第六章计算机测试技术-机械工程测试技术

机械工程测试技术——

计算机测试技术(5)第六章内容概述系统组成技术智能仪表虚拟仪器重点信号采样与保持的工作原理数模及模数转换的原理与技术指标常见的A/D通道方式智能仪表的概念与组成虚拟仪器的概念及基本设计方法测试系统设计的一般步骤抗干扰设计方法1、概述

定义以计算机为核心、完成测试任务的技术基于计算机的测试：测量、分析与处理利用计算机的可编程快速处理和大容量数据管理功能适用：测点多、数据量大、监测任务重、分析要求高（在线、远程、诊断、推理）1、概述

组成结构组成硬件信号调理：隔离、放大、滤波数据采集：采集板/卡/器模拟开关、采样保持、AD转换计算机：PC、IPC、CPCI、VXI1、概述

组成

软件采集/监测软件分析软件数据库管理软件

特点成本优势：PC资源功能优势：数据处理量大、快速，分析手段丰富、灵活发展优势：具有通用性和发展前景1、概述

典型框图放大器DC/DC模拟开关FIFO缓存A/D采保通道逻辑定时计数数据缓冲地址逻辑控制、状态逻辑晶振计算机/软件信号调理ch1ch2ch3ch32传感单元数据采集时序控制——硬件采样间隔/频率；通道切换S/H、A/D控制；触发参数设定——软件通道数；采样间隔/频率采样长度N；采集方式数据读取——编程数据采集具有N个采样区间为⊿t的量化过程采集样本：T=N.⊿t⊿t内的量化过程：

启动转换→转换结束→输出数字量A/D转换开始到结束时保持输入信号的电平不变保证转换精度保持电路A/D转换结束后又能跟踪输入信号的变化采样电路2、系统组成技术

基本单元多路开关程控放大采样保持DA转换AD转换2、系统组成技术

放大器DC/DC模拟开关A/D采保ch1ch2ch3ch32••多路开关功能将多路被测信号分别传送到所共用的一路A/D转换器进行转换——以低成本实现多通道参数的采集类型多路开关（多到一）：多路输入到一路AD反多路开关（一到多）：一路DA到多路输出单向多路开关：输入输出，如地址总线双向多路开关：输入输出，如数据总线2、系统组成技术

放大器DC/DC模拟开关A/D采保ch1ch2ch3ch32••多路开关基本电路：多对一

2、系统组成技术

放大器DC/DC模拟开关A/D采保ch1ch2ch3ch32••多路开关基本电路：一对多

2、系统组成技术

放大器DC/DC模拟开关A/D采保ch1ch2ch3ch32••多路开关基本电路

2、系统组成技术

放大器DC/DC模拟开关A/D采保ch1ch2ch3ch32••多路开关指标

导通与断开电阻

接通电阻为零（实际<100）

断开电阻无穷大（实际>109

）切换速度：一般1us~1ns隔离：各通过之间的串扰，80db实例集成电路模拟开关：结构紧凑、内部有译码器、使用方面、转换速度快、寿命长等干簧继电器：结构简单、闭合接触电阻小而断开时阻抗高、不受环境温度影响等2、系统组成技术

放大器DC/DC模拟开关A/D采保ch1ch2ch3ch32••采样保持功能：对被测信号的实时跟踪、精确取值采集过程的两个基本状态：采集前的信号跟踪采集时刻的信号冻结——对固定信号进行量化2、系统组成技术

