大學本科畢業(yè)設計(論文)撰寫樣本

1、. 介質損耗角檢測系統(tǒng)的研究與設計摘要電力系統(tǒng)中檢測高壓設備的運行可靠性和發(fā)現(xiàn)電氣絕緣方面缺陷，介質損耗角的測量必不可少。介質損耗角是一項反映高壓電氣設備絕緣性能的重要指標。本文介紹了介質損耗角的根本概念和其意義，簡單分析了介質損耗角檢測的傳統(tǒng)方法，詳細介紹了測量介損角的數(shù)字測量方法基波相位別離法。提出了一種非同步采樣條件下采用基波相位別離法的補償算法，即采用等時間間隔電壓、電流信號進展采樣，同時對信號周期波動產生的誤差進展補償?；谠撍惴ê侠砼渲脺y量系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)方案。采用美國國家儀器公司NI研制開發(fā)的實驗室虛擬儀器工程平臺LabVIEW，對其進展仿真和試驗。仿真和試驗結果說明該算法在增加較

2、少運算量的同時提高了介質損耗角的測量精度。開發(fā)出的測量系統(tǒng)很好的實現(xiàn)了電容型設備介質損耗角的在線檢測，它突破了傳統(tǒng)檢測方法在數(shù)據(jù)處理、顯示等方面的限制，并具備很高的智能度和性價比。關鍵詞：介質損耗角；虛擬儀器；labVIEW；非同步采樣算法Research and design of measurement system of dielectric loss angleAbstractIt is indispensable to measure the dielectric loss angle in the process of measuring the working security

3、of electric equipment and discovering the defect of electrical insulation in the system of electric power. The dielectric loss plays an important role to reflect the insulated property of high voltage electric equipment. The concept and significance of dielectric loss angle is introduced in this pap

4、er. The traditional methods and a digital method called fundamental harmonic phase separation of measurement of dielectric loss angle is analyzed. An algorithm for fundamental harmonic phase separation under asynchronous sampling is gavethat the voltage and current signals were sampled by equal time

5、 intervals and errors caused by the signal period fluctuation were pensated. The hardware implementation for a measuring system based on the algorithm was described in this paper. The scheme is simulatedand tested by LabVIEW(Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench), which is invented by

6、NI co. The results of simulation and tests show that measuring system invented implement measurement of electric capacity equipment on line. It breaks the limit of handling and showing data in the traditional measurement, which has higher intelligent ability and ratio between property and price.Key

7、words: dielectric loss angle;virtual instruments; LabVIEW ; asynchronous sampling 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc106495624摘 要. HYPERLINK l _Analysis_and_design_of measurement Abstract. HYPERLINK l _1、緒論 1 緒論.1 HYPERLINK l _1.1、電氣設備的絕緣故障及其危害性 1.1 電氣設備的絕緣故障及其危害性.1 HYPERLINK l _1.2、目前在線監(jiān)測絕緣狀況在國內外開

8、展及趨勢 1.2 在線監(jiān)測絕緣狀況在國外的開展及趨勢1 HYPERLINK l _1.3、介質損耗及介質損耗角 1.3 介質損耗及介質損耗角2 HYPERLINK l _1.3.1_介質損耗的概念 1.3.1 介質損耗的概念. 2 HYPERLINK l _1.3.2_介質損耗的根本形式 1.3.2 介質損耗的根本形式 .2 HYPERLINK l _1.3.3介質損耗角 介質損耗角.2 HYPERLINK l _1.4_介質損耗在工程上的意義 1.4介質損耗檢測的意義及其注意問題.3HYPERLINK l _2虛擬儀器簡介_1 o 虛擬儀器簡介2 虛擬儀器簡介5 HYPERLINK l _2

9、.1_虛擬儀器概述 2.1虛擬儀器概述.5HYPERLINK l _2.2_虛擬儀器特點2.2 虛擬儀器的特點5HYPERLINK l _2.3、虛擬儀器技術的開展2.3虛擬儀器技術的開展6 HYPERLINK l _2.4_虛擬儀器的開展分類 2.4 虛擬儀器的分類.6 HYPERLINK l _2.5_虛擬儀器的應用 2.5 虛擬儀器的應用8 HYPERLINK l _2.6_虛擬儀器技術的三大組成局部_ 一、 高效的軟件 軟件是虛 2.6 虛擬儀器技術的三個組成局部.8 HYPERLINK l _2.7_虛擬儀器的四大優(yōu)勢_ 1性能高 虛擬儀器技術 2.7 虛擬儀器技術的四大優(yōu)勢.9HY

10、PERLINK l _3_LabVIEW開發(fā)平臺_23 LabVIEW開發(fā)平臺11 HYPERLINK l _3.1_LabVIEW的開展 3.1 LabVIEW的開展11HYPERLINK l _3.2_LabVIEW的構造3.2LabVIEW的構造11 HYPERLINK l _3.3_LabVIEW的優(yōu)勢 3.3LabVIEW的優(yōu)勢.13HYPERLINK l _4、介質損耗角檢測的方法_14 介質損耗檢測方法15HYPERLINK l _4.1電橋法4.1 電橋法15 HYPERLINK l _4.2_伏安法： 4.2 伏安法16 HYPERLINK l _4.3_自由軸法： 4.3

11、自由軸法17 HYPERLINK l _4.4_相位差法： 4.4 相位差法17 HYPERLINK l _4.5_過零點電壓比較法 4.5 過零點電壓比較法.18 HYPERLINK l _4.6基波相位別離法 4.6 基波相位別離法.19 HYPERLINK l _4.7_介質損耗角的異頻檢測 4.7 介質損耗角的異頻檢測.20 HYPERLINK l _5_基于基波相位別離法的非同步采樣補償算法 5 基于基波相位別離法的非同步采樣補償算法21 HYPERLINK l _6_基于非同步采樣補償算法的在線檢測VI設計 6基于非同步采樣補償算法的在線檢測VI設計23 HYPERLINK l _

