虛擬儀器技術(shù)論文精品(七篇)

序論：寫作是一種深度的自我表達(dá)。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇虛擬儀器技術(shù)論文范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。

篇(1)

手機(jī)測試

挑戰(zhàn)：

中國的手機(jī)市場發(fā)展迅猛，世界各大手機(jī)廠商競相爭奪手機(jī)用戶。在如此激烈的競爭中，手機(jī)的功能日趨豐富，比如攝像頭、MP3、FM調(diào)頻收音機(jī)等等。同時，手機(jī)通訊協(xié)議也層出不窮，GSM、CDMA、GPRS、CDMA2000、EDGE、WCDMA等等。為了應(yīng)對產(chǎn)品的不斷變化，工程師面臨著提高效率并縮短產(chǎn)品市場化時間的挑戰(zhàn)，他們需要一個靈活而強(qiáng)大的通用測試平臺。我們先來看一個通用測試平臺針對手機(jī)通訊協(xié)議的變化而表現(xiàn)出來的優(yōu)勢。大家知道，2G的協(xié)議比如GSM和CDMA都已被成功地運(yùn)用于市場了，而3G的協(xié)議比如WCDMA，CDMA2000等等是未來的必然趨勢。在從2G到3G的轉(zhuǎn)變中，面臨客戶群、設(shè)備置換、技術(shù)的成熟度風(fēng)險(xiǎn)等等問題。運(yùn)營商希望能夠進(jìn)行平滑的過渡，在不丟失已有手機(jī)用戶的情況下，首先升級交換網(wǎng)絡(luò)部分，這使得用戶可以使用過渡期的2.5G產(chǎn)品，然后等時機(jī)成熟時再升級無線網(wǎng)絡(luò)部分達(dá)到3G的標(biāo)準(zhǔn)。2G的測試儀器已經(jīng)比較成熟，3G的測試產(chǎn)品正在加緊開發(fā)，2.5G的專用測試設(shè)備卻由于傳統(tǒng)儀器制造商考慮到研發(fā)成本和市場前景的問題而匱乏。

一家著名的手機(jī)制造商制造了支持EDGE(EnhancedDataratesforGSMEvolution)協(xié)議的2.5G手機(jī)產(chǎn)品，需要針對這一產(chǎn)品的測試方案。EDGE是一個專業(yè)協(xié)議，由于它的出現(xiàn)時間比較短，了解它的人也比較少，要在短期內(nèi)構(gòu)建一個EDGE測試系統(tǒng)是一個巨大的挑戰(zhàn)。為了在市場上與同行競爭，需要在一個月內(nèi)能夠使用這套測試設(shè)備。

應(yīng)用方案：

利用TestStand模塊化，兼容性強(qiáng)，可自定義的特點(diǎn)，根據(jù)生產(chǎn)測試的需要對其進(jìn)行修改與完善，并結(jié)合LabVIEW，GPIB卡，以及相應(yīng)的測試儀器，創(chuàng)建百分之百符合自己需要的CDMA基站測試系統(tǒng)。

使用的產(chǎn)品：

硬件上整個系統(tǒng)包含了一個PXI機(jī)箱，其中有：

NIPXI-8186

2.2GHzIntel奔騰4處理器的嵌入式PC，預(yù)裝WindowsXP操作系統(tǒng)

NIPXI-5660

2.7GHzRF信號分析儀，9kHz到2.7GHz，20MHz實(shí)時帶寬，80dB真實(shí)動態(tài)范圍

NIPXI-5670

RF信號源，250kHz到2.7GHz，16位，100MS/s任意波形發(fā)生，22MHz實(shí)時帶寬

NIPXI-5122

14位數(shù)字化儀，100MS/s實(shí)時采樣，2GS/s隨機(jī)間隔采樣，100MHz帶寬

NIPXI-4070

6位半數(shù)字萬用表，6ppm精度

其中，NIPXI-5660被用作矢量信號分析儀，NIPXI-5670被用作射頻信號源，NIPXI-5122被用作示波器，NIPXI-4070被用作數(shù)字萬用表。

軟件上使用了LabVIEW圖像化開發(fā)環(huán)境和NI-DAQmx驅(qū)動程序。

篇(2)

關(guān)鍵詞：虛擬儀器，力傳感器，標(biāo)定

 

1 引言

力傳感器是目前廣泛使用的傳感器，在長期使用過程中，由于使用環(huán)境、本身結(jié)構(gòu)的變化，需要對其進(jìn)行標(biāo)定，以此保證測量的精度。近年來，隨著虛擬儀器技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展，越來越多的技術(shù)人員開始基于該技術(shù)來開發(fā)自動化測量設(shè)備。博士論文，標(biāo)定。虛擬儀器是基于計(jì)算機(jī)的儀器。計(jì)算機(jī)和儀器的密切結(jié)合是目前儀器發(fā)展的一個重要方向[1]。而在眾多的虛擬儀器開發(fā)平臺中，美國國家儀器公司（NI）的LabVIEW應(yīng)用最為廣泛。本文主要介紹了基于LabVIEW的力傳感器標(biāo)定程序的設(shè)計(jì)。

2 標(biāo)定的原理

所謂標(biāo)定（或現(xiàn)場校準(zhǔn)）[2]就是指用相對標(biāo)準(zhǔn)的量來確定測試系統(tǒng)電輸出量與物理輸入量之間的函數(shù)關(guān)系的過程。標(biāo)定是測試中極其重要的一環(huán)。標(biāo)定除了能夠確定輸入量和輸出量之間的函數(shù)關(guān)系之外，還可以最大限度地消除測量系統(tǒng)中的系統(tǒng)誤差。

傳感器的校準(zhǔn)采用靜態(tài)的方法，即在靜態(tài)標(biāo)準(zhǔn)條件下，采用一定標(biāo)準(zhǔn)等級（其精度等級為被較傳感器的3~5倍）的校準(zhǔn)設(shè)備，對傳感器重復(fù)（不少于3次）進(jìn)行全量程逐級加載和卸載測試，獲得各次校準(zhǔn)數(shù)據(jù)，以確定傳感器的靜態(tài)基本性能指標(biāo)和精度的過程。為簡化系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，此處標(biāo)準(zhǔn)量采用砝碼加載的方式獲得。

3 系統(tǒng)組成

3.1硬件組成

系統(tǒng)的硬件組成如圖1所示：

圖1 系統(tǒng)硬件組成

由圖可以看出，系統(tǒng)主要包括計(jì)算機(jī)、力傳感器，數(shù)據(jù)采集卡、接線盒等。本系統(tǒng)中，力傳感器采用電阻應(yīng)變式壓力傳感器，四個應(yīng)變片采用全橋的工作方式。數(shù)據(jù)采集卡采用NI公司的PCI-6221，該采集卡的主要參數(shù)如下：它具有16個模擬輸入端口，2個模擬輸出端口，24個數(shù)字輸入輸出端口，采樣速率最高可達(dá)到250kS/s。接線盒采用NI公司的SC-2345，此接線盒直接與數(shù)據(jù)采集卡相連，接線盒上有SCC信號調(diào)理模塊插座。SCC模塊是NI公司提供的信號調(diào)理模塊，其上面包含信號調(diào)理電路，可以將傳感器處采集的信號轉(zhuǎn)換成適合數(shù)據(jù)采集卡讀取的信號。本系統(tǒng)所用的SCC模塊為SCC-SG04，此模塊適用于連接采用全橋工作方式的電阻應(yīng)變式壓力傳感器。

