己改變應(yīng)用軟件來實(shí)現(xiàn)，而不必重新購買新的儀器。戶自己改變應(yīng)用軟件來實(shí)現(xiàn)，而不必重新購買新的儀器。3. 儀器定義和功能的轉(zhuǎn)變儀器定義和功能的轉(zhuǎn)變6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p94. 用戶定義虛擬儀器的優(yōu)點(diǎn)用戶定義虛擬儀器的優(yōu)點(diǎn)費(fèi)用費(fèi)用性能性能 用戶定義用戶定義 費(fèi)用低費(fèi)用低 靈活靈活 可再用性可再用性 可重新配置可重新配置6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p105. 虛擬儀器分類虛擬儀器分類PC-DAQ 測試系統(tǒng)：以數(shù)據(jù)采集卡測試系統(tǒng)：以數(shù)據(jù)

7、采集卡(DAQ卡卡)、計(jì)算機(jī)和虛擬儀、計(jì)算機(jī)和虛擬儀器軟件構(gòu)成的測試系統(tǒng)。器軟件構(gòu)成的測試系統(tǒng)。GPIB 系統(tǒng)：以系統(tǒng)：以GPIB 標(biāo)準(zhǔn)總線儀器、計(jì)算機(jī)和虛擬儀器軟件標(biāo)準(zhǔn)總線儀器、計(jì)算機(jī)和虛擬儀器軟件構(gòu)成的測試系統(tǒng)。構(gòu)成的測試系統(tǒng)。PXI系統(tǒng)：以系統(tǒng)：以PXI標(biāo)準(zhǔn)總線儀器、計(jì)算機(jī)和虛擬儀器軟件構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)總線儀器、計(jì)算機(jī)和虛擬儀器軟件構(gòu)成的測試系統(tǒng)。的測試系統(tǒng)。VXI系統(tǒng)：以系統(tǒng)：以VXI標(biāo)準(zhǔn)總線儀器、計(jì)算機(jī)和虛擬儀器軟件構(gòu)成標(biāo)準(zhǔn)總線儀器、計(jì)算機(jī)和虛擬儀器軟件構(gòu)成的測試系統(tǒng)。的測試系統(tǒng)。現(xiàn)場總線系統(tǒng)：以現(xiàn)場總線儀器、計(jì)算機(jī)和虛擬儀器軟件構(gòu)成現(xiàn)場總線系統(tǒng)：以現(xiàn)場總線儀器、計(jì)算機(jī)和虛擬儀器軟件構(gòu)成的測

8、試系統(tǒng)。的測試系統(tǒng)。串口系統(tǒng)：以串口系統(tǒng)：以RS232標(biāo)準(zhǔn)串行總線儀器、計(jì)算機(jī)和虛擬儀器軟標(biāo)準(zhǔn)串行總線儀器、計(jì)算機(jī)和虛擬儀器軟件構(gòu)成的測試系統(tǒng)。件構(gòu)成的測試系統(tǒng)。根據(jù)虛擬儀器所采用的信號測量硬件模塊的不同，虛擬儀器可以分為下面幾種形式：6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p11(1) 基于基于PC-DAQ 數(shù)據(jù)采集卡的虛擬儀器系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集卡的虛擬儀器系統(tǒng)通過通過/轉(zhuǎn)換將模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析、處理、轉(zhuǎn)換將模擬信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號，送入計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析、處理、顯示等；顯示等；再通過再通過/轉(zhuǎn)換把數(shù)字控制量轉(zhuǎn)化成模擬控制量，送到執(zhí)行器

9、，從而實(shí)轉(zhuǎn)換把數(shù)字控制量轉(zhuǎn)化成模擬控制量，送到執(zhí)行器，從而實(shí)現(xiàn)反饋控制?，F(xiàn)反饋控制。根據(jù)需要還可加入信號調(diào)理和實(shí)時(shí)數(shù)字信號處理技術(shù)根據(jù)需要還可加入信號調(diào)理和實(shí)時(shí)數(shù)字信號處理技術(shù)(Digital Signal Processing， DSP)等硬件模塊。等硬件模塊。6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p12(2)基于通用接口總線基于通用接口總線GPIB 接口的儀器系統(tǒng)接口的儀器系統(tǒng)利用利用GPIB 接口卡將若干接口卡將若干GPIB (General Purpose Interface Bus)儀器連儀器連接起來，用計(jì)算機(jī)增強(qiáng)傳統(tǒng)儀器的功能。接起來，