12、6.1_虛擬信號發(fā)生器的設計 6.1虛擬信號發(fā)生器的設計 PAGEREF _Toc106495650 h23 HYPERLINK l _6.2_虛擬正弦電壓、電流信號設計 6.2虛擬正弦電壓、電流信號設計 PAGEREF _Toc106495651 h 24HYPERLINK l _6.3_波形采樣和測量模塊6.3波形采樣和測量模塊 PAGEREF _Toc106495653 h 27HYPERLINK l _6.4_公式運算模塊6.4 公式運算模塊 PAGEREF _Toc106495654 h 28HYPERLINK l _6.5_程序線路連接圖6.5 程序線路連接圖29HYPERLINK

13、 l _6.6_介質損耗角的仿真測量_16.6介質損耗角的仿真測量327 介質損耗角檢測系統(tǒng)的設計. 337.1 系統(tǒng)的總體構造. 337.2 信號采集. 337.3 信號處理. 337.4信號傳輸與通信. 347.5數(shù)據(jù)分析與判斷和數(shù)據(jù)顯示.34HYPERLINK l _結_ 論結論.35 HYPERLINK l _致謝 致.36 HYPERLINK l _參考文獻參考文獻37. 1緒論1.1電氣設備的絕緣故障及其危害性電氣設備是組成電力系統(tǒng)的根本元件，是保證供電可靠性的根底1。無論是大型關鍵設備如發(fā)電機、變壓器，還是小型設備如電力電容器、絕緣子等，一旦發(fā)生失效，必將引起局部甚至全部地區(qū)的停

14、電。而導致設備失效的主要原因是其絕緣性能的劣化。絕緣劣化有很多原因，不僅電應力可引起絕緣劣化，導致絕緣故障，而且機械力或熱的作用，或者和電場的共同作用，最終也會開展為絕緣性故障。例如，變壓器短路故障產生的巨大電磁力會引起繞組變形，使絕緣受損而導致發(fā)生匝間擊穿；變壓器局部過熱可導致油溫上升，使絕緣過熱而發(fā)生裂解，最后開展為放電性絕緣故障。鑒于絕緣故障在電力故障中所占的比重及其后果的嚴重性，電力運行部門歷來十分重視電氣設備的絕緣監(jiān)視。1.2目前在線監(jiān)測絕緣狀況在國外開展及趨勢20世紀60年代，美國最先開發(fā)監(jiān)測和診斷技術，成立了龐大的故障研究機構。在20世紀60年代初，美國即已使用可燃氣體總量TCG

15、檢測裝置，來測定變壓器儲油柜油面上的自由氣體，以判斷變壓器的絕緣狀態(tài)，但這種裝置對潛伏性故障無能為力。針對這一局限性，日本等國研究使用氣相色譜儀，在分析自由氣體的同時，分析油中溶解氣體，有利于發(fā)現(xiàn)早期故障。但其主要缺點是要取油樣，需要在實驗室進展分析，試驗時間長，故不能在線連續(xù)監(jiān)測。20世紀70年代中期，能使油中氣體別離的高分子塑料滲透膜的創(chuàng)造和應用，解決了在線連續(xù)監(jiān)測問題。20世紀70年代以來，前聯(lián)的在線監(jiān)測技術開展也很快，特別是電容性設備絕緣監(jiān)測和局部放電的在線監(jiān)測。自20世紀80年代，我國在線監(jiān)測技術也得到了迅速開展，各省電力部門都研制了電容性設備的監(jiān)測裝置，主要監(jiān)測電力設備的介質損耗、

16、電容值、三相不平衡電流2。從國外開展狀況的總體來看，目前多數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)的功能還比較單一。今后在線監(jiān)測技術的開展趨勢應是：1多功能多參數(shù)的綜合監(jiān)測和診斷，即同時監(jiān)測能反映其電氣設備絕緣多個特征參數(shù)。2對電站或變電站的整個電氣設備實行集中監(jiān)測和診斷，形成一套完整的分布式在線監(jiān)測系統(tǒng)。3不斷提高監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性和靈敏度。4在不斷積累監(jiān)測數(shù)據(jù)和診斷經歷的根底上，開展人工智能技術，建立人工神經網絡專家系統(tǒng)，實現(xiàn)絕緣診斷的自動化。1.3介質損耗及介質損耗角對于電容型絕緣設備，通過對其介電特性的監(jiān)測，可以發(fā)現(xiàn)尚處于早期開展階段的缺陷。反映介電特性的參數(shù)有介質損耗角正切，電容值和電流值I，是設備絕緣的局部缺陷中

17、，由介質損耗引起的有功電流分量Ir和設備總電容電流Ic之比3，它對發(fā)現(xiàn)絕緣的整體劣化例如，絕緣均勻受潮較為靈敏，而對局部缺陷即體積只占介質中較小局部缺陷和集中缺陷則不易用測方法實現(xiàn)。介質損耗的概念電介質在電場作用下加電壓后，要發(fā)生極化過程和電導過程4。有損極化過程中有能量損耗；在電導過程中，電導性泄露電流流過絕緣電阻當然也有能量損耗。損耗程度一般用單位時間損耗的能量，即損耗功率表示。電介質出現(xiàn)功率損耗的過程稱為介質損耗。顯然，介質損耗過程隨極化過程和電導過程同時進展，換句話說，由于極化、電導過程的存在才有損耗過程。電介質損耗掉的能量也就是電能全部轉變成了熱能，使電介質溫度升高。假設介質損耗過大