3.2軟件組成

本系統(tǒng)軟件基于LabVIEW 8.2來開發(fā)。LabVIEW是一種圖形化的編程語言。博士論文，標(biāo)定。博士論文，標(biāo)定。與其他開發(fā)工具不同，用LabVIEW編程的過程不是寫代碼，而是畫“流程圖”。這樣可以使用戶從煩瑣的程序設(shè)計(jì)中解放出來，而將注意力集中在測量等物理問題本身。它主要針對各個領(lǐng)域的工程技術(shù)人員而設(shè)計(jì)，非計(jì)算機(jī)專業(yè)人員[1]。博士論文，標(biāo)定。

因?yàn)樗玫牧鞲衅鲗儆趹?yīng)變式電阻傳感器，其電阻變化率與應(yīng)變可以保持很好的線性關(guān)系，即輸入與輸出量之間呈線性關(guān)系，所以可以用一條直線對校準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合。此直線就稱為擬合直線，所求得的方程為擬合方程。圖2所示為傳感器標(biāo)定程序的采樣頁面。

此程序采用LabVIEW的事件驅(qū)動編程技術(shù)進(jìn)行編制的。事件[3]是對活動發(fā)生的異步通知。事件可以來自于用戶界面、外部I/O或程序的其它部分。在LabVIEW中使用用戶界面事件可使前面板用戶操作與程序框圖執(zhí)行保持同步。事件允許用戶每當(dāng)執(zhí)行某個特定操作時執(zhí)行特定的事件處理分支。

圖2 標(biāo)定程序采樣頁面

圖3 采樣程序

直線擬合的方法[2]有很多種，比如最小二乘法、平均選點(diǎn)法、斷點(diǎn)法等等。其中，最小二乘法精度比較高，此處利用它進(jìn)行直線擬合。根據(jù)最小二乘法，假定是一組測量值，是相應(yīng)的擬合值，mse為均方差，則擬合目標(biāo)可以表達(dá)為，期望mse最小。

LabVIEW中的分析軟件庫提供了多種線性和非線性的曲線擬合算法，例如線性擬合、指數(shù)擬合、通用多項(xiàng)式擬合等等。本程序選擇Linear Fit.Vi 來實(shí)現(xiàn)最小二乘法線性擬合。

標(biāo)定子程序的工作流程如下：用戶先通過多次采樣，獲得各個輸入量對應(yīng)的輸出量，通過While循環(huán)的移位寄存器保存這些值。博士論文，標(biāo)定。采樣完成后，把這些值輸入Linear Fit.Vi進(jìn)行擬合，擬合的曲線在Graph控件中顯示出來，同時該Vi自動求出方程y=ax+b中的斜率a和截距b，這樣，輸入輸出量之間的函數(shù)關(guān)系就可以確定下來了，如圖4所示。

圖4 標(biāo)定程序擬合前面板

4 小結(jié)

基于虛擬儀器的力傳感器標(biāo)定程序能夠方便地對力傳感器進(jìn)行標(biāo)定。博士論文，標(biāo)定。該系統(tǒng)具有人機(jī)界面友好，靈活方便，自動化程度高等特點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)：

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【2】.張迎新等.非電量測量技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京航空航天大學(xué)出版社，2001

【3】.NationalInstrumentsCorporation.LabVIEWHelp[CD].ni.com/china,2008

篇(3)

【關(guān)鍵詞】LabVIEW;PXI-5152;數(shù)據(jù)采集

1.引言

由于傳統(tǒng)測控設(shè)備一般只能獨(dú)立完成一項(xiàng)功能，而虛擬儀器可以將原來多種傳統(tǒng)測控設(shè)備集中于一套系統(tǒng)中，同時它的開放與靈活性能使之與計(jì)算機(jī)技術(shù)保持同步發(fā)展[1]。虛擬儀器的硬、軟件具有開放性、模塊性、可重復(fù)使用及互換性等特點(diǎn)。為提高測試系統(tǒng)的性能，可以方便地加入一個通用儀器模塊或更換一個儀器模塊，而不用購買一個完全新的系統(tǒng)，有利于測試系統(tǒng)的擴(kuò)展[2]。本文主要基于PXI-5152板卡利用LabVIEW進(jìn)行信號進(jìn)行采集和分析的設(shè)計(jì)。

2.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

由于LabVIEW是基于模塊化程序設(shè)計(jì)思想，故在開發(fā)過程中也是基本上遵循這一基本思想。在總體方案確定后，根據(jù)所需的不同功能分別組建各種功能模塊，最后再集成和調(diào)試。創(chuàng)建虛擬儀器的過程的過程分為三步：

（1）編寫虛擬儀器流程圖。

（2）設(shè)計(jì)虛擬儀器的前面板。

（3）確定虛擬儀器的圖標(biāo)和連接[3]。

采用模塊化的軟件設(shè)計(jì)思想編寫，每個功能的實(shí)現(xiàn)由一個模塊完成，系統(tǒng)軟件總體包括數(shù)據(jù)采集、參數(shù)測量、相位、幅頻分析、數(shù)據(jù)存儲和回放等模塊，最終實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、處理、記錄、顯示等功能。系統(tǒng)軟件組成框圖，軟件設(shè)計(jì)整體界面分別如圖1，圖2所示：

圖1 軟件組成框圖

圖2 PXI-5152多功能示波器前面板

2.1 信號采集模塊

LabVIEW集成了功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集函數(shù)庫Data Acquisition。NI公司也設(shè)計(jì)了NI-SCOPE模塊，使得編程更加簡潔化[4]。本設(shè)計(jì)應(yīng)用的PXI-5152板卡所采用的軟件編寫設(shè)計(jì)模塊正是NI-SCOPE模塊。使用NI-SCOPE模塊數(shù)據(jù)采集函數(shù)建立采集程序非常簡單，其流程如圖3所示，基本過程如下：

參數(shù)設(shè)置如圖4所示，采樣方式選擇普通采樣（Normal），采樣率為200MHz，采集通道（channels）為通道0和通道1，記錄長度為1000，輸入阻抗為1歐姆，電壓耦合（vertical coupling）選擇DC方式即直接耦合，參考位置選擇50%，電壓偏移（vertical offset）為0，電壓幅值（vertical range）為10V。

圖3 數(shù)據(jù)采集程序流程圖

圖4 配置參數(shù)

觸發(fā)參數(shù)選擇如圖5所示：觸發(fā)耦合選擇DC耦合，觸發(fā)類型選擇Immediate即直接觸發(fā)，觸發(fā)源選擇0通道，即采集為1通道，觸發(fā)延遲為0s，觸發(fā)極性選擇正極，觸發(fā)電平為5V。

圖5 觸發(fā)選項(xiàng)

2.2 數(shù)據(jù)讀取和數(shù)據(jù)存儲模塊

LabVIEW有豐富的文件操作函數(shù)庫，本設(shè)計(jì)由于采樣率的提高，使用傳統(tǒng)的編寫程序可能會導(dǎo)致采樣點(diǎn)數(shù)的丟失，為了使采集到的數(shù)據(jù)能實(shí)時的讀取和存儲起來，本設(shè)計(jì)所采用TDMS模塊對數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時采集和存儲，更好的保證了數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性[5]。

采集時數(shù)據(jù)的讀取、存儲程序如圖所示。新建一個“.tdms”文件夾以便對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，打開TDMS，TDMS屬性設(shè)置，TDMS數(shù)據(jù)讀?。ń尤腙?duì)列進(jìn)行對數(shù)據(jù)進(jìn)行同步采集），關(guān)閉TDMS。程序圖如圖6所示。