放大器DC/DC模拟开关A/D采保ch1ch2ch3ch32••采样保持功能

2、系统组成技术

放大器DC/DC模拟开关A/D采保ch1ch2ch3ch32••采样保持指标：捕捉时间TACS输入值

，取决于CH孔径时间TAPH开关断开——断开速度保持建立时间THS

开关断开稳定衰减率

H内VC的下降速率，漏电，负载2、系统组成技术

SH数—模换技术D/A转换器（简称DAC）将数字信号转换为电压或电流信号用途：数字控制数字合成模拟信号逐次逼近式ADC中的反馈环节（逐次比较、逼近）

2、系统组成技术

数—模换技术D/A转换器（简称DAC）表达式输入的数字量：a1

－最高有效位MSB，取值0、1an

－最低有效位LSB，取值0、1n－D/A转换器有效输入数字量的位数参考电压：UR输出的模拟电压：2、系统组成技术

11111111bLSBMSB量化单位q数—模换技术D/A转换器——DAC解码网络2、系统组成技术

…T型解码网络数—模换技术D/A转换器（简称DAC）性能参数

分辨率：输入量单位数码（一个LSB）变化时，对应的模拟输出量的变化量，也用数模转换器的位数表示（最高位符号）标称满量程NFS：数字量2n－1对应的模拟输出量

±5V、±10V精度：主要是分辨率，零点、增益误差，非线性度和噪声响应时间：输出量稳定到相应数值范围所用的时间2、系统组成技术

数—模换技术A/D转换器（简称ADC）定义：将模拟量转换为一定码制的数字量的器件或装置分类：跟踪比较、逐次比较、并行比较、双积分2、系统组成技术

放大器DC/DC模拟开关A/D采保ch1ch2ch3ch32••极性判断误差控制数—模换技术并行比较8个电压等级：只用7级7个比较器：输出I1～I73位编码数字量输出2、系统组成技术

数—模换技术A/D转换器（简称ADC）性能参数AD位数：二进制或BCD码的位数，如12位、16位分辨力:最低有效位数LSB，也称量化阶

如：12位A/D转换器、量程±5V，则分辨率为：

量化误差：最大为±1/2LSB，分布为均匀分布转换时间：完成一次A/D转换的时间，倒数为转换速度/通过率2、系统组成技术

放大器DC/DC模拟开关A/D采保ch1ch2ch3ch32••数—模换技术A/D转换器（简称ADC）示例铁康铜热电偶进行温度测量，在0-450℃的温度范围内输出的电压值是0-25mV，若要求设计的测量装置达到0.1℃的测温分辨率，如何选A/D转换器？分析

0-450℃的温度范围对应测量范围0-25mV，即M=25mV

最小分辨率：分辨0.1℃，对应电压为q＝5.5μV解题

M=25000μV、q＝5.5μV，

所以，A/D转换器的位数应该大于13位16位

q＝0.76V2、系统组成技术

放大器DC/DC模拟开关A/D采保ch1ch2ch3ch32••数—模换技术A/D转换器（简称ADC）选择原则AD位数位数：12位、16位、24位精度：成本转换时间实际采样间隔：采样定理、采集方式成本2、系统组成技术

放大器DC/DC模拟开关A/D采保ch1ch2ch3ch32••A/D通道方案确定考虑问题：多个模拟信号性质：快变、慢变；静态、动态采集效率成本不同的采集要求分别采集：信号之间没有严格关系并行采集2、系统组成技术

放大器DC/DC模拟开关A/D采保ch1ch2ch3ch32••A/D通道方案确定无采保的A/D通道应用：直流/低频信号输入信号的最大变化率：

⊿t一定，允许输入信号变化速率的上限也就确定变化大信号的则要求⊿t小；直流信号则要求⊿t大2、系统组成技术

放大器DC/DC模拟开关A/Dch1ch2ch3ch32••示例：M＝10V、n＝12、⊿t＝0.1s变化率小于0.05V/s的输入信号，采集前可不用加采保ΔtA/D通道方案确定带采保的A/D通道应用：不考虑相位，各种信号输入信号的最大变化率：（取决于保持时间）采保＋A/DADC2、系统组成技术

放大器模拟开关FIFO缓存A/D采保ch1ch2ch3ch32••ADCA/D通道方案确定带采保的A/D通道——多通道巡回采集ADC采样间隔——一次转换

最高采样频率——硬件能力每路信号的采样间隔每个通道的采样频率2、系统组成技术

放大器模拟开关FIFO缓存A/D采保ch1ch2ch3ch32••ADC模拟开关、放大器的时间如何考虑？在前一个通道的信号处于保持阶段，就可以考虑通道的切换A/D通道方案确定带采保的A/D通道——多通道巡回采集二者关系