18、，則電介質溫度將升的過高，這將加速電介質的熱分解與老化，最終導致絕緣性能的完全失去。介質損耗的根本形式1電導損耗是由泄露電流流過電介質而引起的損耗。2極化損耗是由有損極化引起的損耗。3游離損耗是氣體間隙的電暈放電以及液固體電介質部氣泡中的局部放電所引起的附加損耗。由于電介質的極化，電導過程很微弱，所以氣體電介質的介質損耗是極小的，但是液體固體電介質在運行過程中的介質損耗就不能忽略。在直流電壓作用下，液體固體電介質的電導損耗占主導，其余可忽略；在交流電壓作用下，極化損耗就不能忽略。介質損耗角介質損耗角是在交變電場下，電介質流過的電流向量和電壓向量之間的夾角即功率向量角的余角，簡稱介損角5。如果取

19、得試品的電流向量和電壓向量，則可以得到向量圖：圖1.1 介質損耗角等效電路及電路圖介質損耗角介損角是一項反映高壓電氣設備絕緣性能的重要指標。介損角的變化可反映受潮、劣化變質或絕緣中氣體放電等絕緣缺陷，因此測量介損角是研究絕緣老化特征及在線監(jiān)測絕緣狀況的一項重要容。而在實際測量中，由于介損角很小，所以需要測量系統(tǒng)有較高的測量精度，這樣才能正確及時地反映介損角的變化。人們一直在研究介損角測量方法，每種方法都有其自身的特點。隨著電子工業(yè)及計算機的迅速開展和廣泛應用，數(shù)字化測量手段涌現(xiàn)出來，并且其運用的各種算法也有很多。數(shù)字化測量方法求取介損角即對電壓、電流信號進展數(shù)字化采樣后在通過一定的算法求出介損

20、角。目前工業(yè)上常用的算法是基波相位別離法。1.4 介質損耗檢測的意義及其注意問題1在絕緣設計時，必須注意絕緣材料的值。假設值過大則會引起嚴重發(fā)熱，使絕緣加速老化，甚至可能導致熱擊穿。而在直流電壓下，較小而可用于制造直流或脈沖電容器。2值反映了絕緣的狀況，可通過測量=f()的關系曲線來判斷從良狀態(tài)向劣化狀態(tài)轉化的進程，故的測量是電氣設備絕緣試驗中的一個根本工程。3通過研究溫度對值的影響，力求在工作溫度下的值為最小值而避開最大值。4極化損耗隨頻率升高而增大，尤其電容器采用極性電介質時，其極化損耗隨頻率升高增加很快，當電源中出現(xiàn)高次如3次、5次諧波時，就很容易造成電容器絕緣材料因過熱而擊穿。5用于沖

21、擊測量的連接電纜，其絕緣的必須很小，否則所測沖擊電壓通過電纜后將發(fā)生嚴重的波形畸變，影響到測量的準確性。2虛擬儀器簡介2.1虛擬儀器概述從20世紀70年代提出智能儀器的概念到目前最新開展的虛擬儀器的思想，人們對測量儀器功能設計和應用的認識呈現(xiàn)出不斷開展和深化的過程。從通用接口總線(GPIB)到個人儀器，再開展到圖型化編程環(huán)境LabVIEW、HP、VEE等，使得虛擬儀器的思想為工業(yè)界所承受，促進了相關硬件和軟件技術的開展?！败浖褪莾x器，它能最本質地刻畫出虛擬儀器的特征6。所謂虛擬儀器virtual instrument，就是在通用計算機平臺上，用戶根據(jù)需求來定義和設計儀器的測試功能，其實質是充

22、分利用計算機的最新技術來實現(xiàn)和擴展傳統(tǒng)儀器的功能。計算機和儀器的密切結合是目前儀器開展的一個重要方向。粗略地說這種結合有兩種方式，一種是將計算機裝入儀器，其典型的例子就是所謂智能化的儀器。隨著計算機功能的日益強大以及其體積的日趨縮小，這類儀器功能也越來越強大，目前已經出現(xiàn)含嵌入式系統(tǒng)的儀器。另一種方式是將儀器裝入計算機。以通用的計算機硬件及操作系統(tǒng)為依托，實現(xiàn)各種儀器功能。虛擬儀器主要是指這種方式。2.2虛擬儀器特點 與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器在智能化程序、處理能力、性能價格比、可操作性等方面都具有明顯的技術優(yōu)勢，具體表現(xiàn)為：1智能化程度高，處理能力強。虛擬儀器的處理能力和智能化程度主要取決于儀

23、器軟件水平。用戶完全可以根據(jù)實際應用需求，將先進的信號處理算法、人工智能技術和專家系統(tǒng)應用于儀器設計與集成，從而將智能儀器水平提高到一個新的層次。2復用性強，系統(tǒng)費用低。應用虛擬儀器思想，用一樣的根本硬件可構造多種不同功能的測試分析儀器，如同一個高速數(shù)字采樣器，可設計出數(shù)字示波器、邏輯分析儀、計數(shù)器等多種儀器。這樣形成的測試儀器系統(tǒng)功能更靈活、系統(tǒng)費用更低。通過與計算機網絡連接，還可實現(xiàn)虛擬儀器的分布式共享，更好地發(fā)揮儀器的使用價值。3可操作性強。虛擬儀器面板可由用戶定義，針對不同應用可以設計不同的操作顯示界面。使用計算機的多媒體處理能力可以使儀器操作變得更加直觀、簡便、易于理解，測量結果可以

24、直接進入數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)或通過網絡發(fā)送。測量完后還可打印，顯示所需的報表或曲線，這些都使得儀器的可操作性大大提高。2.3虛擬儀器技術的開展 虛擬儀器從概念的提出到目前技術的日趨成熟，表達了計算機技術對傳統(tǒng)工業(yè)的革命。在虛擬儀器技術開展中有兩個突出的標志，一是V*I總線標準的建立和推廣；二是圖形化編程語言的出現(xiàn)和開展。前者從儀器的硬件框架上實現(xiàn)了設計先進的分析與測量儀器所必須的總線構造，后者從軟件編程上實現(xiàn)了面向工程師的圖形化而非程序代碼的編程方式，兩者統(tǒng)一形成了虛擬儀器的根底規(guī)。1硬件技術的開展。要保證虛擬儀器具備與傳統(tǒng)儀器匹配的實時處理能力和可靠性，很重要的一點是取決于傳輸測量數(shù)據(jù)的總線構造。在虛