10、用計(jì)算機(jī)增強(qiáng)傳統(tǒng)儀器的功能。運(yùn)用運(yùn)用GPIB 擴(kuò)展技術(shù)，可以很方便地將多臺儀器組合起來，形成較大的擴(kuò)展技術(shù)，可以很方便地將多臺儀器組合起來，形成較大的自動測量測試系統(tǒng)。自動測量測試系統(tǒng)。用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對儀器的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，實(shí)現(xiàn)用計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)對儀器的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，實(shí)現(xiàn)自動測試，排除人為因素造成的測試測量誤差。自動測試，排除人為因素造成的測試測量誤差?？梢院芊奖銛U(kuò)展傳統(tǒng)儀器的功能。可以很方便擴(kuò)展傳統(tǒng)儀器的功能。GPIB 于于1978年問世，為年問世，為IEEE488標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)。 6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)

11、院 p13(3) 基于基于PXI 總線的虛擬儀器系統(tǒng)總線的虛擬儀器系統(tǒng)PXI (PCIbus eXtension for Instrument)總線是一種高速計(jì)算機(jī)總線，即總線是一種高速計(jì)算機(jī)總線，即PCI (Peripheral Component Interconnect)總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展?？偩€在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展。PXI總線模塊是另一種新型的基于板卡式相對獨(dú)立的模塊化儀器，從物總線模塊是另一種新型的基于板卡式相對獨(dú)立的模塊化儀器，從物理結(jié)構(gòu)看，一個(gè)理結(jié)構(gòu)看，一個(gè)PXI總線系統(tǒng)包括：總線系統(tǒng)包括： 一塊為嵌入模塊提供安裝環(huán)境的一塊為嵌入模塊提供安裝環(huán)境的背板背板及其機(jī)箱及其機(jī)箱 一個(gè)控制背

12、板上時(shí)序和協(xié)調(diào)各一個(gè)控制背板上時(shí)序和協(xié)調(diào)各PXI板卡的板卡的主控制器主控制器 若干插接在背板上的若干插接在背板上的PXI 板卡板卡CompactPCI總線由多家總線由多家廠商于廠商于1994年提出。年提出。 PXI總線由美國總線由美國NI等公司等公司于于1997年發(fā)布。年發(fā)布。6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p14(4) 基于基于VXI 總線的虛擬儀器系統(tǒng)總線的虛擬儀器系統(tǒng)VXI (VME Bus Extension for Instrument)總總線是一種高速計(jì)算機(jī)總線，即線是一種高速計(jì)算機(jī)總線，即VME(Versa Module Eur

13、ocard)總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展?？偩€在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展。其物理結(jié)構(gòu)包括其物理結(jié)構(gòu)包括VXI背板、背板、VXI主控制器和主控制器和VXI板卡等組成。板卡等組成。VXI和和PXI都具有標(biāo)準(zhǔn)開放、結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)都具有標(biāo)準(zhǔn)開放、結(jié)構(gòu)緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強(qiáng)，定時(shí)和同步精確，模塊可重?fù)?jù)吞吐能力強(qiáng)，定時(shí)和同步精確，模塊可重復(fù)利用，對速度、精度要求不高，眾多儀器復(fù)利用，對速度、精度要求不高，眾多儀器廠商支持等優(yōu)點(diǎn)，很快得到了廣泛的應(yīng)用。廠商支持等優(yōu)點(diǎn)，很快得到了廣泛的應(yīng)用。VXI比比PXI總線出現(xiàn)稍早，成本相對昂貴，總線出現(xiàn)稍早，成本相對昂貴，主要用于軍方和環(huán)境要求苛刻的場合。主要用于軍方和環(huán)境要求苛刻的場合。由