等速采集、巡回切换n通道2、系统组成技术

放大器模拟开关FIFO缓存A/D采保ch1ch2ch3ch32••ADC采样间隔⊿tCHA/D通道方案确定带采保的A/D通道——多通道巡回采集二者关系如果在⊿t/n时间内ADC可完成一次采集，则在⊿t内可巡回采集n个通道，而且保证均每一通道有相同的采样频率fs=1/⊿tADC采样间隔：⊿t/n；ADC采样频率n/⊿t每一通道/信号采样间隔：⊿t；信号采样频率1/⊿t2、系统组成技术

问题：10个通道输入，每个通道采样间隔为100微秒，做等间隔巡回采集，则要求ADC的采样间隔为多少？A/D通道方案确定带同时采保的A/D通道——伪并行采集二者关系每个⊿t中，所有通道的信号电平先同时采样保持，再巡回采集，从而保证所有通道严格同时刻采集。ADC(最小)采样间隔：⊿t/n；ADC采样频率n/⊿t每一通道（信号）采样间隔：⊿t；信号采样频率1/⊿t

2、系统组成技术

ADCch1ch2ch3ch32••放大器模拟开关FIFO缓存A/D采保采样保持••A/D通道方案确定多通道巡回采集中通道的分布通道分布编号：ch1、ch2、ch3、ch4、……、ch32①频率范围相同的模拟信号分配到相邻的一段A/D通道上如ch1~~ch10或ch12~~ch17②不同类型段的A/D通道分开采集——不同的采样频率

2、系统组成技术

放大器模拟开关FIFO缓存A/D采保ch1ch2ch3ch32••ADCch1ch2ch3ch32••模拟开关采样保持••振动慢变加速度A/D通道方案确定多通道并行A/D通道——并行采集多块低速的ADC芯片、严格同步采集独立的通道，各通道间具有较好的隔离度性价比较高

ADC采样间隔就是信号采样间隔2、系统组成技术

应用：高速实时系统高频信号采集数据采集硬件（采集卡/器）指标A/D位数（也可表示分辨率）:位数越多，量化误差越小，分辨力越高。常用有8位、10位、12位、16位等最高采样频率：够重复进行数据转换的最高速度，即每秒完成信号转换的最高次数，对应的为A/DC最小采样间隔。一般可编程控制。如最高采样频率333KHz，则A/DC最小采样间隔为3μs，可在3μs-500ms之间可控量程（输入范围）：A/D转换器所能转换模拟信号的电压范围。一般有±5V、±10V精度:反映输出数码的实际模拟输入电压与理想模拟输入电压之差，定义满量程下包含增益误差、偏移误差、非线性误差，量化误差等在内的相对精度。如小于0.05％2、系统组成技术

数据采集硬件（采集卡/器）指标模入通道：能巡回或并行进行采集的输入通道数。对于巡回采集：8、16、32；对于并行采集：2、4、8输入阻抗:反映隔离信号源的能力。一般大于100MΩ程控增益：1、2、4、8、16倍等（选项）任意设定采样通道数,可通道自动扫描采集先进先出(FIFO)缓存,可自动数据块采集触发方式:定时器触发,可外启动采集采集方式:查询、中断、DMA2、系统组成技术

数据采集硬件（采集卡/器）产品——PC/PCI总线数据采集板2、系统组成技术

NIPCI-622116-Bit,250kS/s,16AnalogInputsTwo16-bitanalogoutputs(833kS/s)24digitalI/O、32-bitcounters、digitaltriggering

数据采集硬件（采集卡/器）产品——PC/PCMCIA总线数据采集板2、系统组成技术

NIPCMCIA-51022-channelssimultaneouslysampled20MS/sreal-timesampling15MHzbandwidth±50mVto±5Vinputrange数据采集硬件（采集卡/器）产品USB总线数据采集模块——NIUSB-92152、系统组成技术