25、擬儀器中，其分析功能是由計算機來完成的或由計算機來控制的。因此，接口、總線的速度和可靠性是關鍵，V*I總線標準的建立，使得用戶可以像儀器廠商一樣，從訪問存放器這樣的低層資源來設計和安排儀器功能，也使得用戶化儀器功能設計得以實現(xiàn)。V*I總線的出現(xiàn)，使得虛擬儀器設計有了一個高可靠性的硬件平臺。目前已出現(xiàn)了用于射頻和微波領域的高端V*I儀器。當然，采用普通PC總線，尤其是工業(yè)PCI總線的虛擬儀器也在不斷開展，這類虛擬儀器主要面向一般工業(yè)控制，過程監(jiān)測和實驗室應用。2軟件技術的開展。除了硬件技術外，軟件技術的開展和有關國際標準的建立，也是推動虛擬儀器技術開展的決定性因素之一，在GPIB接口總線出現(xiàn)以后

26、，關于程控儀器的句法格式、信息交換協(xié)議和公用命令的標準化，一直是人們關心的問題。標準程序命令(SCPI)標準的建立，向解決程控命令與儀器廠家無關這一目標邁進了重要的一步。隨著虛擬儀器思想的深入，用戶自己開發(fā)儀器驅動器已成為技術開展的客觀要求。過去儀器驅動都是由儀器廠家專門設計，缺乏標準，使得用戶在儀器軟件方面的投資得不到保護。為此，國際上專門制定了虛擬儀器軟件體系(VISA)標準，建立了與儀器接口總線無關的標準IO軟件，與Labview、HP VEE、Labwindows等先進開發(fā)環(huán)境軟件相適應。開發(fā)一個用戶定制的虛擬儀器在軟件技術上已經成熟?？梢灶A計，未來電子測量儀器和自動化測試技術的開展還

27、將更多地滲透虛擬儀器的思想。2.4 虛擬儀器的分類虛擬儀器的開展隨著微機的開展和采用總線方式的不同，可分為五種類型：1PC總線插卡型虛擬儀器。這種方式借助于插入計算機的數(shù)據(jù)采集卡與專用的軟件如LabVIEW相結合注：美國NI公司的LabVIEW是圖形化編程工具，它可以通過各種控件自已組建各種儀器構成測試系統(tǒng)，它充分利用計算機的總線、機箱、電源及軟件的便利。但是受PC機箱和總線限制，且有電源功率缺乏，機箱部的噪聲電平較高，插槽數(shù)目也不多，插槽尺寸比較小，機箱無屏蔽等缺點。另外，ISA總線的虛擬儀器已經淘汰，PCI總線的虛擬儀器價格比較昂貴。2并行口式虛擬儀器。最新開展的一系列可連接到計算機并行口

28、的測試裝置，它們把儀器硬件集成在一個采集盒。儀器軟件裝在計算機上，通?？梢酝瓿筛鞣N測量測試儀器的功能，可以組成數(shù)字存儲示波器、頻譜分析儀、邏緝分析儀、任意波形發(fā)生器、頻率計、數(shù)字萬用表、功率計、程控穩(wěn)壓電源、數(shù)據(jù)記錄儀、數(shù)據(jù)采集器。美國LINK公司的DSO-2*系列虛擬儀器,它們的最大好處是可以與筆記本計算機相連，方便野外作業(yè)，又可與臺式PC機相連，實現(xiàn)臺式和便攜式兩用，非常方便。由于其價格低廉、用途廣泛，特別適合于研發(fā)部門和各種教學實驗室應用。3GBIB總線方式的虛擬儀器。GPIB技術是IEEE488標準的虛擬儀器早期的開展階段。它的出現(xiàn)使電子測量獨立的單臺手工操作向大規(guī)模自動測試系統(tǒng)開展，

29、典型的GPIB系統(tǒng)由一臺PC機、一塊GPIB接口卡和假設干臺BPIB形式的儀器通過GPIB電纜連接而成。在標準情況下，一塊GPIB接口可帶多達14臺儀器，電纜長度可達40米。GPIB技術可用計算機實現(xiàn)對儀器的操作和控制，替代傳統(tǒng)的人工操作方式，可以很多方便地把多臺儀器組合起來，形成自動測量系統(tǒng)。GPIB測量系統(tǒng)的構造和命令簡單，主要應用于臺式儀器，適合于準確度要求高的，但不要求對計算機高速傳輸狀況時應用。4V*I總線方式虛擬儀器。V*I總線是一種高速計算機總線VME總線在VI領域的擴展，它具有穩(wěn)定的電源，強有力的冷卻能力和嚴格的RFI/EMI屏蔽。由于它的標準開放、構造緊湊、數(shù)據(jù)吞吐能力強、定

30、時和同步準確、模塊可重復利用、眾多儀器廠家支持的優(yōu)點，很快得到廣泛的應用。經過十多年的開展，V*I系統(tǒng)的組建和使用越來越方便，尤其是組建大、中規(guī)模自動測量系統(tǒng)以及對速度、精度要求高的場合。有其他儀器無法比較的優(yōu)勢。然而，組建V*I總線要求有機箱、零槽管理器及嵌入式控制器，造價比較高。5P*I總線方式虛擬儀器。P*I總線方式是PCI總線核技術增加了成熟的技術規(guī)和要求形成的，增加了多板同步觸發(fā)總線的技術規(guī)和要求形成的，增加了多板發(fā)總線，以使用于相鄰模塊的高速通訊的局總線。P*I的高度可擴展性。P*I具有8個擴展槽，而臺式PCI系統(tǒng)只有34個擴展槽，通過使用PCIPCI橋接器，可擴展到256個擴展槽