14、于由于PXI系統(tǒng)兼容系統(tǒng)兼容PCI總線和總線和CompactPCI總總線，其出現(xiàn)后發(fā)展迅猛，大有取代線，其出現(xiàn)后發(fā)展迅猛，大有取代VXI系統(tǒng)系統(tǒng)之勢。之勢。VXI總線由總線由HP等公司于等公司于1987年提出，年提出，1992年成年成為為IEEE 1155標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)。 6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p15現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線(Field Bus)儀器，是一種用于惡劣環(huán)境條件下的、抗干擾能儀器，是一種用于惡劣環(huán)境條件下的、抗干擾能力很強(qiáng)的總線儀器模塊。力很強(qiáng)的總線儀器模塊。與上述的其它硬件功能模塊相類似，在計(jì)算機(jī)中安裝了現(xiàn)場總線接口與上述的其它硬

15、件功能模塊相類似，在計(jì)算機(jī)中安裝了現(xiàn)場總線接口卡后，通過現(xiàn)場總線專用連接電纜，就可以構(gòu)成計(jì)算機(jī)虛擬儀器測試卡后，通過現(xiàn)場總線專用連接電纜，就可以構(gòu)成計(jì)算機(jī)虛擬儀器測試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用計(jì)算機(jī)對現(xiàn)場總線儀器進(jìn)行控制。系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用計(jì)算機(jī)對現(xiàn)場總線儀器進(jìn)行控制。目前工業(yè)以太網(wǎng)在測控系統(tǒng)中也獲得了大量應(yīng)用，但工業(yè)以太網(wǎng)往往目前工業(yè)以太網(wǎng)在測控系統(tǒng)中也獲得了大量應(yīng)用，但工業(yè)以太網(wǎng)往往用于系統(tǒng)的上層，下層仍然多采用現(xiàn)場總線。用于系統(tǒng)的上層，下層仍然多采用現(xiàn)場總線。(5) 現(xiàn)場總線模塊現(xiàn)場總線模塊6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p16(6) 串行接口儀器串行接口

16、儀器很多儀器帶有很多儀器帶有RS232 串行接口，通過連接電纜將儀器與計(jì)算機(jī)相連就串行接口，通過連接電纜將儀器與計(jì)算機(jī)相連就可以構(gòu)成計(jì)算機(jī)虛擬儀器測試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用計(jì)算機(jī)對儀器進(jìn)行控制?？梢詷?gòu)成計(jì)算機(jī)虛擬儀器測試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)用計(jì)算機(jī)對儀器進(jìn)行控制。在要求高速和實(shí)時(shí)的環(huán)境里，目前的一個(gè)發(fā)展趨勢是采用在要求高速和實(shí)時(shí)的環(huán)境里，目前的一個(gè)發(fā)展趨勢是采用USB串行接串行接口（或口（或IEEE1394串行接口），以解決串行接口），以解決RS232串行接口傳輸速率過低的串行接口傳輸速率過低的缺點(diǎn)。缺點(diǎn)。RS23215.2kb/s15mUSB1.012Mb/s30mRS42210Mb/s120mUSB2.048

17、0Mb/s30mRS485IEEE1394400Mb/s72m6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p176. 虛擬儀器的兩條發(fā)展道路虛擬儀器的兩條發(fā)展道路(a) 適合大型高精度集成系統(tǒng)適合大型高精度集成系統(tǒng)(c) 虛擬儀器的發(fā)展取決于三個(gè)重要因素：虛擬儀器的發(fā)展取決于三個(gè)重要因素： 計(jì)算機(jī)是載體；計(jì)算機(jī)是載體； 軟件是核心；軟件是核心； 高質(zhì)量的高質(zhì)量的A/D采集卡及調(diào)理放大器是關(guān)鍵。采集卡及調(diào)理放大器是關(guān)鍵。GPIBVXIPXI197819871997(b) 適合于普及型的廉價(jià)系統(tǒng)，有廣闊的應(yīng)用發(fā)展前景適合于普及型的廉價(jià)系統(tǒng)，有廣闊的應(yīng)用發(fā)展前