圖6 數(shù)據(jù)讀取、存儲程序圖

3.實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及結(jié)果

本設(shè)計(jì)所做實(shí)驗(yàn)室為了研究，鋁板的裂紋深度不同時，檢測到的反射信號的某一特征量呈現(xiàn)規(guī)律性變化，即研究裂紋深度與信號特征量之間的單調(diào)關(guān)系。

實(shí)驗(yàn)過程如下：實(shí)驗(yàn)裝置框圖如圖7所示，激勵激光器采用150mJ能量激勵，經(jīng)過聚焦透鏡后照射到標(biāo)準(zhǔn)試件上，光斑直徑為0.9mm，由燒蝕效應(yīng)產(chǎn)生超聲波，通過表面波探頭探測信號，經(jīng)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采集、記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

圖7 實(shí)驗(yàn)裝置框圖

實(shí)驗(yàn)過程：本次實(shí)驗(yàn)采用的鋁板尺寸為200mm×50mm×8mm，表面裂紋距鋁板左邊界左側(cè)80mm，裂紋規(guī)格分別為無損、0.1×0.3mm、0.1×0.5mm、0.1×0.7mm、0.1×0.9mm（寬度×深度），由于加工誤差，實(shí)際規(guī)格為0.111×0.302mm、0.130×0.536mm、0.13×0.70mm、0.15×0.872mm。本次實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖翘綔y反射波，激勵源距裂紋10mm，在鋁板上激勵出超聲波，傳播到裂紋位置處，超聲波會在裂紋位置處發(fā)生反射，反射的超聲波被距激勵源右側(cè)10mm的超聲探頭接收。通過采集系統(tǒng)初步觀察并記錄數(shù)據(jù)波形，采集系統(tǒng)參數(shù)設(shè)置如下：采樣率：200MHz，采樣時間：50us，采用外部觸發(fā)，觸發(fā)位置：50%。為了減少實(shí)驗(yàn)誤差，不同深度的裂紋分別做五次實(shí)驗(yàn)并保存數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果中的一組數(shù)據(jù)（有裂紋時的反射及相應(yīng)的頻域圖）經(jīng)過MATLAB軟件進(jìn)行進(jìn)一步的分析，放大之后所得到的波形圖如圖8所示。

圖8 有裂紋時反射波形

4.結(jié)論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：

（1）本文所設(shè)計(jì)的PXI-5152多功能示波器能高效的對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和存儲;

（2）通過對實(shí)驗(yàn)所采集到的波形分析能反應(yīng)出其數(shù)據(jù)的正確性，即反應(yīng)出程序設(shè)計(jì)的正確性;

（3）采集程序運(yùn)行時體現(xiàn)了程序設(shè)計(jì)的合理性和流暢性，運(yùn)行界面具有工整性、簡潔性和實(shí)用性。

虛擬儀器將所有的儀器控制信息均集中在軟件模塊中，可以采用多種方式顯示采集的數(shù)據(jù)、分析的結(jié)果和控制過程。這種對關(guān)鍵部分的轉(zhuǎn)移進(jìn)一步增加了虛擬儀器的靈活性;虛擬儀器價格低，而且其基于軟件的體系結(jié)構(gòu)還大大節(jié)省了開發(fā)和維護(hù)費(fèi)用;由于虛擬儀器關(guān)鍵在于軟件，硬件的局限性較小，因此與其他儀器設(shè)各連接比較容易實(shí)現(xiàn);虛擬儀器可實(shí)時、直接地對數(shù)據(jù)進(jìn)行編輯，也可通過計(jì)算機(jī)總線將數(shù)據(jù)傳輸?shù)酱鎯ζ骰虼蛴C(jī)。這樣做一方面解決了數(shù)據(jù)的傳輸問題，一方面充分利用了計(jì)算機(jī)的存儲能力，從而使虛擬儀器具有幾乎無限的數(shù)據(jù)記錄容量。

參考文獻(xiàn)

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[4]鄧振杰.基于LabVIEW構(gòu)建虛擬儀器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)[D].天津大學(xué)碩士學(xué)位論文，2001，11

[5]石博強(qiáng)，趙德永，李暢，雷振山.LabVIEW6.1編程技術(shù)實(shí)用教程[M].中國鐵道出版社，2002，11.

作者簡介：

篇(4)

關(guān)鍵詞：數(shù)據(jù)采集，波形發(fā)生器，DMA，工業(yè)控制

 

0 引言

某發(fā)射機(jī)構(gòu)作為導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的重要發(fā)射控制部件，其性能的好壞直接影響武器系統(tǒng)的總體戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)。因此發(fā)射機(jī)構(gòu)在研制過程中和投入生產(chǎn)后需進(jìn)行嚴(yán)格的測試，進(jìn)行常溫測試、高低溫測試和交付試驗(yàn)等，檢測發(fā)射機(jī)構(gòu)在常溫及高低溫狀態(tài)下的性能。論文寫作。通過測試，暴露出發(fā)射機(jī)構(gòu)各分組件、部件、分部件及有關(guān)元器件的制造缺陷，可及早將這些問題予以排除，提高發(fā)射機(jī)構(gòu)工作的可靠性，以完成產(chǎn)品的調(diào)試生產(chǎn)、質(zhì)量控制、驗(yàn)收交付等任務(wù)。

1 問題的提出

發(fā)射機(jī)構(gòu)測試系統(tǒng)是根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)要求研發(fā)的，原有測試軟件是用C語言在DOS下開發(fā)的，界面簡單，操作復(fù)雜。隨著計(jì)算機(jī)硬件的升級，WindowsXP已經(jīng)成為主流的操作系統(tǒng)，研制在Windowsxp新的測試軟件是非常必要的。

2 策劃

2.1硬件設(shè)計(jì)

本測試系統(tǒng)主要由工藝發(fā)射機(jī)構(gòu)產(chǎn)品、信號處理電路、數(shù)據(jù)采集板卡、工控機(jī)以及軟件平臺等組成。發(fā)射機(jī)構(gòu)的一些數(shù)據(jù)被數(shù)據(jù)采集板卡測得；各項(xiàng)狀態(tài)則通過信號處理電路進(jìn)行調(diào)理后，引入工控機(jī)；軟件系統(tǒng)根據(jù)測試要求輸出控制信號，經(jīng)過處理電路后來實(shí)現(xiàn)對產(chǎn)品的控制。工控機(jī)內(nèi)裝有研華公司的PCI-1710卡和PCI-1721用來控制產(chǎn)品狀態(tài)和讀取測試數(shù)據(jù)，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 發(fā)射機(jī)構(gòu)測試系統(tǒng)硬件框架

2.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

發(fā)射機(jī)構(gòu)測試系統(tǒng)的軟件采用NI公司的LabWindows/CVI進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。該軟件是面向計(jì)算機(jī)測控領(lǐng)域虛擬儀器軟件開放平臺，是以ANSI C為核心的交互式虛擬儀器開發(fā)環(huán)境，將功能強(qiáng)大的C語言和測控技術(shù)有機(jī)結(jié)合，具有靈活編程方法和豐富的函數(shù)庫，為開發(fā)人員建立檢測系統(tǒng)、自動測試環(huán)境、數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、過程監(jiān)控系統(tǒng)等提供了理想的軟件開發(fā)環(huán)境，是實(shí)現(xiàn)虛擬儀器及網(wǎng)絡(luò)化儀器的快速途徑。