31、，臺式PC的性能價格比和PCI總線面向儀器領域的擴展優(yōu)勢結合起來，將形成未來的虛擬儀器平臺?？偟膩碚f，虛擬儀器的開展過程有兩條線：一、GPIBVSIP*I總線方式適合大型高精度集成系統(tǒng)GPIB 于1978年問世，V*I于1987年問世，P*I于1997年問世； 二、PC插卡并口式串口USB方式適合于普及型的廉價系統(tǒng)，有廣闊的應用開展前景PC插卡式于20世紀80年代初問世，并行口方式于1995年問世，串口USB方式于1999年問世。綜上所述，虛擬儀器的開展取決于三個重要因素：1計算機是載體，2軟件是核心，3高質量的A/D采集卡及調理放大器是關鍵。2.5虛擬儀器的應用虛擬儀器的功能和性能已被不斷地

32、提高，如今在許多應用中它已成為傳統(tǒng)儀器的主要替代方式。隨著PC、半導體和軟件功能的進一步更新，未來虛擬儀器技術的開展將為測試系統(tǒng)的設計提供一個極佳的模式，并且在測量和控制方面都有無以倫比的強大功能和靈活性?？蓮V泛應用于電子測量、振動分析、聲學分析、故障診斷、航天航空、軍事工程、電力工程、機械工程、建筑工程、鐵路交通、地質勘探、生物醫(yī)療、教學及科研等諸多方面。虛擬儀器的各種優(yōu)點讓用戶可以放心地舍棄舊的傳統(tǒng)測量設備，承受更新型、以計算機為根底的虛擬儀器系統(tǒng)。由于計算機的性能價格比不斷改良，使虛擬儀器的價格更為群眾化，用戶不必再受限于傳統(tǒng)儀器的使用限制和昂貴的價格，進一步降低了使用本錢，減少了系統(tǒng)的

33、開發(fā)費用和系統(tǒng)的維護費用。此外，新型筆記本電腦又把虛擬儀器的便攜性和強大功能推向一個新的水平。所有這些必將加快虛擬儀器的開展，使它的功能和應用領域不斷增強和擴大。2.6 虛擬儀器技術的三個組成局部1高效的軟件。軟件是虛擬儀器技術中最重要的部份。使用正確的軟件工具并通過設計或調用特定的程序模塊，工程師和科學家們可以高效地創(chuàng)立自己的應用以及友好的人機交互界面。提供的行業(yè)標準圖形化編程軟件LabVIEW，不僅能輕松方便地完成與各種軟硬件的連接，更能提供強大的后續(xù)數(shù)據(jù)處理能力，設置數(shù)據(jù)處理、轉換、存儲的方式，并將結果顯示給用戶。此外，還提供了更多交互式的測量工具和更高層的系統(tǒng)管理軟件工具，例如連接設計

34、與測試的交互式軟件SignalE*press、用于傳統(tǒng)C語言的LabWindows/CVI、針對微軟Visual Studio的Measurement Studio等等，均可滿足客戶對高性能應用的需求。有了功能強大的軟件，您就可以在儀器中創(chuàng)立智能性和決策功能，從而發(fā)揮虛擬儀器技術在測試應用中的強大優(yōu)勢。2模塊化的I/O硬件。面對如今日益復雜的測試測量應用，已經提供了全方位的軟硬件的解決方案。無論您是使用PCI, P*I, PCMCIA, USB或者是1394總線，都能提供相應的模塊化的硬件產品，產品種類從數(shù)據(jù)采集、信號條理、聲音和振動測量、視覺、運動、儀器控制、分布式I/O到CAN接口等工業(yè)通

35、訊，應有盡有。高性能的硬件產品結合靈活的開發(fā)軟件，可以為負責測試和設計工作的工程師們創(chuàng)立完全自定義的測量系統(tǒng)，滿足各種獨特的應用要求。3用于集成的軟硬件平臺。專為測試任務設計的P*I硬件平臺，已經成為當今測試、測量和自動化應用的標準平臺，它的開放式構架、靈活性和PC技術的本錢優(yōu)勢為測量和自動化行業(yè)帶來了一場翻天覆地的改革。P*I作為一種專為工業(yè)數(shù)據(jù)采集與自動化應用度身定制的模塊化儀器平臺，建有高端的定時和觸發(fā)總線，再配以各類模塊化的I/O硬件和相應的測試測量開發(fā)軟件 ，您就可以建立完全自定義的測試測量解決方案。無論是面對簡單的數(shù)據(jù)采集應用，還是高端的混合信號同步采集，借助P*I高性能的硬件平臺

36、，您都能應付自如。這就是虛擬儀器技術帶給您的無可比較的優(yōu)勢。2.7虛擬儀器的四大優(yōu)勢1性能高。虛擬儀器技術是在PC技術的根底上開展起來的，所以完全“繼承了以現(xiàn)成即用的PC技術為主導的最新商業(yè)技術的優(yōu)點，包括功能超卓的處理器和文件I/O，使您在數(shù)據(jù)高速導入磁盤的同時就能實時地進展復雜的分析。此外，不斷開展的因特網和越來越快的計算機網絡使得虛擬儀器技術展現(xiàn)其更強大的優(yōu)勢。2擴展性強。這些軟硬件工具使得工程師和科學家們不再圈囿于當前的技術中。得益于軟件的靈活性，只需更新您的計算機或測量硬件，就能以最少的硬件投資和極少的、甚至無需軟件上的升級即可改良您的整個系統(tǒng)。在利用最新科技的時候，您可以把它們集成