18、景PC插卡插卡并口并口串口串口USB1980199519996.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p18常用虛擬儀器板卡常用虛擬儀器板卡DAQ CardIMAQ CardField PointMotion Control Card6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p197. 虛擬儀器的組成虛擬儀器的組成PXIVXIGPIBDAQIMAQMotion硬件板卡硬件板卡軟件軟件程序解決方案程序解決方案軟件驅(qū)動模塊軟件驅(qū)動模塊虛擬儀器主要由虛擬儀器主要由傳感器傳感器，信號采集與控制板卡信號采集與控制板卡，信

19、號分析和顯示軟件信號分析和顯示軟件幾幾部分組成部分組成6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p20(2) 虛擬儀器的基本構(gòu)成虛擬儀器的基本構(gòu)成(1) 虛擬儀器結(jié)構(gòu)框圖虛擬儀器結(jié)構(gòu)框圖6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p216.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p22(3) 虛擬儀器軟件驅(qū)動模塊（硬件板卡驅(qū)動）虛擬儀器軟件驅(qū)動模塊（硬件板卡驅(qū)動） 為簡化硬件板卡編程和控制，提高代碼復(fù)用程序。為簡化硬件板卡編程和控制，提高代碼復(fù)用程序。NINI和和Agile

20、nt已標(biāo)已標(biāo)準(zhǔn)化了數(shù)百種常用儀器、板卡的驅(qū)動，屏蔽了直接控制這些硬件的復(fù)雜準(zhǔn)化了數(shù)百種常用儀器、板卡的驅(qū)動，屏蔽了直接控制這些硬件的復(fù)雜性，它們已成為虛擬儀器開發(fā)平臺的有機(jī)組成部分，開發(fā)時(shí)可直接復(fù)用性，它們已成為虛擬儀器開發(fā)平臺的有機(jī)組成部分，開發(fā)時(shí)可直接復(fù)用這些硬件驅(qū)動代碼。并出臺了可互換虛擬儀器驅(qū)動程序設(shè)計(jì)軟件接口標(biāo)這些硬件驅(qū)動代碼。并出臺了可互換虛擬儀器驅(qū)動程序設(shè)計(jì)軟件接口標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn) ( (Interchangeable Virtual Instrument) )。 用戶界面用戶界面軟件驅(qū)動軟件驅(qū)動6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p23IV

21、I 結(jié)構(gòu)：結(jié)構(gòu)：IVI Class DriverIVI Instrument Specific DriverApplications ProgramVISA(Virtual Instrument System Architecture)PC PluginGPIBPXIVXIPlug&Play 6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p24主要包括波形圖、選鈕、儀表頭、推鈕、溫度計(jì)、棒圖等儀表顯示主要包括波形圖、選鈕、儀表頭、推鈕、溫度計(jì)、棒圖等儀表顯示常用的軟件儀表盤顯示模塊。常用的軟件儀表盤顯示模塊。類似于類似于Windows應(yīng)用程序中的控

22、件。應(yīng)用程序中的控件。(4) 信號分析與處理軟件信號分析與處理軟件(5) 儀器表頭顯示軟件儀器表頭顯示軟件利用數(shù)字信號處理算法，實(shí)現(xiàn)信號分析與處理，滿足應(yīng)用的需求。利用數(shù)字信號處理算法，實(shí)現(xiàn)信號分析與處理，滿足應(yīng)用的需求。6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p258. 常見的虛擬儀器軟件平臺常見的虛擬儀器軟件平臺LabViewAgilent VEEDASYLabDirectViewProcessControl6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p26LabView6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀

23、器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p276.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p286.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p296.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p306.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p316.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p32何嶺松教授所在課題組開發(fā)的虛擬儀器平臺何嶺松教授所在課題組開發(fā)的虛擬儀器平臺6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器