高速串行总线：USB2.0有三种速度低速（1.5Mb/s）全速（12Mb/s）高速（480Mb/s）只要有USB口，即插即用，可在不改变I/O资源或重新启机下使用总线供电采样速率可达500kHz/s数据采集硬件（采集卡/器）产品——cPCI总线数据采集2、系统组成技术

NIPXI-44728路同步采样模拟输入通道24位精度120dB动态范围102.4kS/s最高采样速度45kHz无混叠带宽模拟与数字触发定义含有微计算机或微处理器的测量仪器精度、速度、测试能力和工作效率3、智能仪器数字式测温计数字式超声波探伤仪数据采集和振动分析模拟式万用表基本特征测量过程软件控制测量过程量程切换极性判别调零放大过载保护结果输出状态检测实现硬件实现：结构、体积、成本软件实现：流程控制转换、逻辑、驱动智能、灵活3、智能仪器模拟式万用表

数字式测温计基本特征数据处理能力强——处理器的存储、运算能力测量精度传统仪器手工事后数据处理、方法有限主观因素影响成分大智能仪器软件实现算法——标准偏差、曲线拟合在线修正——自动补偿结果直接存储处理数据的存储、回放数据再处理——深加工、多用途3、智能仪器数据采集和振动分析基本特征多功能化一机多用同类量的各种参数的测量电力分析仪：多相电压、电流、功率、功率因数振动分析仪：加速度、速度、位移参数的系列化处理参数的关键指标：均值、有效值、峰值、谷值参数的过程处理定时测量、设限报警、自动打印预定制功能：选择功能模块3、智能仪器

多相功率分析仪3、智能仪器特点微处理器化——核心与关键总线结构和标准化接口

总线结构：内部的模块协调、控制、数据通道

标准化接口：对外交流体积小、操作简捷、方便（硬件软件化）

滤波器、FFT、变换、运算模块式、积木式发展

组合：形成不同规模、不同功能的测量系统类型微机内置式——以CPU为核心工业监控、科学试验、家用电器3、智能仪器类型微机扩展式——以PC机为核心PC机资源监测诊断3、智能仪器VI软件子系统

数据采集卡

信号处理板信号处理板信号处理板信号处理板PC计算机DAS子系统

数据采集卡

数据采集卡

3、智能仪器基本组成：微机＋输入通道信号调理电路采样保持电路A/D转换电路输出通道V/I转换电路开关量输出电路D/A转换电路人机界面输入键盘输出显示3、智能仪器基本组成输入通道信号调理电路隔离振动/位移处理驱动振动/位移0~-20V电压±5V隔离滤波、放大驱动电压±5V电流4~20mA电压±5V隔离变换、整形驱动转速脉冲电压±5V信号调理模块：分类处理3、智能仪器基本组成输出通道VI转换电路电流信号衰减小，抗干扰性强，远距离传输常规工业仪表是以电流方式配接信号调理及模数转换通常是针对电压信号I－V转换：标准电阻V－I转换：负载共电源、负载共地3、智能仪器基本组成输出通道V－I转换电路：负载共电源方式输出量为电流，与输入电压成正比输出电流和负载电阻无关采样电流的电阻基本不受限制正电源：Vcc>（Rf＋RL）IomaxA+-+VccRL负载电阻RfIfVfViI0取样电阻Io3、智能仪器基本组成输出通道V－I转换电路：负载共地方式输出电流和负载电阻无关A+-+VccRfViI0R2R2RRL负载电阻R1R1电阻选配:R1,R2>>Rf正电源：Vcc>（Rf＋RL）IomaxIi3、智能仪器基本组成输出通道开关量输出电路对只有两种状态的执行机构或器件进行控制隔离和驱动：提高抗干扰性隔离——光电耦合器、继电器驱动——TTL电路、OC门DB存储器CPU地址译码隔离驱动AB3、智能仪器基本组成人机界面输入键盘：人机1)非编码键盘/行列式键盘键盘形式：4X4、3X8、2X8阵列按键定位：需要确定被按下键所处的行和列定义类型：实际功能适合于按键输入多的情况编程复杂：分别加电，判断按键分别加电测试按键3、智能仪器基本组成人机界面输入键盘2)编码式键盘/独立式键盘按下的键对应固定编码00000——S100001——S200010——S300011——S4edcba根据编码直接确定被按键执行对应的功能勿需知道所按键的具体位置适合于按键输入不多的情况c2Kabed+24VS1S2S3S43、智能仪器基本组成人机界面输出显示：机人，测量（过程、结果）可视化模拟式显示记录仪：指针式显示终端（大型显示设备）：CRT——显示图形和字符3、智能仪器基本组成人机界面输出显示：机人，测量（过程、结果）可视化数字式发光二极管（LED）：工作电压低、响应速度快、寿命长、工作稳定、可靠性高、体积小、重量轻液晶显示器（LCD）：功耗低、可直接与微处理器相连、简单、可靠其它：荧光、辉光、等离子数码管3、智能仪器功能模块——体现智能化的功能模块，支持仪器稳定、可靠、高精度测量量程自动切换——基本功能衰减器K1控制切换前置衰减K3控制切换放大器输出衰减放大器K2控制放大器倍数接口及开关驱动编码：测量值和量程分档比较