37、到現(xiàn)有的測量設備，最終以較少的本錢加速產品上市的時間。3開發(fā)時間少。在驅動和應用兩個層面上，NI高效的軟件構架能與計算機、儀器儀表和通訊方面的最新技術結合在一起。設計這一軟件構架的初衷就是為了方便用戶的操作，同時還提供了靈活性和強大的功能，使您輕松地配置、創(chuàng)立、發(fā)布、維護和修改高性能、低本錢的測量和控制解決方案。4無縫集成。虛擬儀器技術從本質上說是一個集成的軟硬件概念。隨著產品在功能上不斷地趨于復雜，工程師們通常需要集成多個測量設備來滿足完整的測試需求，而連接和集成這些不同設備總是要消耗大量的時間。虛擬儀器軟件平臺為所有的I/O設備提供了標準的接口，幫助用戶輕松地將多個測量設備集成到單個系統(tǒng)，

38、減少了任務的復雜性。3LabVIEW開發(fā)平臺LabVIEW是美國國家儀器公司NI的創(chuàng)新軟件產品，其全稱是實驗室虛擬儀器工程平臺Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench,是一種基于G語言Graphics Language,圖形化編程語言的測試系統(tǒng)軟件開發(fā)平臺。虛擬儀器技術作為測試工程的一個新的研究方向，推動了測試技術的整體開展。LabVIEW并不局限于虛擬儀器的開發(fā)，它的作用是為了大型復雜測試系統(tǒng)提供通用的軟件開發(fā)平臺。目前，LabVIEW已經成為測試領域應用最廣泛和最有前途的軟件開發(fā)平臺之一。3.1LabVIEW的開展自NI 公司1

39、986年正式推出LabVIEW1.0以來，經不斷改良和完善，現(xiàn)已開展至8.2版本，它包括控制與仿真、高級數(shù)字信號處理、統(tǒng)計過程控制、模糊控制、PDA和PID等眾多附加軟件包，可運行于Windows、Linu*、Macintosh和UNI*等多種平臺，已成為測試界一種標準的軟件開發(fā)環(huán)境，廣泛應用于航空、航天、通信、汽車、電子半導體和生物醫(yī)學等眾多領域。不同領域的科學家和工程師都借助這個易學、易用的軟件來解決工作、工程中的各種測試應用課題。LabVIEW已經成為目前應用最廣、開展最快、功能最強的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境之一。3.2LabVIEW的構造利用LabVIEW開發(fā)測試系統(tǒng)軟件，涉及兩個主要局

40、部：前面板和流程圖又稱程序框圖。前面板是指一些圖形化的測試界面，如下圖，即測試程序開發(fā)完成后，用戶運行時所展現(xiàn)的各種測試交互接口，包括菜單、參數(shù)設置、結果顯示等。LabVIEW前面板如圖3.1。圖3.1LabVIEW前面板流程圖是指測試程序的部運行構造，是測試系統(tǒng)構造、數(shù)據(jù)處理的流程，如下圖。測試程序絕大局部工作是在流程圖中完成的。開發(fā)完成的測試程序在運行時流程圖是不可見的，它和文本式開發(fā)平臺如VC+中的*.h、*.cpp等文件的作用是一樣的，知識LabVIEW流程圖的開發(fā)是圖形化的，更簡單、高效、直觀。LabVIEW流程圖如圖3.2。圖3.2LabVIEW流程圖3.3 LabVIEW的優(yōu)勢當

41、今軟件日新月異，各種軟件開發(fā)平臺前涌后出。和大多數(shù)科學技術開展道路一樣，專業(yè)化已成為軟件開展的趨勢。用于測試工程的軟件開發(fā)平臺有很多，VC+、VB、Delphi等傳統(tǒng)軟件開發(fā)平臺為眾多編程人員所熟悉，也可以用來開發(fā)測試軟件，但這種開發(fā)方式對測試人員要求很高，需要自己將各種數(shù)據(jù)處理方法用計算機語言實現(xiàn)，還要對用于數(shù)據(jù)通信的各種連接總線如RS232、GPIB、USB等非常熟悉，絕大多數(shù)測試工程人員難以做到，或者需要花費大量的時間來研究，而懂得這些編程方法的人員又不一定懂得測試，因此用這種平臺開發(fā)測試工程軟件難度大、周期長、費用高、可擴展性差。順應形勢的開展，一些專業(yè)測試開發(fā)平臺紛紛推向市場，如HP

42、VEE、組態(tài)軟件平臺、TPS平臺等，但這些平臺的專用性太強，可擴展性、通用性比較差。NI公司作為測試領域最指明的公司之一，LabWindows/CVI和LabVIEW是其推出的兩款專業(yè)測試軟件開發(fā)平臺。前者基于C的文本式編程，適合熟悉C、C+編程的測試軟件開發(fā)人員使用；后者是NI公司開發(fā)的測試軟件旗艦產品，是圖形化編程環(huán)境的引領者，是測試軟件開發(fā)的趨勢。概括的說，LabVIEW作為測試軟件開發(fā)平臺有如下特點和優(yōu)點：1圖形化編程環(huán)境。LabVIEW的根本編程單元是圖標，不同的圖標表示不同的功能模塊。用LabVIEW編寫程序的過程也就是多個圖標用連線起來的過程，連線表示功能模塊之間存在數(shù)據(jù)的傳遞。

43、被連接的對象之間的數(shù)據(jù)流控制著執(zhí)行程序，并允許有多個數(shù)據(jù)通路同步運行。其編程過程近似人的思維過程，直觀易學，編程效率高，無須編寫任何文本格式的代碼，易為多數(shù)工程技術人員承受。2可重用性高。LabVIEW繼承并開展了構造化和模塊化程序設計概念，使測試程序能夠很好地表達分層性、模塊化，即可以把任意一個測試程序當作頂層程序，也可將其當做其他測試程序的子程序，這樣用戶就可以把一個復雜的應用任務分解為一系列、多層次的子任務。通過為每個子任務設置不同的功能，并將這些測試子程序進展適當?shù)慕M合、修改、穿插和合并等，就可以在頂層最終建成一個所有應用功能的測試系統(tǒng)3開發(fā)功能高效、通用。LabVIEW是一個帶有擴展