為了提高測試模型組合的靈活性和通用性，采用模塊化設(shè)計(jì)的原則，將測試系統(tǒng)分為數(shù)個模塊。本測試系統(tǒng)軟件功能的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 軟件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

系統(tǒng)狀態(tài)控制模塊可進(jìn)行測試系統(tǒng)自檢狀態(tài)和測試狀態(tài)的轉(zhuǎn)換；

狀態(tài)監(jiān)控模塊可監(jiān)控發(fā)射機(jī)構(gòu)的供電、開鎖，切除等狀態(tài)并顯示到面板的指示燈；

發(fā)射機(jī)構(gòu)狀態(tài)控制模塊可通過測控電路控制發(fā)射機(jī)構(gòu)各種測試狀態(tài)；

板卡控制模塊可對PCI－1710和PCI－1721板卡進(jìn)行控制和測試數(shù)據(jù)的采樣；

功能測試模塊可對發(fā)射機(jī)構(gòu)的各個測試項(xiàng)目進(jìn)行測試并記錄測試結(jié)果；

數(shù)據(jù)記錄模塊可將測試數(shù)據(jù)導(dǎo)入到EXCEL電子表格并可打印輸出；

3 實(shí)施方案

3.1 硬件設(shè)計(jì)方案：在測試系統(tǒng)中，除了要處理模擬量輸入、輸出信號外，還要處理開關(guān)量和脈沖量信息，以便及時反映開關(guān)量狀態(tài)并執(zhí)行監(jiān)視、控制的功能。硬件中采用光電隔離技術(shù)，使用光電隔離不僅可以使計(jì)算機(jī)的控制輸出通道與被控負(fù)載之間在電氣上完全隔離而達(dá)到良好的抗電磁干擾技術(shù)指標(biāo)，也使這些控制指令具備足夠的功率驅(qū)動能力，進(jìn)而可靠實(shí)現(xiàn)驅(qū)動繼電器等部件的目的。

3.2 測控軟件設(shè)計(jì)方案：測試軟件主界面主要完成的功能是實(shí)現(xiàn)測控系統(tǒng)的功能選擇和系統(tǒng)的測試數(shù)據(jù)管理，測試系統(tǒng)主界面如圖3所示：

圖3 測試系統(tǒng)軟件主界面

從圖中可以看出，用戶界面是一個有機(jī)的界面系統(tǒng)。主要包括：

A. 測試信息區(qū)域，用于輸入和顯示本次測試的產(chǎn)品編號、操作者、檢驗(yàn)員等信息。

B. 測試項(xiàng)目區(qū)域，配合快捷按鍵可測試中的各項(xiàng)參數(shù)，便于測試人員在測試過程中更加直觀地觀察測試過程。

C. 測試狀態(tài)指示區(qū)域，用來指示發(fā)射機(jī)構(gòu)的各個測試狀態(tài)。

D. 測試過程消息區(qū)域，用來指示測試過程現(xiàn)在進(jìn)行到那個步驟，并給出該測試步驟的狀態(tài)信息。

E. 測試電壓監(jiān)視區(qū)域，主要在測試過程監(jiān)測發(fā)射機(jī)構(gòu)供電電壓。

F. 測試信號波形指示區(qū)，在測試過程中顯示測試信號的波形。

G.自動測試按鈕，按下該按鈕，可實(shí)現(xiàn)自動測試的功能。論文寫作。

3.3 軟件測試流程圖如圖4所示：

3.4 關(guān)鍵技術(shù):

3.4.1信息信號和制導(dǎo)指令信號的模擬輸出技術(shù)：

在本測試系統(tǒng)中，需要模擬導(dǎo)彈產(chǎn)生的信息信號和制導(dǎo)指令信號。測試軟件采用DMA技術(shù)利用PCI－1721板卡產(chǎn)生各路波形信號。主要函數(shù)定義如下：

void SetMultiToOneBuffer(USHORTusEnabledChannel, int count)；

voidSetRealBuffer(float far *lpBuf, long num, LPSWAVE lpWave)；

voidUserThread()；

voidadInterruptEvent()；

voidadBufChangeEvent()；

voidadOverrunEvent()；

voidadTerminateEvent()；

voidMyFreeBuffer()；

int Inf_Out(intnum,long rate,float Magnitude0,float Magnitude1,float Magnitude2,floatMagnitude3)；

通過上述函數(shù)將需要產(chǎn)生的波形先存入緩沖區(qū)，在啟動PCI－1721的DMA數(shù)據(jù)傳送的功能啟動線程，即可產(chǎn)生需要的各種信號波形。

3.4.2 測試系統(tǒng)要求實(shí)時監(jiān)控產(chǎn)品的各項(xiàng)狀態(tài)。

由于使用Timer定時器時所發(fā)送的定時消息受到消息隊(duì)列和系統(tǒng)時鐘頻率等因素的影響，不能使得定時消息得到及時的響應(yīng)和處理。同時，測試流程中需要進(jìn)行一定的延時等待，因此，不能使用Timer定時器。在此，使用異步定時器控件來實(shí)現(xiàn)實(shí)時監(jiān)控的問題。異步定時器通過加載驅(qū)動位于toolbox中的 asynctmr.fp來實(shí)現(xiàn)調(diào)用。與定時器控件相比，異步定時器控件由于使用獨(dú)立線程，與程序主線程無關(guān)，能夠提供可靠的定時精度，不會受到主載荷的影響。異步定時器的建立、刪除和設(shè)置，分別通過調(diào)用函數(shù) NewAsyncTimer()、DiscardAsyncTimer()和SetAsyncTimerAttribute()來實(shí)現(xiàn)。定時響應(yīng)函數(shù)的聲明為：IntCVICALLBACK MyTimerCallback (int reserved, int theTimerId, int event, void*callbackData,int eventData1,int eventData2);

在測試系統(tǒng)軟件啟動以后，建立一個定時器；然后設(shè)置定時器的定時時間和響應(yīng)函數(shù)；在軟件退出時，刪除定時器；在定時響應(yīng)函數(shù)中，調(diào)用板卡控制模塊提供的讀取數(shù)據(jù)函數(shù)，來實(shí)現(xiàn)實(shí)時狀態(tài)監(jiān)測的功能。論文寫作。

2.效果和結(jié)論：

測試軟件現(xiàn)已經(jīng)過調(diào)試和嚴(yán)格的測試，運(yùn)行良好，測試結(jié)果可靠，操作界面友好，使用方便，測試結(jié)果準(zhǔn)確，測試過程簡潔優(yōu)化，大大提高自動化檢測水平。該測試系統(tǒng)現(xiàn)已經(jīng)過檢驗(yàn)驗(yàn)收，達(dá)到交付的狀態(tài)，完全滿足了發(fā)射機(jī)構(gòu)自動測試的需要。

參考文獻(xiàn)

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篇(5)

Abstract: According to monitoring of diesel engine ,utilizing DAQ hardware of NI USB-6009 and software of LabVIEW, a data acquisition system is designed by virtual instruments technology, the structure and functions of the system are introduced. It is proved that this system is feasible and has better performance on data display, preservation and reading through some experiments. Otherwise, it has better expansibility and prevalent usability.