控制驱动K3、智能仪器功能模块——体现智能化的功能模块，支持仪器稳定、可靠、高精度测量非线性校正——解决电路的非线性问题传统仪器——校正电路输入信号特性补偿电路特性输出信号特性智能仪器：

a、插值法

分段插值，多个灵敏度S3、智能仪器功能模块——体现智能化的功能模块，支持仪器稳定、可靠、高精度测量非线性校正——解决电路的非线性问题

b、查表法特性曲线数值化根据测量来查输入值

c、曲线拟合：最小二乘法

可获得较高校正精度数表3、智能仪器功能模块——体现智能化的功能模块，支持仪器稳定、可靠、高精度测量零位误差与增益误差校正自校零

输入短路，测量零位值自校准

输入接入基准电压，建立误差校准模型Vx放大电路A/D转换主机电路Vc短路输入电压基准电压3、智能仪器功能模块——体现智能化的功能模块，支持仪器稳定、可靠、高精度测量温度误差的补偿硬件补偿：线路复杂，成本高软件补偿：灵活多变增加温度元件，测温温度误差模型：理论/实验获取校正方程和校正值发展4、虚拟仪器

第一代：模拟仪器第二代：数字化仪器第三代：智能仪器第四代：虚拟仪器数字电路微处理器计算机概念测试领域面临的主要挑战：

——成本增加、使用复杂产品功能剧增，测试仪器不断扩增不同阶段使用不同精度、不同功能的模拟仪器项目、产品转向，造成投资浪费仪器互联和综合处理日益复杂——接口开发4、虚拟仪器

概念解决办法：开放、标准硬件的标准化——资源共享软件的模块化——避免重复开发系统的开放化——仪器间的资源共享编程平台的图形化硬件模块的即插即用化4、虚拟仪器

VXI机箱数据采集板FullyProgrammableSystemGUIIEEE488RackStackSystemAnalogInstrumentationVirtualInstrumentation概念

4、虚拟仪器

传统仪器厂商定义功能虚拟仪器用户定义功能ControlPanelFlowPressureAlarmConditionsSTOPTemperature概念传统仪器

厂商定义仪器功能关键是硬件开发与维护开销高技术更新周期长（5～10年）价格昂贵封闭、固定功能单一、互联有限独立设备4、虚拟仪器

概念虚拟仪器：VirtualInstrumentation

在开放架构基础上创建用户定义的测试系统

用户定义功能关键是软件——软件即仪器开发与维护费用低（软件）技术更新周期短（1～2年）价格低、可复用与可重配置性强开放、灵活，可与计算机技术保持同步发展与网络及其它周边设备方便互联面向应用的仪器系统4、虚拟仪器