44、功能庫和子程序庫的通用程序設計系統(tǒng)，提供數(shù)百種功能模塊類似其他計算機語言的子程序或函數(shù)，包括算術運算、函數(shù)運算、信號采集、信號輸出、數(shù)據(jù)存取、信號分析處理、數(shù)據(jù)通信等功能模塊，涵蓋了測試的各個環(huán)節(jié)，用戶通過拖放及簡單的連線，接可以在極短的時間設計好一個高效而使用的測試軟件，再配以響應的硬件就可以完成各種測試任務。這樣既節(jié)約了時間，又可提高測試的可控制性及測試速度。4支持多種儀器和數(shù)采硬件的驅動。LabVIEW提供了數(shù)百種儀器的源碼級驅動程序，包括DAQ、GPIBIEEE488、P*I、V*I、RS232，根據(jù)需要還可以在LabVIEW中自行開發(fā)各種硬件驅動程序，也可以通過動態(tài)庫DLL利用其他語

45、言開發(fā)函數(shù)庫，從而進一步擴展其功能。5查錯、調試能力強大。LabVIEW的查錯、調試功能也非常強大。程序查錯無須先編譯，只要有語法錯誤，LabVIEW就會自動顯示并給出錯誤的類型、原因及準確位置。進展程序調試時，既有傳統(tǒng)的程序調試手段，如設置斷點、單步運行等，又有獨到的高亮執(zhí)行工具，就像電影中的慢鏡頭一樣，使程序動畫式執(zhí)行，利于設計者觀察程序運行細節(jié)。同時可以在任何位置插入任意多的數(shù)據(jù)探針，程序在調試狀態(tài)下運行時，LabVIEW會給出各探針的具體位置，通過觀察數(shù)據(jù)流的變化情況、程序運行的邏輯狀態(tài)，就可以來尋找錯誤、判斷原因，從而大大縮短程序調試時間。6支持多種操作系統(tǒng)。LabVIEW支持多種系

46、統(tǒng)平臺，在任何一個平臺上開發(fā)的LabVIEW應用程序都可以直接移植到其他平臺上。7網絡功能強大。LabVIEW支持常用網絡協(xié)議，如傳輸控制協(xié)議TCO/IP和用戶數(shù)據(jù)報協(xié)議UDP，方便網絡、遠程測控系統(tǒng)的開發(fā)。8開放性強。LabVIEW具有很強的開放性，是一個開放的開發(fā)環(huán)境，能和第三方軟件輕松連接，通過LabVIEW可以把現(xiàn)有的應用程序和.NET組件、Active*、DLL等相連，可以和MATLAB混合編程，也可以在LabVIEW中創(chuàng)立能在其他軟件環(huán)境中調用的獨立執(zhí)行程序或動態(tài)庫。4介質損耗角檢測的方法4.1電橋法電橋法歷史悠久，具有較高的靈敏度。典型代表是西林電橋7。用交流電橋平衡時，比較橋臂

47、阻抗即可得到被測參數(shù)。測量原理圖如圖4.1所示。C*R*G U2U1R3 C4R4圖4.1西林電橋測量介質損耗角原理圖圖4.1中，C*、R*為被測試品阻抗；為標準電容器容抗；C4、R4為標準可變電容和固定標準電阻并聯(lián)阻抗；R3為可調標準電阻；G為靈敏電流記根據(jù)電橋原理可得：Z3Zn=Z*Z4 (4.1) 其中，Z*為被測試品阻抗；Zn為標準電容器的容抗；Z3為標準電阻；Z4為標準可變電容C4和固定標準電阻R4并聯(lián)阻抗。因此可得：Z3=R3 Zn= (4.2)Z4= (4.3)被試品阻抗Z*可以等值為電阻與電容串聯(lián)，也可以等值為電阻與電容的并聯(lián)。(1)當R*與C*串聯(lián)時,有Z*= (4.4)將以

48、上各阻抗值代入式(4.9)中= (4.5)經整理，根據(jù)復數(shù)運算規(guī)律，實部=實部，虛部=虛部，可得 (4.6)R*=R3C4/從串聯(lián)等值電路可知，其介質損耗因數(shù)的公式為 (4.7)將式(4.6)代入式(4.7)，得(4.8)2當為并聯(lián)等值電路時，其公式計算方法與上述同，亦可得出公式C*=C0R3/R4 (4.9)(4.10)電橋法的優(yōu)點是較準確，可靠。但是要求比較嚴格，工藝煩瑣，并且監(jiān)測前要對低壓橋臂R3、C4、R4進展調整，使G指向零點，所以增加了操作的復雜性。4.2 伏安法根本原理是根據(jù)被測試品的端電壓向量和流過被測試品電流向量之比，可得到被測試品的阻抗向量，根據(jù)Z*的實部和虛部，進一步計算

49、求得介質損耗。4.3 自由軸法自由軸法測量介損角的原理圖如圖4.2所示。U4USU2U*U3U1圖4.2 自由軸法測量介損角原理圖設加在試品上的電壓信號(4.11)試品上的電流信號轉為電壓信號(4.12)當把它們在t0時刻的向量作為參考向量時有(4.13)(4.14)則(4.15)(4.16)(4.17)可得到介質損耗角。由于US的相對位置以及它們的模不變，所以是固定的。用軟件方便實現(xiàn)對向量在*軸、Y軸數(shù)據(jù)上的采集，硬件構成簡單，使復雜的測量系統(tǒng)簡單化，便于實現(xiàn)。使用這種方法明顯優(yōu)于電橋法。但由于影響電力設備介質損耗角的變化的因素有很多，例如：溫度、頻率、電壓等，并且波形不準、外界電磁場的干擾