關(guān)鍵詞: 虛擬儀器;數(shù)據(jù)采集;監(jiān)控;LabVIEW

Key words: virtual instruments;data acquisition;monitoring;LabVIEW

中圖分類號:TP39文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:1006-4311(2010)23-0134-02

0引言

近年來,隨著自動控制與計(jì)算機(jī)控制的快速發(fā)展,針對機(jī)艙自動化系統(tǒng)的研究正向著數(shù)字化、智能化、模塊化的方向發(fā)展。[1]不管其采用何種監(jiān)控系統(tǒng)、監(jiān)控手段和監(jiān)控方法,對監(jiān)控對象的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和處理是整個監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)與前提,而數(shù)據(jù)采集量,數(shù)據(jù)采集及時性與精度直接影響監(jiān)控系統(tǒng)對設(shè)備監(jiān)控的正確性與精確性。

虛擬儀器技術(shù)綜合運(yùn)用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)、標(biāo)準(zhǔn)總線技術(shù)和軟件工程技術(shù),代表了測量儀器與自動測試系統(tǒng)的未來發(fā)展方向。采用虛擬儀器技術(shù)構(gòu)建的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),不僅可以對系統(tǒng)進(jìn)行靈活的設(shè)計(jì),而且系統(tǒng)由計(jì)算機(jī)控制,使數(shù)據(jù)采集的質(zhì)量和效率大為提高,同時,隨著電路集成度的提高,數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的體積越來越小,可靠性越來越高,擴(kuò)大了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的適應(yīng)范圍,便于實(shí)現(xiàn)動態(tài)測量,能滿足精確控制的要求。[2]

1系統(tǒng)的組成

柴油機(jī)運(yùn)行的監(jiān)控參數(shù)主要有轉(zhuǎn)速,滑油壓力和溫度,冷卻水溫度和排煙溫度。因此測量的信號有4~20mA直流電流信號,0~5V、0~10V直流電壓信號和正弦信號。[3]這就要求所選擇的數(shù)據(jù)采集卡具有同時采集以上三種信號的能力,軟件系統(tǒng)能同時調(diào)理分析的能力。

1.1 系統(tǒng)硬件選擇針對系統(tǒng)要求,采用NI公司的NI USB-6009 DAQ卡為數(shù)據(jù)采集硬件。該數(shù)據(jù)采集卡由多路選擇開關(guān)MUX、程控放大器PGA、模數(shù)轉(zhuǎn)換器ADC、輸入暫存器AI FIFO共四個單元組成。[2]

該采集卡有8個模擬輸入通道AI0~AI7,差分模式下為4個輸入通道,AI0+~AI0-、AI1+~AI1-、AI2+~AI2-、AI3+~AI3-。在差分模式下可輸入負(fù)值的信號。

1.2 系統(tǒng)軟件選擇為了與硬件設(shè)備相兼容,軟件選擇NI公司的LabVIEW。LabVIEW不僅提供了一個非常直觀的編程環(huán)境,還是一種用于測量和自動化的特定應(yīng)用程序開發(fā)環(huán)境;其用于測量和自動化應(yīng)用程序的能力與通用編程的能力相互增強(qiáng)和拓展,成為測試測量和控制行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)軟件平臺。[4]

2信號采集及濾波設(shè)計(jì)

2.1 信號采集柴油機(jī)運(yùn)行時,傳感器測量的信號分為兩種:直流信號和交流信號。而直流信號又包括4~20mA的電流信號和0~5V、0~10V的電壓信號,因數(shù)據(jù)采集卡采集的是電壓信號,故采集直流電流信號之前要將電流信號轉(zhuǎn)換成電壓信號。因?yàn)镹I USB-6009 DAQ卡的采集量程為0~10V,系統(tǒng)采用較為經(jīng)濟(jì)和實(shí)用的調(diào)理電路,即將每路得電流信號串連一個精度為±0.1%的500Ω的電阻,將4~20mA的電流信號轉(zhuǎn)化為2~10V的電壓信號,輸入連接圖如圖1所示。

交流信號只有柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速測量信號,需要測量其頻率,因?yàn)榻涣餍盘栍姓?fù)之分,需采用差分接線模式,使得數(shù)據(jù)采集卡的采集量程為±10V,滿足測量要求其信號線連接采集卡的AI3+和AI3-兩個接線口。

2.2 信號濾波設(shè)計(jì)信號采集濾波程序如圖2所示,交流信號因?yàn)橐獪y量其頻率,濾波系統(tǒng)采用二階帶通的Butterworth濾波系統(tǒng),帶通范圍由轉(zhuǎn)速信號的最低頻率和最高頻率確定,并通過單頻測量程序來獲取正弦信號的頻率信息。直流信號的濾波主要是排除高頻的噪聲信號的干擾,因此采用二階低通的Butterworth濾波系統(tǒng),截止頻率定為30Hz,取其均方根值作為測量值。

3數(shù)據(jù)顯示與保存讀取

3.1 數(shù)據(jù)即時顯示圖3為數(shù)據(jù)即時顯示的程序框圖與前面板顯示圖。這個程序每隔一秒從輸入信號中提取測量數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示,公式節(jié)點(diǎn)的作用是根據(jù)傳感器輸出值與柴油機(jī)運(yùn)行數(shù)據(jù)的關(guān)系將測量值轉(zhuǎn)換為柴油機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù),并將數(shù)據(jù)測量值與報(bào)警參數(shù)值進(jìn)行比較,若出現(xiàn)報(bào)警情況時輸出報(bào)警信號,報(bào)警指示燈亮。

3.2 數(shù)據(jù)定時儲存圖4為數(shù)據(jù)定時儲存系統(tǒng)程序框圖。這個程序分為定時器模塊和數(shù)據(jù)儲存模塊,定時器模塊每到用戶設(shè)定的時間間隔(分鐘)就輸出一個TRUE值,用來觸發(fā)數(shù)據(jù)儲存模塊。[5]由于信號的更新間隔為1秒鐘,為了避免運(yùn)行數(shù)據(jù)的重復(fù)記錄,增加一個秒觸發(fā),與定時器一起作用,使得在記錄時間(分鐘)的第0秒觸發(fā)數(shù)據(jù)儲存模塊,進(jìn)行數(shù)據(jù)儲存。

數(shù)據(jù)儲存模塊除了儲存以外還有同步顯示功能,通過創(chuàng)建表格使每次的輸入數(shù)據(jù)在表格中依次顯示,便于實(shí)時觀察分析。

3.3 報(bào)警數(shù)據(jù)自動儲存圖5為報(bào)警數(shù)據(jù)自動儲存系統(tǒng)程序框圖。這個程序分為報(bào)警觸發(fā)、定時掃描和數(shù)據(jù)儲存三個模塊:報(bào)警觸發(fā)模塊的功能是當(dāng)其中一個或多個信號值出現(xiàn)報(bào)警時,在輸出一個TURE值的同時輸出該報(bào)警數(shù)據(jù)值,而未報(bào)警的信號則輸出“0”值;定時掃描模塊控制報(bào)警觸發(fā)模塊輸出TURE值的時機(jī),本程序中對于轉(zhuǎn)速和滑油壓力信號,每十秒允許報(bào)警觸發(fā)模塊輸出TURE值,對于滑油溫度等其他信號,每分鐘允許報(bào)警觸發(fā)模塊輸出TURE值;在按下報(bào)警數(shù)據(jù)儲存鍵后,數(shù)據(jù)儲存模塊可以連續(xù)的對報(bào)警數(shù)據(jù)進(jìn)行儲存。