概念

“虚拟”含义虚拟的仪器面板由软件实现仪器的测量功能（软件就是仪器）4、虚拟仪器

以软件代替硬件、以图形代替代码、以组态代替编程、以虚拟代替固定。概念4、虚拟仪器

传统仪器虚拟仪器仪器定义厂家用户功能设定功能特定，与其它设备连接受到限制。面向应用的系统结构，可方便地与网络设备、外设和其它设备连接。关键环节硬件软件开放性封闭式系统，功能固定，不能改变。基于计算机技术的开放式系统，灵活的软件功能模块。性能价格比低高，可重复使用。技术更新速度慢（周期5~10年）快（周期1~2年）开发维护开发维护费用高软件结构，节省费用组成4、虚拟仪器

硬件（电子线路）硬件（电子线路）硬件（显示器与旋钮）硬件（电子线路）计算机软件（算法）

计算机硬件（显示器与虚拟旋钮）传统仪器虚拟仪器计算机系统资源结果表达与仪器控制数据采集信号处理功能组成4、虚拟仪器

仪器硬件：仅仅是为了解决信号的输入输出

标准：协调各个模块测试工作，如GBIP、VXI

模块化的I/O硬件数据采集信号条理声音和振动测量运动控制分布式I/O4、虚拟仪器

仪器硬件：

DAQ（DataAcquisition）——数据采集板定时与控制能力：无有大量支持板卡直接利用标准的计算机总线、接口，没有仪器所需的总线性能4、虚拟仪器

仪器硬件：

SCXI——信号调理板、提高测试系统的质量

SignalConditioningeXtensionsforInstrumentation放大——小信号、热电偶（µv），提高系统信噪比滤波——动态信号，消除噪声、抗混叠——模拟/数字滤波器隔离——避免接地不当（造成测量不准、损坏DAQ板卡及VI统）光隔离（optical）磁隔离（magnetic）电容隔离（capacitive）差分输入、单点接地、专用隔离器件4、虚拟仪器

信号调理栈便携、低成本多路调理:20适合各种类型信号每路调理可选输出可直接连DAQ仪器硬件：

GPIB（GeneralPurposeInterfaceBus）

——通用接口总线（IEEE488仪器控制标准）——多台协调工作一种用于实验室、工业的数据采集和控制的标准总线8位的并行协议、传输率低于1Mbytes/s标准电缆最多控制14台仪器有大量支持其标准的仪器通过计算机，对传统仪器功能的扩展和延伸

4、虚拟仪器

GPIB电缆仪器硬件：

VXI（VMEbus

eXtensionaforInstrumentation

）计算机控制的模块化自动仪器系统VME——VersatileBach－planeBus、万用背板总线

(可靠性极高，散热性能好，易于安装和移动)8、16、32位（可扩至64位）吞吐率：40MB/s（VME80MB/s）8TTL触发线、8ECL逻辑信号即插即用有大量支持其标准的产品——政府、军事、研究第一次构建尚需较大的投资强度4、虚拟仪器

仪器硬件：

VXI（VMEbus

eXtensionaforInstrumentation

）

4、虚拟仪器

主机箱背板总线VME总线时钟和同步总线模块识别总线触发总线局部总线机械规范Eurocard主动冷却嵌入模块0槽控制器A/D模块D/A模块I/O模块….仪器硬件：

CPCI（CompactPCI）——紧凑型PCI

以PCI电气规范为标准的高性能工业用总线PCI标准的经济有效和灵活性已经取代VME以及STD工业标准采用Eurocard封装电源和信号引线支持热插拔规范（VMEbus

eXtensionaforInstrumentation

）

4、虚拟仪器

仪器硬件：

CPCI4、虚拟仪器

PCI总线欧洲卡封装优良的IEC连接器CompactPCI仪器硬件：

PXI（PCIeXtensionsforInstrumentation）

4、虚拟仪器

CompactPCI仪器硬件：

PXI（PCIeXtensionsforInstrumentation）

4、虚拟仪器

主机箱接口连接器:2组32-bitPCI64-bitPXI特性机械规范主动冷却嵌入模块系统槽模块A/D模块D/A模块I/O模块….总线上增加信号（PXI特性）参考时钟——模块同步触发总线8根（TTL）——事件、星形触发线——触发精确控制局部总线13根——高速TTL或0～24V模拟信号的相邻模块内部传递仪器硬件：