50、、元件的誤差都會造成測量不準。所以要增加許多措施來減少這些誤差。4.4 相位差法設加在試品上的電壓、電流信號分別為(4.18)(4.19)則 (4.20)利用采樣電路測出電流和電壓的過零點，通過邏輯轉換形成一定寬度的時間信號，并且脈沖寬度反映相位差，最后通過測量方波的寬度來求出試品的介損值。相位差法的原理圖如圖4.3所示。U(t)I(t)ttt t圖4.3 相位差法原理圖相位差法在國應用比較廣泛，其優(yōu)點是不更改設備的運行情況，直接測出,但是利用相位差法測量的過程中，誤差來源多，如頻率的變化有可能造成很大誤差，電壓互感器引起的固有相差、信號中諧波的影響、兩路信號在處理過程中存在時延差、整形波形引

51、起的誤差，并且還有溫度等其他外界因素都可能引起誤差，因此這種方法對電子器件的要求較高。4.5過零點電壓比較法設兩個被測量 (4.21) (4.22) (4.23)令A1=A2=A即幅值相等，則 (4.24)當t=0時，所以 (4.25)通過測過零點附近的電壓差和電壓幅值，即可求出。過零點電壓比較法的抗干擾能力加強，但是它所要求的條件十分苛刻。兩個正弦波的相位差要?。粌蓚€正弦波的幅值要相等；兩個正弦波的頻率要相等；兩個正弦波的諧波分量要相等；測量時要將電壓向量移相。4.6基波相位別離法在理想情況下，如設在試品兩端的電壓、電流表達式為 (4.26)(4.27)式中：表示電壓、電流基波初相角。由此可

52、得介質損耗角 。但是在實際測量中，尤其是在線測量中，電壓、電流中含有高次諧波分量8?；ㄏ辔粍e離法利用三角函數(shù)的正交性，通過將采樣信號與基波頻率的正弦樣品函數(shù)進展周期積分，消除了直流分量和諧波分量的影響，最終得到基波分量的幅值和相位特殊信息。設電壓信號為，其中U為電壓信號的幅值，為角頻率，為相角。令(4.28) (4.29)則電壓基波初相角的正切值，所以 (4.30)設電流信號為，其中U為電壓信號的幅值，為角頻率，為相角。令(4.31)(4.32)則電流基波初相角的正切值，所以 (4.33) (4.44)在實際測量時 ，將式4.284.294.314.32離散化。設采樣間隔為Ts，被測信號的基

53、波周期為T，且T=NTs, 則有 (4.45)(4.46)為采樣點k上的電壓值，、分別為采樣點k上的基波正弦、余弦樣品函數(shù)值，他們已作為常量數(shù)據(jù)存放在存儲單元中。所以 (4.47)基波相位別離法實現(xiàn)起來硬件電路簡單，采樣點數(shù)越多的，測量精度越高，同時克制了一般測量中高次諧波干擾帶來的影響。但是這種方法要求電壓、電流這兩路信號采集的同時性，并且必須保證在一個共頻周期均勻采集到整數(shù)個點即電壓、電流信號周期必須是采樣間隔的整數(shù)倍，如果達不到，則會引起較大誤差。因此在此法的根底上引進一種新的算法即采用等時間間隔對電壓、電流信號進展采樣，同時對信號周期波動產生的誤差進展補償，也就是非同步采樣算法。4.7

54、 介質損耗角的異頻檢測異頻檢測是由國外引進的一種新的抗干擾方法。其原理是在介質損耗測量過程中，試驗電源頻率偏離干擾電源頻率主要是共頻電源的干擾，通過頻率識別或濾波技術，排除干擾頻率的影響。5 基于基波相位別離法的非同步采樣補償算法設采樣時間間隔不變，但，設，其中M為整數(shù)，e為正的純小數(shù)，M、e反映了信號周期的波動9。當時為同步采樣。設電壓信號為，其中U為電壓信號的幅值，為角頻率，為相角。令(5.1)設電流信號為，其中U為電壓信號的幅值，為角頻率，為相角。令 (5.2)對上面算式離散化，得(5.3)(5.4) (5.5)(5.6)式中：等式右邊第一項為N+M個采樣值與樣品函數(shù)的乘積和，第二項為采

55、樣間隔小數(shù)局部的乘積項。由公式5.6可見，與同步采樣相比，A、B、C、D中不僅是多了幾個乘積項，各采樣點處的樣品值也發(fā)生了偏差。利用泰勒級數(shù)，省去高階項，有以下近似等式成立：(5.7)將公式5.7代入式5.3中得(5.8)由于MAUTOMATIC MEASUREMENT OF DIELECTRIC CONSTANT AND LOSS ANGLEOVER A CONTINUOUS FREQUENCY RANGEM. A. Akhmametev and S. M. KazakovIzvestiya VUZ. Fizika, Vol. 10, No. 5, pp. 15-20, 1

56、967Automatic measurement ofand is measured from audio toradio frequencies with a transformer bridge. Parasitic frequency errorsareeliminated by modulation, the control signal being provided bythe envelope. A mathematical description of the sensitivity is given.The block diagram of the plete bridge i

57、s given, together withtest results for the range 50 Hz to 200 kHz.There is often a need for automatic measurement ofthe parameters of impedances over wide frequencyranges, as in testing materials for e and tan 6 inradiation physics over the range 50 Hz to 200 kHz. Abridge method is the best, but it

58、may be difficult touse from lack of standards of low resistance suitablefor use over a wide frequency range, and also becauseit is difficult to provide a small constant phase shiftin wide-band amplifiers for automatic balancing. Thereare two main ways of overing these difficulties:1) A reactance sta

59、ndard (capacitor) is used insteadof the resistance standard, this being fed with current90 out of phase with the bridge current. However,this requires the use of frequency-dependent phaseshifters to maintain the 90 shift, and these are verydifficult to produce for wide continuous ranges, so themetho

60、d is used only at fi*ed frequencies.2) The bridge is balanced with respect to one ponentonly, the other ponent being deduced fromthe residual out-of-balance voltage. This provides thebasis for continuous operation in manual 2-4 andautomatic bridges. The main disadvantage ofsuch automatic bridges is