3.4 數(shù)據(jù)讀取圖6為數(shù)據(jù)讀取程序框圖。用來讀取柴油機(jī)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)記錄文件,文件讀取后首先通過表格控件進(jìn)行顯示。另外可以對文件中的任意兩個運(yùn)行數(shù)據(jù)用波形圖同時進(jìn)行顯示,可以直觀的觀察運(yùn)行數(shù)據(jù)的變化曲線,分析其相互之間的關(guān)系。

4結(jié)論

本系統(tǒng)針對某型柴油機(jī)進(jìn)行了數(shù)據(jù)采集處理試驗(yàn),圖7為整個數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)的前面板設(shè)計(jì),上面的數(shù)據(jù)為試驗(yàn)采集數(shù)據(jù),表格中為同步顯示記錄數(shù)據(jù),波形圖中的曲線為柴油機(jī)運(yùn)行的數(shù)據(jù)變化曲線圖。

通過試驗(yàn)證明了該系統(tǒng)的可行性,而且具有比傳統(tǒng)系統(tǒng)更靈活和實(shí)用的操作手段,為柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的整個程序設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。

5結(jié)束語

本系統(tǒng)采用NI USB-6009 DAQ卡,安裝、攜帶方便,可擴(kuò)展性好,在一些電磁干擾較強(qiáng)的測試現(xiàn)場,可以專門對其進(jìn)行電磁屏蔽,避免采集的數(shù)據(jù)失真。采用LabVIEW可視化編程,其程序可以在任何裝有LabVIEW軟件的PC機(jī)上使用,具有很強(qiáng)的通用性。

參考文獻(xiàn):

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[3]高火榮,王一春.機(jī)艙模擬信號通用采集板的設(shè)計(jì)[J].江蘇船舶,2008,(10).

篇(6)

關(guān)鍵詞：振動信號，故障診斷，LabVIEW，信號采集

 

0 引言

振動信號分析作為故障診斷的一種方法，以其不拆卸機(jī)體，不影響設(shè)備的正常工作，測量范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于各類工業(yè)和工程之中。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)以及虛擬儀器技術(shù)的發(fā)展，越來越多的人開始通過虛擬儀器對機(jī)械的振動信號進(jìn)行采集與分析[1]。LabVIEW是美國NI公司開發(fā)的圖形開發(fā)環(huán)境，它在研究、開發(fā)、生產(chǎn)、測試工作中得到廣泛應(yīng)用[2]。本文所設(shè)計(jì)的就是基于LabVIEW的機(jī)械振動信號采集與分析系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

本文所設(shè)計(jì)的信號采集分析系統(tǒng)包含振動數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析兩個部分。采集部分包括基本參數(shù)的顯示和振動信息的存儲；分析部分包括時域、統(tǒng)計(jì)、時頻分析和小波分析。，故障診斷。圖形化軟件一般包括初始化，懸置，運(yùn)行，停止等狀態(tài)。在本系統(tǒng)中，初始化是在程序啟動時，清空相關(guān)輸入控件和顯示控件；懸置是程序等待用戶輸入相關(guān)參數(shù)或者點(diǎn)擊相關(guān)按鈕以改變程序狀態(tài)；運(yùn)行是程序進(jìn)入數(shù)據(jù)采集和分析狀態(tài)；停止?fàn)顟B(tài)時，程序關(guān)閉所有子程序。系統(tǒng)這四種運(yùn)行狀態(tài)在本程序中通過狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn) [3]。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 采集系統(tǒng)

采集程序所要實(shí)現(xiàn)的功能主要是在一定的采樣頻率下采集振動的全部信息，其采樣所得的結(jié)果必須能夠在分析時完全再現(xiàn)采集時的振動情況。具體的實(shí)現(xiàn)過程如下：

通過DAQmx來創(chuàng)建任務(wù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)采集卡與傳感器的連接情況來設(shè)置物理通道和虛擬通道；加入相關(guān)輸入控件，設(shè)置系統(tǒng)參量；根據(jù)傳感器設(shè)備設(shè)定采樣率，以便于后續(xù)的頻率分析；以TDMS存儲大量采樣數(shù)據(jù)；利用case循環(huán)和按鈕來分別表示初始化、懸置和運(yùn)行這3個狀態(tài)。

2.2 分析系統(tǒng)

由于實(shí)時采集的數(shù)據(jù)只能做出簡單的時、頻分析，不能得到振動信號中更深層次的信息，因此必須對設(shè)備的振動信號進(jìn)行更加深入細(xì)致的分析，這個就需要進(jìn)行離線分析。，故障診斷。分析程序所要實(shí)現(xiàn)的主要功能是再現(xiàn)設(shè)備的振動信號，并能夠從多個層次和方向上得出振動信號的特征參量，并將這些特征參量以輸出控件的形式返還給用戶，以供人們了解設(shè)備的工作狀態(tài)，更深入地了解設(shè)備的振動機(jī)理，改善設(shè)備工況，優(yōu)化監(jiān)測系統(tǒng)[4]。

在本系統(tǒng)中，分析部分具有5個分析模塊，分別是時域信號顯示，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，功率譜密度顯示，時頻特征顯示，以及小波包分解。該系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)過程如下，讀取信號采集系統(tǒng)中存儲的TDMS文件中的數(shù)據(jù)，利用索引數(shù)組選擇特定的信號通道，利用數(shù)字輸入控件查看特定周期的數(shù)據(jù)；分析程序采用While循環(huán)，內(nèi)部添加一個事件結(jié)構(gòu)以控制程序的運(yùn)行；而上述5個分析模塊位于事件結(jié)構(gòu)之內(nèi)，并用Case循環(huán)和選項(xiàng)卡來選擇分析內(nèi)容[5,6]。

時域信號顯示：它能顯示采集時實(shí)際的時域圖譜，在運(yùn)行時可以很清晰地看出振幅與時間的關(guān)系，可以判斷出故障發(fā)生時的時間，清晰直觀。

統(tǒng)計(jì)信息顯示：系統(tǒng)中所統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)包括算術(shù)平均值，均方差，標(biāo)準(zhǔn)方差，峰值，峰峰值，基頻。，故障診斷。它們都能作為周期振動信號的特征值，在數(shù)值上描述振動特征。

功率譜密度：由于振動信號中存在大量噪聲，所以通過功率譜密度來顯示振動信號在各個頻率段上的功率密度，減少由于噪聲所帶來的誤差。

時頻分析：由于頻譜分析只能看到頻域特征的能量關(guān)系，通過短時傅里葉變換可以很清晰地從圖譜上看到頻域、時域與能量3者間的關(guān)系，更利于對故障的分析。，故障診斷。

小波分析：通過小波包來分解特定的頻段，以更高的分辨率查看故障頻率的位置，也是一種越來越常用的信號分析方式。本系統(tǒng)中可以自動畫出頻率的分段關(guān)系，并能通過數(shù)據(jù)節(jié)點(diǎn)來查看指定節(jié)點(diǎn)的頻域信號，更加清楚地描述故障頻率段。

最后通過設(shè)置按鈕和屬性節(jié)點(diǎn)，將兩個子程序放入事件驅(qū)動結(jié)構(gòu)，使用按鈕分別控制信號的采集和分析兩個子程序，上述的兩個子系統(tǒng)就整合為一個整體程序生成本系統(tǒng)。

3 系統(tǒng)應(yīng)用

作者將該系統(tǒng)應(yīng)用內(nèi)燃機(jī)振動信號的采集和分析，并針對內(nèi)燃機(jī)的特點(diǎn)對本系統(tǒng)進(jìn)行了小幅修改，即完成了內(nèi)燃機(jī)振動信號的采集和分析系統(tǒng)。具體的實(shí)施情況如下：