LXI（LANeXtensionforInstrumentation）网络变迁：以太网接口：一方面在不断发展，

10/100/1000

，另一方面是100%向后兼容

4、虚拟仪器

仪器硬件：

LXI（LANeXtensionforInstrumentation）通过网络，实现测量模块的协调工作网络接口的价值：用户已认可，互联和共享定时同步：IEEE1588引入LAN，纳秒级定时能力LXI仪器等级等级C：具有通过LAN的编程控制能力，可以与其他厂家的仪器很好地协同工作等级B：拥有等级C的一切能力，并且加上了IEEE1588网络实时同步标准等级A：拥有等级B的一切能力，同时具备硬件触发能力4、虚拟仪器

仪器硬件：

LXI（LANeXtensionforInstrumentation）宽度为482.6mm（19英寸）的标准机箱高度分1U、2U、3U和4U（单位U＝44.45mm）LXI器件的最小单元是1U半宽度机箱4、虚拟仪器

前面板

输入信号连接器后面板

LAN接口、电源及开关、触发仪器硬件：

RS－232C（全称EIA-RS-232C）带RS－232串口的仪器越来越少，主要是RS－232速度低、传输距离短高速、可长距离传输的串口RS－422/RS－485最大传输距离为1219米，最大传输速率为10Mbits/s。一般100米长的双绞线上所能获得的最大传输速率仅为1Mbits/s。支持点对多的双向通信

4、虚拟仪器

串口仪器硬件：通用计算机各种PC机、便携机运算/处理能力显示/表现能力存贮能力促进VI发展的动力4、虚拟仪器

软件系统：软件就是仪器ThesoftwareistheInstrument

就是利用计算机的硬/软件资源，使本来需要硬件实现的技术软件化（虚拟化），以便最大限度地降低系统成本，增强系统的功能与灵活性。虚拟仪器的软件框架从低层到顶层，包括三部分：VISA库：VI软件体系结构、计算机与仪器之间的软件层连接标准的I/O函数库及其相关规范仪器驱动程序：特定仪器控制与通信的软件程序集应用软件：直接面对用户，提供直观友好数据分析与处理功能4、虚拟仪器

4、虚拟仪器

仪器硬件Windows硬件抽象层HAL

DAQ接口模块数据传输可视化信号分析数据采集应用程序DLL库VISA库仪器驱动程序虚拟仪器软件结构LabVIEWLabWindows/CVIComponentWorksVisualBasicC/C++...软件系统构造、应用VI的关键——软件就是仪器集成开发环境——可视化、图形化、零编程高水平的仪器硬件接口——淡化内含、方便使用用户接口——控件、模板库、函数库、…软件平台：LabVIEW、Matlab、DASYLab、

…4、虚拟仪器

软件系统LabView——图形化编程语言特点图形化的仪器编程环境使用图形语言（即各种图标、图形符号、连线等）编程，界面非常直观形象

大量的仪器面板控件

——表现力4、虚拟仪器

软件系统LabView特点图形化的仪器编程环境

大量的分析、处理和接口功能控件4、虚拟仪器

软件系统LabView特点图形化的仪器编程环境

数据流的可视4、虚拟仪器

整形数兰色浮点数橙色逻辑量绿色字符串粉色文件路径青色软件系统LabView特点图形化的仪器编程环境

4、虚拟仪器

VI编程三部分a、前面板——模拟真实仪器的前面板b、框图程序——对前面板上的控件对象进行控制c、图标/接线端口——VI程序封装成控件/模块软件系统LabView特点程序调试手段灵活、多样框图程序数据流上设置探针框图程序节点上设置断点、单步执行框图程序可高亮运行——整个框图程序分解运行4、虚拟仪器

软件系统LabView特点内置程序编译器程序采用编译方式运行32位应用程序运行速度和编译C的速度相当，避免了一般图形化编程平台（按解释方式工作）运行速度慢的问题。4、虚拟仪器