24、技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p339. 小型虛擬儀器系統(tǒng)開發(fā)小型虛擬儀器系統(tǒng)開發(fā) 虛擬儀器為計(jì)算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用提供一項(xiàng)很好的技術(shù)解決虛擬儀器為計(jì)算機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域中的應(yīng)用提供一項(xiàng)很好的技術(shù)解決方案，在制造業(yè)中我們可以借鑒它來進(jìn)行機(jī)床操作面板設(shè)計(jì)等工作。方案，在制造業(yè)中我們可以借鑒它來進(jìn)行機(jī)床操作面板設(shè)計(jì)等工作。目的：目的：LabView，VEE過于龐大，不適合在現(xiàn)場使用，缺乏面向某一過于龐大，不適合在現(xiàn)場使用，缺乏面向某一特定領(lǐng)域的專用控件。特定領(lǐng)域的專用控件。6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p34(1)

25、 虛擬儀器主體程序設(shè)計(jì)虛擬儀器主體程序設(shè)計(jì)(COM容器容器)MFC ExeSupport ActiveX Control6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p356.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p36該簡單的樣例程序就可以插入任何該簡單的樣例程序就可以插入任何ActiveX控件控件(COM組件組件)，如，如下圖所示：下圖所示：WindowsWindows日期控件日期控件LabViewLabView選鈕控件選鈕控件設(shè)計(jì)完成的容器程序設(shè)計(jì)完成的容器程序6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科

26、技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p37(2) 虛擬儀器控件設(shè)計(jì)虛擬儀器控件設(shè)計(jì)(COM組件組件)MFC ActiveX6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p38設(shè)計(jì)完成的控件設(shè)計(jì)完成的控件重載繪圖方法部分重載繪圖方法部分6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p39(3) 虛擬儀器圖形控件設(shè)計(jì)簡介虛擬儀器圖形控件設(shè)計(jì)簡介800繪圖過程分解繪圖過程分解：6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p40設(shè)計(jì)樣例：設(shè)計(jì)樣例：x=120y=70Fillbar x,y

27、,140,120,10904646Arc x+70,y+100-15,80,45,135,14Fillcircle x+70,y+90,4,14Line x+70,y+100-10,x+14,y+27,14Line x+70,y+100-10,x+127,y+27,14Line x+70,y+5,x+70,y+15,14Textout x+30,y+70,15,-50Textout x+90,y+70,15,50Textout x+35,y+100,15,數(shù)字電壓表數(shù)字電壓表Line x,y,x+140,y,15Line x,y,x,y+120,15Line x+140,y,x+140,y+1

28、20,8Line x,y+120,x+140,y+120,8Line x+70,y+100-10,x+100,y+20,12Line x+71,y+100-10,x+100,y+20,12Line x+69,y+100-10,x+100,y+20,12-5050數(shù)字電壓表數(shù)字電壓表6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p4110. 催生虛擬儀器的土壤催生虛擬儀器的土壤6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p42自動化自動化軟件軟件PLC串行口串行口數(shù)據(jù)采集數(shù)據(jù)采集過程過程現(xiàn)場總線現(xiàn)場總線個(gè)人計(jì)算機(jī)或個(gè)人

29、計(jì)算機(jī)或工作站工作站圖象圖象公司公司 Intranetor Internet分布式分布式 I/O動作動作11. 基于虛擬儀器的新型工業(yè)測控系統(tǒng)架構(gòu)基于虛擬儀器的新型工業(yè)測控系統(tǒng)架構(gòu)6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p4312. 虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)VI傳統(tǒng)儀器傳統(tǒng)儀器軟件使得開發(fā)與維護(hù)費(fèi)用降至最低軟件使得開發(fā)與維護(hù)費(fèi)用降至最低開發(fā)與維護(hù)開銷高開發(fā)與維護(hù)開銷高技術(shù)更新周期短技術(shù)更新周期短(12年年)技術(shù)更新周期長技術(shù)更新周期長(510年年)關(guān)鍵是軟件關(guān)鍵是軟件關(guān)鍵是硬件關(guān)鍵是硬件價(jià)格低、可復(fù)用與可重配置性強(qiáng)價(jià)格低、可復(fù)用與可重配置