該內(nèi)燃機(jī)實(shí)驗(yàn)機(jī)為單缸四沖程柴油機(jī)，缸套直徑105mm，行程115mm。實(shí)驗(yàn)的目的是通過收集氣缸蓋與曲軸左滑動軸承振動信號來識別內(nèi)燃機(jī)工況。在實(shí)驗(yàn)中采用電機(jī)倒拖法來模擬內(nèi)燃機(jī)的工作，即通過電機(jī)帶動皮帶輪，皮帶輪帶動飛輪，飛輪帶動內(nèi)燃機(jī)。傳感器為壓電式加速度傳感器，安裝于主推力面上的缸蓋表面和左滑動軸承的垂直方向及水平方向三個位置。

采用的為電機(jī)倒拖發(fā)動機(jī)，就會由于皮帶輪打滑或者電機(jī)轉(zhuǎn)速的波動等原因造成內(nèi)燃機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，考慮到此特殊情況，程序中編寫了一個求平均周期信號的部分，以準(zhǔn)確的反應(yīng)內(nèi)燃機(jī)的工作周期。，故障診斷。通過Case和下拉菜單將其整合到數(shù)據(jù)采集分析程序中。

將轉(zhuǎn)速從200r/min增加到300r/min，分別用本系統(tǒng)采集這兩個工作狀態(tài)的振動信號，然后通過本系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)分析程序，得到的結(jié)果如圖1，

圖1 不同轉(zhuǎn)速下振動信號的時頻譜圖

可以很明顯看出，轉(zhuǎn)速增加到300r/min時，在時頻域的1200-2500Hz頻段中，能量密度有顯著增加；在時域圖中，上、下止點(diǎn)出幅值明顯增大，且信號中的噪聲信號也明顯增大。，故障診斷。這與理論情況是相符合的，說明該套振動監(jiān)測系統(tǒng)可以很好地采集和分析振動數(shù)據(jù)，是一套簡易可行可移植的監(jiān)測分析系統(tǒng)。

4 總結(jié)

本系統(tǒng)可以靈活完整的存儲設(shè)備的振動信號，CPU占用率低，在降低硬件設(shè)備要求的同時提高了信號采集與分析的能力。在將系統(tǒng)應(yīng)用到不同設(shè)備上時，僅需要根據(jù)相應(yīng)設(shè)備特殊性，添加部分子VI或者程序便可以應(yīng)用，具有可移植性。

參考文獻(xiàn)

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篇(7)

一、網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立

1.虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)

虛擬現(xiàn)實(shí)VR(VirtualReality)是近幾年來信息技術(shù)迅速發(fā)展的產(chǎn)物,畢業(yè)論文是一門在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)、人機(jī)接口技術(shù)、多媒體技術(shù)和傳感技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的交叉學(xué)科。其基本方法和目標(biāo)是集成并利用高性能的計(jì)算機(jī)軟硬件及各類傳感器創(chuàng)建一個使參與者處于身臨其境的、具有完善的交互能力、能幫助和啟發(fā)構(gòu)思的信息環(huán)境,即讓用戶在人工合成的環(huán)境里獲得角色的體驗(yàn)。

虛擬現(xiàn)實(shí)具有三個基本特征。沉浸性,是指觀察者對虛擬世界的情感反映,這種感覺能使用戶全方位地投入這個虛擬世界,這是虛擬現(xiàn)實(shí)的首要特征。交互性,是指虛擬現(xiàn)實(shí)是一個開放的環(huán)境,能對用戶的輸入作出響應(yīng),并能通過監(jiān)控裝置來影響用戶和被用戶影響。想象性,是指虛擬現(xiàn)實(shí)不僅是一個媒體、一個高級用戶界面,還是一個應(yīng)用系統(tǒng),它以生動形象的形式反映設(shè)計(jì)者的思想。虛擬現(xiàn)實(shí)的三個基本特征強(qiáng)調(diào)了人在這個系統(tǒng)中的主導(dǎo)作用。虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)按其功能不同,可以分為三種類型:沉浸式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)、桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)和分布式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。其中,桌面式虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)是運(yùn)用軟件編程方法在顯示器上顯示三維場景,用戶通過鍵盤、鼠標(biāo)等設(shè)備與虛擬場景交互,它的特點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、成本較低,易于推廣。

2.網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室

所謂網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室,是指利用區(qū)域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng),由虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)生成的一類適于進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),包括相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、有關(guān)的實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備、實(shí)驗(yàn)對象及實(shí)驗(yàn)信息資源等。虛擬實(shí)驗(yàn)室可以是某一現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室的真實(shí)實(shí)現(xiàn),也可以是虛擬構(gòu)想的實(shí)驗(yàn)室,虛擬實(shí)驗(yàn)通過虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。在虛擬實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)者有逼真的感覺,有身臨其境的感受,好像是真正在現(xiàn)實(shí)實(shí)驗(yàn)室里近距離進(jìn)行現(xiàn)場操作。在虛擬實(shí)驗(yàn)中,沒有一個有形的實(shí)驗(yàn)室,也沒有以實(shí)物形態(tài)存在的實(shí)驗(yàn)工具與實(shí)驗(yàn)對象,實(shí)驗(yàn)過程主要是對虛擬物的操作。

3.計(jì)算機(jī)專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室的創(chuàng)建

構(gòu)建專業(yè)虛擬實(shí)驗(yàn)室,其實(shí)就是搭建一個網(wǎng)絡(luò)平臺系統(tǒng),包括硬件、軟件及管理三個方面。在硬件上,

目前各校都建立了校園網(wǎng)絡(luò)并接入了互聯(lián)網(wǎng),這些基礎(chǔ)設(shè)施基本可以滿足需求,不需要太多的投入。在軟件方面,一個是實(shí)驗(yàn)室平臺軟件系統(tǒng)的開發(fā),它與網(wǎng)站建設(shè)相聯(lián)系;另一個是網(wǎng)站的內(nèi)容(實(shí)驗(yàn)內(nèi)容)建設(shè),這是實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的關(guān)鍵。虛擬實(shí)驗(yàn)室應(yīng)有可以做的實(shí)驗(yàn)來支撐,不然軟件平臺就是一個空架子,形同虛設(shè)。同時,該平臺上還應(yīng)有實(shí)驗(yàn)管理的支持,對實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)、實(shí)驗(yàn)成績及網(wǎng)上答疑等進(jìn)行有效管理,并對虛擬實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行監(jiān)控,計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)各模塊的主要功能如下。

(1)實(shí)驗(yàn)管理模塊,由學(xué)生管理、教師管理、儀器管理和學(xué)生成績管理等組成。碩士論文在學(xué)生管理方面,學(xué)生通過瀏覽器進(jìn)行注冊登錄,登陸成功后可瀏覽實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,查看實(shí)驗(yàn)的詳細(xì)資料,預(yù)約實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目及做實(shí)驗(yàn)的時間,在線發(fā)送和接受消息,進(jìn)行問題討論,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)登記,實(shí)驗(yàn)完成后可通過網(wǎng)絡(luò)寫實(shí)驗(yàn)報(bào)告并提交報(bào)告。教師管理方面,可對實(shí)驗(yàn)內(nèi)容添加、修改、整理、刪除,對學(xué)生提交的實(shí)驗(yàn)報(bào)告列表,批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告,填寫評語和成績,提交批改結(jié)果,與學(xué)生進(jìn)行討論。儀器管理方面,對新設(shè)計(jì)開發(fā)的虛擬儀器上傳并進(jìn)行分類整理,以便實(shí)驗(yàn)使用。成績管理方面對學(xué)生的實(shí)驗(yàn)情況(實(shí)驗(yàn)次數(shù)、實(shí)驗(yàn)報(bào)告及完成情況)給出成績,并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及提供查詢等。