软件系统LabView特点功能强大的函数库仪器驱动程序库（含600多个）基本函数库

——数学函数、数据运算、文件I/O高级分析库，可增强程序的处理能力。

——信号处理、加窗、滤波、拟合、线性代数、矩阵运算、概率与统计、控制工具箱等4、虚拟仪器

高级分析库调试模块引擎编辑模块运行模块图形化元素库仪器接口模块仪器驱动程序库基本函数库软件系统LabView特点支持多种系统平台WindowsNT/95/2000/XP实时Unix系统平台LabView应用程序的直接移植开放式的开发平台提供调用其它软件平台编译的模块的接口：DLL库接口CIN接口——调用C语言程序的通用方法提供对OLE的支持4、虚拟仪器

软件系统LabView特点网络功能支持TCP/IP、动态数据交换（DDE）、IAC等DataSocket——封装的TCP/IP通讯协议在不同网络节点间进行数据或信息的传输、共享远程测试测试发布4、虚拟仪器

DataSocketEthernet本地测试节点远程节点LabView

开发举例仪器计量方面：普通仪器示波器、逻辑分析仪、频谱仪、信号发生器专用测量方面：专用探头＋软件＝专用的测量系统机械设备状态、汽车发动机参数、汽油标号、炉窑温度、血液脉搏波、心电参数等多种检测和监测自动控制和工业控制领域：卓越计算能力＋巨大数据吞吐能力温控系统、在线监测系统、电力仪表系统、流程控制系统4、虚拟仪器

LabView

开发举例示波器4、虚拟仪器

双通道示波器触发：内和外时基控制幅值控制LabView

开发举例4、虚拟仪器

LabView

开发举例振动分析4、虚拟仪器

振动分析采集时域分析频域分析LabView

开发举例混合过程控制4、虚拟仪器

温度测量加热控制开发举例采集监测4、虚拟仪器

开发举例数据分析4、虚拟仪器

基本原则测量装置选用满足关键指标、合理的带宽、接口标准误差分配综合误差最小或合成不确定度最小直接测量量的测量精度适中，降低难度传感器选用

优先考虑功能、然后再是指标其它5、测试系统设计步骤目的任务：参数监测/检测/监控；参数计算（功率测量、传递函数）；物理参数的确定；信息量的确定环境：高压、高温、高冲击；工作介质(水、油、空气或蒸气)；被测表面(材质、偏差)功能在线测量/离线测量/数据存储/数据发布/数据传输周期快速构建：现有测试模块和测试单元长远规划：精心选择、科学组建5、测试系统设计步骤成本简易：传感器＋电压表；传感器＋A/D板＋计算机适中：传感器＋信号处理＋信号测量先进：传感器＋信号处理＋测量、分析、传输指标非线性度、精度、量程、分辨率；稳定性、温漂、零漂频响被测参数振动、位移、温度、转速、压力、扭矩5、测试系统设计步骤选择传感器指标：灵敏度、线性范围、精确度、响应特性、测量方式工程考虑传感器种类越少越好合并：位移＋振动类型优化：一种传感器多种测量(涡流传感器：位移、振动、转速)输出标准：减少信号处理难度

电流4~20mA、电压±5V;数字通讯（TCP/IP）5、测试系统设计步骤测试部位对被测量的影响对传感器的影响

测试方法：基于计算机的测试、传统测试、简单测试测试系统性能指标成本人机交互界面5、测试系统设计切角面3x探头直径圆柱面3x探头直径传感器抗干扰干扰源外部干扰——环境电磁场、振动、温度、湿度等内部干扰——电路元器件干扰信号回路干扰负载回路干扰电源干扰数字电路干扰5、测试系统设计抗干扰干扰传播路径静电感应：导体之间通过分布电容耦合到的有效输入成分。电磁感应：变化的电流通过互感作用在另一回路中引起的感应电动势。公共阻抗：阻抗不等的两个电路与另一公共阻抗串联产生的干扰。辐射电磁干扰：周围强烈的电磁场产生的感应电动势造成的干扰。漏电流干扰：电器元件绝缘不良或功率器件间距不够产生的漏电现象。5、测试系统设计抗干扰接地技术