30、性強(qiáng)價(jià)格昂貴價(jià)格昂貴用戶定義儀器功能用戶定義儀器功能廠商定義儀器功能廠商定義儀器功能開放、靈活，計(jì)算機(jī)技術(shù)同步發(fā)展開放、靈活，計(jì)算機(jī)技術(shù)同步發(fā)展封閉、固定封閉、固定與網(wǎng)絡(luò)及其它周邊設(shè)備互聯(lián)與網(wǎng)絡(luò)及其它周邊設(shè)備互聯(lián)功能單一的獨(dú)立設(shè)備功能單一的獨(dú)立設(shè)備6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p4413. 虛擬儀器技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域虛擬儀器技術(shù)的主要應(yīng)用領(lǐng)域通訊通訊 AT&T, Alcatel, Ericsson計(jì)算機(jī)計(jì)算機(jī) IBM, Apple, Dell半導(dǎo)體半導(dǎo)體 Motorola, TI, Thomson-CSF汽車汽車 Ford, Chr

31、ysler, Nissan, Toyota電子電子 Sony, Siemens石油化工石油化工 Shell, Mobil Research紡織紡織 Instron, Dupont, Eli Lilly, Albany International制造制造 Ericcson, Duracell食品加工食品加工 Sara Lee, Ben & Jerry抯抯, Shiner醫(yī)藥醫(yī)藥 Johnson & Johnson,Proctor & Gamble測試和測量測試和測量工業(yè)自動化工業(yè)自動化6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p4

32、5動手做：動手做：用用“個(gè)人測試實(shí)驗(yàn)室個(gè)人測試實(shí)驗(yàn)室”設(shè)設(shè)計(jì)一個(gè)簡易聲級計(jì)。計(jì)一個(gè)簡易聲級計(jì)。6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p46何嶺松教授項(xiàng)目組開發(fā)虛擬聲級計(jì)何嶺松教授項(xiàng)目組開發(fā)虛擬聲級計(jì)Visual Sound Instrument6.1計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)計(jì)算機(jī)虛擬儀器技術(shù)華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p476.2軸心軌跡測量軸心軌跡測量轉(zhuǎn)子繞轉(zhuǎn)子軸心自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子繞轉(zhuǎn)子軸心自轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子不平衡轉(zhuǎn)子不平衡對中不良對中不良轉(zhuǎn)子和定子碰磨轉(zhuǎn)子和定子碰磨結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理制造安裝誤差制造安裝誤差轉(zhuǎn)子材質(zhì)不均勻轉(zhuǎn)子材質(zhì)不均勻受熱不均勻

33、受熱不均勻轉(zhuǎn)子初始彎曲轉(zhuǎn)子初始彎曲轉(zhuǎn)子在使用過程中被腐蝕、磨損轉(zhuǎn)子在使用過程中被腐蝕、磨損轉(zhuǎn)子上零部件松動、脫落等轉(zhuǎn)子上零部件松動、脫落等交變彎曲應(yīng)力引起疲勞損傷，出交變彎曲應(yīng)力引起疲勞損傷，出現(xiàn)裂紋甚至斷裂現(xiàn)裂紋甚至斷裂產(chǎn)生過度振動和噪聲，加速磨損，產(chǎn)生過度振動和噪聲，加速磨損，降低壽命和效率降低壽命和效率振動會傳到地基，引起工作環(huán)境振動會傳到地基，引起工作環(huán)境惡化惡化1. 問題的提出問題的提出軸心繞定子中心渦動軸心繞定子中心渦動監(jiān)測方法：軸心軌跡測量！監(jiān)測方法：軸心軌跡測量！華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p48不同故障狀態(tài)下的軸心軌跡圖及其分析不同故障狀態(tài)下的軸心軌跡圖及其分析

34、 開始出現(xiàn)開始出現(xiàn)1X的倍頻分量的倍頻分量2X、3X等，這是等，這是局部碰磨局部碰磨的重的重要特征之一。要特征之一。顯示了明顯的顯示了明顯的裂紋故障裂紋故障特特征，即除同頻振動征，即除同頻振動1X外，外，還存在幅值明顯的還存在幅值明顯的2X、3X等超諧分量。等超諧分量。頻譜中出現(xiàn)兩個(gè)峰值，即頻譜中出現(xiàn)兩個(gè)峰值，即1X同頻振動和同頻振動和0.5X半頻振半頻振動，且半頻振動振幅大大動，且半頻振動振幅大大超過超過1X同頻振動。這是同頻振動。這是轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子不平衡子不平衡的特征。的特征。華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p492. 軸心軌跡測量軸心軌跡測量軸心軌跡獲取一般采用兩個(gè)互成軸心軌跡獲取一般

