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虚拟仪器及其在机械工程测试技术中的应用

【摘要】：^p：借鉴虚拟仪器概念，阐述了将虚拟仪器思想应用于机械工程而构成的虚拟式通用性测试系统技术及其关键问题，提出了相应的硬件和软件设计结构，为机械工程领域的信号测试与分析^p提供了新的实用手段。
【关键词】：^p：虚拟仪器；集成测试；测试软件；测试系统
中图分类号：U415.5文献标志码：B
0引言
在测试分析^p的领域中，利用模拟信号进行信息处理的传统方式已逐渐被数字信号处理方式所替代，数字信号处理成为目前使用最为广泛的信息处理方式。但市场上数字化、智能化的测试仪器复杂多样，它们之间的连接非常复杂，使得测试工作的效率大大降低，并且存在很多硬件及软件的冗余现象。在这种背景下，虚拟仪器的发明使测试技术又向前迈进了一步。
1机械工程测试技术的发展
现代工程测试技术是指人们利用专门的仪器设备，通过对研究对象进行试验、测量之后再进行相关运算及分析^p等，获得人们所需要的研究对象的相关信息，使得人们能够通过对信息流的控制来实现对能量流及物质流的控制。现代科学技术的不断发展带动了机械工程测试技术向前进步，但同时也要求有更高的机械工程测试技术与之匹配。现代工程测试技术已逐渐从原来的单一学科慢慢转变为多学科之间的相互借鉴及渗透，使得现代工程测试技术形成一个各学科内容相互渗透的综合性测试系统。
工程测试系统是工业系统研发、应用及教学过程当中重要的组成部分，所以对工程测试系统的要求越来越复杂[1]。传统的工程测试系统功能比较简单，对于很多需要的软件或硬件资都不能兼容或进行共享，这不但加大了测试所需要的成本，而且也限制了测试范围，测试参数的精准度也大大下降。在这种情况下，人们急需要一套能够综合各学科、功能多样、系统完善且测量精准的测试系统来满足应用新技术的需要，而虚拟仪器在这种需求下应运而生。传统仪器与虚拟仪器的构成比较如图1所示。
2虚拟仪器的基本概念
虚拟仪器技术就是利用高性能的模块化硬件，结合高效灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。自198_年问世以来，世界各国的工程师们都已将NILabVIEW图形化开发工具用于产品设计周期的各个环节，改善了产品质量，缩短了产品投放市场的时间，并提高了产品开发和生产的效率。使用集成化的虚拟仪器环境与现实世界的信号相连，分析^p数据以获取实用信息，共享信息成果，有助于在较大范围内提高生产效率。
虚拟仪器中有硬件及软件，硬件用来实现信号的输入及输出，而软件则用来体现整个系统在运行时的关键技术及功能。虚拟仪器可在利用同一个硬件系统的前提下，通过利用不同的软件来提供不同的测量仪器所需要的功能。虚拟仪器不但实现了测试功能的软件化，而且其面板控制也都是通过软件来完成的，简单来说，虚拟仪器的最重要核心就是软件系统，通过软件可对各种仪器进行定义。
虚拟仪器所带的测量仪器主要用来采集数据，同时还肩负着测试及分析^p数据、输出显示结果等功能。其中数据的分析^p及其结果输出都是通过软件系统来实现的，所以如果能在外部提供一套完整的用于采集数据的硬件，就可利用计算机来组成一套测量仪器。这种利用计算机来构成的数字化测量仪器被称为“虚拟仪器”。虚拟仪器系统如图2所示。
在实际的操作当中，可以根据具体的测试需要将所用到的模块化硬件插入计算机的总线槽内，这样可同时将仪器的测试功能以及用来模拟画面的面板控制都转变成软件模块，然后将计算机硬件上的资进行充分共享，就能在计算机的帮助及协调下将机械工程的测试、计算、数据处理及分析^p、数据存储及取用、数据显示及回放一步到位地完成。而且还能在实现数据打印的同时对数据进行管理，这样就将传统仪器中存在的问题都解决了。
3虚拟仪器的构成及特点
3.1虚拟仪器系统的构成
虚拟仪器由硬件设备与接口、设备驱动软件和虚拟仪器面板组成。其中，硬件设备与接口可以是各种以PC为基础的内置功能插卡、通用接口总线接口卡、串行口、V_I总线仪器接口等设备，也可以是其他各种可程控的外置测试设备。设备驱动软件是直接控制各种硬件接口的驱动程序，虚拟仪器通过底层设备驱动软件与真实的仪器系统进行通讯，并以虚拟仪器面板的形式在计算机屏幕上显示与真实仪器面板操作元素相对应的各种部件。用户用鼠标操作虚拟仪器的面板就如同操作真实仪器一样真实、方便[2]。
3.1.1虚拟仪器系统的硬件构成
虚拟仪器的硬件系统一般分为计算机硬件平台和测控功能硬件。计算机硬件平台可以是各种类型的计算机，如台式计算机、便携式计算机、工作站及嵌入式计算机等。它管理着虚拟仪器的软件资，是虚拟仪器的硬件基础。因此，计算机技术在显示、存储能力、处理器性能、网络和总线标准等方面的发展，导致了虚拟仪器系统的快速发展。
按照测控功能硬件的不同，VI可分为DAQ、GPIB、V_I、P_I和串口总