(2)儀器展示模塊,對虛擬實(shí)驗(yàn)室可用虛擬元器件、虛擬儀器設(shè)備分門別類地進(jìn)行管理,以圖形的方式直觀呈現(xiàn)出來,供學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時進(jìn)行選擇。

(3)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)模塊,包括實(shí)驗(yàn)介紹、實(shí)驗(yàn)方法、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的重點(diǎn)及難點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)任務(wù)、實(shí)驗(yàn)過程、實(shí)驗(yàn)報(bào)告的要求及實(shí)驗(yàn)應(yīng)注意的事項(xiàng)等。

(4)實(shí)驗(yàn)報(bào)告模塊,主要對學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)后,提供相關(guān)的實(shí)驗(yàn)報(bào)告模板,供學(xué)生下載,由學(xué)生填寫相關(guān)內(nèi)容以及實(shí)驗(yàn)的結(jié)果,完成后上傳電子版實(shí)驗(yàn)報(bào)告,由教師進(jìn)行批閱,并進(jìn)行記載。

(5)實(shí)驗(yàn)答疑模塊,由專業(yè)教師對學(xué)生實(shí)驗(yàn)中出現(xiàn)的疑難問題進(jìn)行及時解答,幫助學(xué)生順利通過實(shí)驗(yàn)。同時了解學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的掌握程度,并及時反饋、調(diào)整教學(xué)。

(6)論壇交流模塊,教師和學(xué)生可以通過論壇進(jìn)行充分的交流,學(xué)生可以將實(shí)驗(yàn)中的收獲、經(jīng)驗(yàn)和體會及問題到論壇上,教師可以將一些典型的問題提出來,供大家探討。學(xué)生在這樣寬松的環(huán)境下發(fā)表自己的見解,教師從中可以得到及時的實(shí)驗(yàn)教學(xué)反饋信息,以便整改7)虛擬實(shí)驗(yàn)?zāi)K,是虛擬實(shí)驗(yàn)室建設(shè)的重要部分。學(xué)生通過該模塊進(jìn)行虛擬實(shí)驗(yàn),醫(yī)學(xué)論文以達(dá)到鞏固強(qiáng)化知識的目的。該模塊內(nèi)容根據(jù)專業(yè)學(xué)習(xí)的具體情況及實(shí)驗(yàn)建設(shè)條件,可不斷增加。計(jì)算機(jī)專業(yè)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)的建設(shè),可以引入其他學(xué)校的虛擬實(shí)驗(yàn)室中。這種方式比較簡單,容易實(shí)現(xiàn),見效較快。但需要投入較多的軟件購置費(fèi)用,同時也需要結(jié)合本校的實(shí)際情況進(jìn)行一些調(diào)整,有一個磨合期。另一種是因地制宜,自主開發(fā)。根據(jù)本校的實(shí)際教學(xué)和實(shí)驗(yàn)情況,結(jié)合學(xué)生的實(shí)際水平,由任課教師或聘請部分專家組成開發(fā)小組,進(jìn)行一系列的虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的開發(fā)研究,并將研究的成果連接到虛擬實(shí)驗(yàn)室中,逐漸擴(kuò)充直至完善。這種方式比較靈活,能充分發(fā)揮教師的積極性,能有針對性地進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā),適合學(xué)生的實(shí)際情況,學(xué)生容易接受,并且經(jīng)費(fèi)投入較少。缺點(diǎn)是開發(fā)周期較長,系統(tǒng)性不夠,水平有限。也可以將上述兩種方式結(jié)合起來,一是引入、購置部分自己不宜開發(fā)的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,二是結(jié)合自身的優(yōu)勢和長處開發(fā)一些實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,如非交互性的、演示性的虛擬實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目等。

二、加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的管理

1.加強(qiáng)用戶管理,為每個學(xué)生分配賬號。對學(xué)生進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)室,使用實(shí)驗(yàn)室做虛擬實(shí)驗(yàn)等進(jìn)行登記保存。鼓勵學(xué)生經(jīng)常訪問虛擬實(shí)驗(yàn)室,在上面提出問題、發(fā)表見解,做好實(shí)驗(yàn),努力提高虛擬實(shí)驗(yàn)室的人氣。

2.全天候開放虛擬實(shí)驗(yàn)室。學(xué)生可以隨時進(jìn)入虛擬實(shí)驗(yàn)實(shí)自己動手組織實(shí)驗(yàn),自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,動手完成實(shí)驗(yàn),整理和總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),職稱論文提交實(shí)驗(yàn)報(bào)告,培養(yǎng)學(xué)生的分析能力和創(chuàng)新能力,逐步向以“學(xué)生為中心”的自主個性發(fā)展模式轉(zhuǎn)變。

3.組織專業(yè)教師網(wǎng)上指導(dǎo)與答疑,參與論壇討論交流,及時批改實(shí)驗(yàn)報(bào)告,為學(xué)生順利完成實(shí)驗(yàn)提供服務(wù)。在虛擬實(shí)驗(yàn)室中,教師應(yīng)對學(xué)生提出的疑問盡快給出幫助和解答,并進(jìn)行必要的指導(dǎo)。在實(shí)驗(yàn)室論壇上發(fā)表觀點(diǎn),提出問題讓學(xué)生思考,使師生在虛擬實(shí)驗(yàn)室中有較強(qiáng)的互動性,教師應(yīng)充當(dāng)好學(xué)生實(shí)驗(yàn)的合作者和知識的建構(gòu)者的角色。

4.對學(xué)生在虛擬實(shí)驗(yàn)室的表現(xiàn)及實(shí)驗(yàn)效果進(jìn)行

評價。針對學(xué)生每一門課程的虛擬實(shí)驗(yàn)完成情況、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、網(wǎng)上提問、論壇發(fā)帖的情況,給學(xué)生一個成績和評價,反饋給學(xué)生,英語論文并與該課程的正常實(shí)物實(shí)驗(yàn)一起記入實(shí)驗(yàn)總分。教師也要在對學(xué)生評價的同時,征求學(xué)生對虛擬實(shí)驗(yàn)室的意見,對學(xué)生反饋的信息進(jìn)行整改。

計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)虛擬實(shí)驗(yàn)室的建立,可以很好地解決目前硬件設(shè)備跟不上實(shí)驗(yàn)的要求、學(xué)生實(shí)驗(yàn)時間不夠用等問題,對于提高學(xué)生的動手能力、分析問題和解決實(shí)際問題的能力具有非常重要的意義。但在具體應(yīng)用中還要注意處理好“虛擬實(shí)驗(yàn)”和“實(shí)物實(shí)驗(yàn)”的關(guān)系,不能一味地強(qiáng)調(diào)虛擬實(shí)驗(yàn),要“虛實(shí)”結(jié)合,既相互補(bǔ)充,又各有側(cè)重,這樣才能取得很好的實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。同時,在虛擬實(shí)驗(yàn)中要注意培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、一絲不茍的科學(xué)實(shí)驗(yàn)作風(fēng)。

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