35、采用兩個(gè)互成90安置的非接觸式渦流傳感器，在各安置的非接觸式渦流傳感器，在各自方向自方向測量轉(zhuǎn)軸組件相對機(jī)座的振動位移測量轉(zhuǎn)軸組件相對機(jī)座的振動位移。傳感器信號經(jīng)放大、抗混濾波器、傳感器信號經(jīng)放大、抗混濾波器、A/D 轉(zhuǎn)換器后進(jìn)入計(jì)算機(jī)。轉(zhuǎn)換器后進(jìn)入計(jì)算機(jī)。華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p50設(shè)相互垂直安裝的兩個(gè)檢測軸振動位移傳感器信號為設(shè)相互垂直安裝的兩個(gè)檢測軸振動位移傳感器信號為x(t) 和和y(t) ，在復(fù)平面進(jìn)行組合，形成復(fù)信號在復(fù)平面進(jìn)行組合，形成復(fù)信號z(t)=x(t)+jy(t) 即是轉(zhuǎn)子軸心軌跡。即是轉(zhuǎn)子軸心軌跡。軸心軌跡圖的合成軸心軌跡圖的合成華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院

36、華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p51華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p521軸轉(zhuǎn)速軸轉(zhuǎn)速若軸上為鍵槽，則探頭零點(diǎn)以軸表若軸上為鍵槽，則探頭零點(diǎn)以軸表面為參考面；若軸上為鍵，則探頭面為參考面；若軸上為鍵，則探頭零點(diǎn)以鍵的頂面為參考面。零點(diǎn)以鍵的頂面為參考面。2軸振動軸振動若用一只探頭，則安裝在軸的垂直若用一只探頭，則安裝在軸的垂直方向；若用兩只探頭，則相互成方向；若用兩只探頭，則相互成90安裝。探頭之間距離要大于安裝。探頭之間距離要大于40mm，以避免相互干擾。，以避免相互干擾。3軸位移軸位移首先判斷軸位移方向，確定合適的首先判斷軸位移方向，確定合適的探頭位置，保證軸位移在傳感器線探頭位置，保

37、證軸位移在傳感器線性范圍內(nèi)，探頭應(yīng)在靠近推力盤處性范圍內(nèi)，探頭應(yīng)在靠近推力盤處安裝。安裝。4內(nèi)部安裝內(nèi)部安裝的探頭的探頭探頭安裝在機(jī)殼內(nèi)部時(shí)，要注意引探頭安裝在機(jī)殼內(nèi)部時(shí)，要注意引線用卡子固定在殼體上，還要注意線用卡子固定在殼體上，還要注意穿出機(jī)殼處的密封及接頭的密封。穿出機(jī)殼處的密封及接頭的密封。安裝圖示安裝圖示提要提要序號序號 測量參數(shù)測量參數(shù)電電渦渦流流傳傳感感器器的的安安裝裝華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p53電渦流傳感器激勵(lì)線圈與被測體的關(guān)系電渦流傳感器激勵(lì)線圈與被測體的關(guān)系v關(guān)于電渦流的一些特性是在關(guān)于電渦流的一些特性是在假定被測體為半無限導(dǎo)體假定被測體為半無限導(dǎo)體而得

38、出的。而得出的。v在激勵(lì)頻率比較高、導(dǎo)體表面曲率半徑比計(jì)算出來的集膚厚度大在激勵(lì)頻率比較高、導(dǎo)體表面曲率半徑比計(jì)算出來的集膚厚度大得多，那么深度無限的平面導(dǎo)體概念和結(jié)果也就可以擴(kuò)大應(yīng)用到得多，那么深度無限的平面導(dǎo)體概念和結(jié)果也就可以擴(kuò)大應(yīng)用到其它形狀的導(dǎo)體中去，此時(shí)的靈敏度不會發(fā)生變化，否則靈敏度其它形狀的導(dǎo)體中去，此時(shí)的靈敏度不會發(fā)生變化，否則靈敏度就會急劇下降。就會急劇下降。v當(dāng)被測導(dǎo)體的直徑等于線圈外徑的當(dāng)被測導(dǎo)體的直徑等于線圈外徑的2.14倍時(shí)，厚度等于穿透深度的倍時(shí)，厚度等于穿透深度的5.3倍時(shí)，電渦流的徑向軸向密度已衰減到倍時(shí)，電渦流的徑向軸向密度已衰減到5%，可以認(rèn)為被測體與，可

39、以認(rèn)為被測體與半無限導(dǎo)體無異。半無限導(dǎo)體無異。華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p54電渦流傳感器的特性曲線電渦流傳感器的特性曲線華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p55電渦流傳感器的溫漂及其補(bǔ)償電渦流傳感器的溫漂及其補(bǔ)償q電渦流傳感器缺點(diǎn)是高溫下工作會產(chǎn)生溫漂，必須進(jìn)行溫度標(biāo)定電渦流傳感器缺點(diǎn)是高溫下工作會產(chǎn)生溫漂，必須進(jìn)行溫度標(biāo)定, ,然后進(jìn)行溫度補(bǔ)償。然后進(jìn)行溫度補(bǔ)償。q軟件補(bǔ)償法：在試驗(yàn)前，根據(jù)不同溫度下傳感器輸出特性，求出軟件補(bǔ)償法：在試驗(yàn)前，根據(jù)不同溫度下傳感器輸出特性，求出各溫度下應(yīng)當(dāng)補(bǔ)償?shù)钠盍?，將這些值按溫度制成表格存入內(nèi)存，各溫度下應(yīng)當(dāng)補(bǔ)償?shù)钠盍浚瑢⑦@些值

40、按溫度制成表格存入內(nèi)存，當(dāng)計(jì)算機(jī)通過采樣溫度大小后，通過取得某一溫度下應(yīng)當(dāng)補(bǔ)償量當(dāng)計(jì)算機(jī)通過采樣溫度大小后，通過取得某一溫度下應(yīng)當(dāng)補(bǔ)償量進(jìn)行補(bǔ)償即成。進(jìn)行補(bǔ)償即成。q硬件補(bǔ)償法：硬件補(bǔ)償就是在線路中加補(bǔ)償環(huán)以消除溫漂。硬件補(bǔ)償法：硬件補(bǔ)償就是在線路中加補(bǔ)償環(huán)以消除溫漂。補(bǔ)償前的特性曲線補(bǔ)償前的特性曲線補(bǔ)償后的特性曲線補(bǔ)償后的特性曲線華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p563. 軸心軌跡分析軸心軌跡分析華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p576.3氣體溫度測量氣體溫度測量v 在管道內(nèi)，在管道內(nèi)，速度速度快但溫度不快但溫度不高的氣體溫度測量高的氣體溫度測量v 工業(yè)鍋爐和工業(yè)窯爐中，

41、速工業(yè)鍋爐和工業(yè)窯爐中，速度不高、但溫度很高的燃燒度不高、但溫度很高的燃燒氣流的溫度測量氣流的溫度測量v 內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等高速噴內(nèi)燃機(jī)、燃?xì)廨啓C(jī)等高速噴射燃燒氣流溫度的測量射燃燒氣流溫度的測量在工程測量中涉及面廣，在工程測量中涉及面廣，測溫仍以測溫仍以接觸法接觸法為主。應(yīng)為主。應(yīng)用熱電偶采取一定的技術(shù)用熱電偶采取一定的技術(shù)措施，能獲得較為理想的措施，能獲得較為理想的測量結(jié)果。測量結(jié)果。各類噴射出來的燃燒氣流各類噴射出來的燃燒氣流的測溫，對這類噴焰或等的測溫，對這類噴焰或等離子體的噴焰的溫度測量離子體的噴焰的溫度測量可采用可采用非接觸法非接觸法。1. 問題的提出問題的提出華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院 p58接觸法氣流測溫中碰到的