电磁测量课件第八章

电磁测量课件第八章第一页，共十九页，2022年，8月28日第一节概述

一、虚拟仪器的基本概念

虚拟仪器就是在以计算机为核心的硬件平台上，具有虚拟面板，其功能由用户设计和定义，由测量软件实现的一种计算机测量系统。虚拟仪器的面板是虚拟的，面板上的各种控件（图标）与传统仪器面板上各种“器件”所完成的功能相同。

二、虚拟仪器的构成

由通用仪器硬件平台（简称硬件平台）和软件两大部分构成。第二页，共十九页，2022年，8月28日

1．虚拟仪器的硬件平台

（1）计算机（2）I/O接口设备①PC-DAQ的虚拟仪器②GPIB仪器③VXI总线仪器④PXI总线仪器⑤串行口仪器

2．虚拟仪器软件构成：应用程序和I/O接口仪器驱动程序，实现虚拟面板功能的前面板软件程序和定义测试功能的流程图软件程序。返回本章首页第三页，共十九页，2022年，8月28日三、虚拟仪器的特点

1．虚拟仪器的面板比传统仪器的面板具有灵活性；

2．在通用硬件平台确定后，由软件取代传统仪器中的硬件来完成仪器的功能；

3．仪器功能是根据用户的需要由软件来定义的，而不是事先由厂家定义的；

4．仪器的性能改进和功能的扩展只需更新相关软件的设计，而不需要构买新的仪器；

5．研制周期较传统仪器大为缩短；

6．虚拟仪器开放、灵活，可与计算机同步发展，与网络及其周边设备互联。第四页，共十九页，2022年，8月28日第二节LabVIEW图形编程

一、LabVIEW的基本概念

使用LabVIEW开发平台编制的程序称为虚拟仪器程序，简称为VI。包括三个部分：程序前面板、框图程序和图标/连接器。

1．前面板前面板就是图形化用户界面，用于设置输入数值和观察输出结果，模拟真实仪表的前面板。温度计程序的前面板如图。温度计程序的前面板第五页，共十九页，2022年，8月28日

2．框图程序框图程序用LabVIEW图形编程语言编写，每一个前面板都对应着一段框图程序，可以把它理解成传统程序的源代码，由端口、节点、图框和连线构成。下图是温度计程序的框图程序。温度计程序的框图程序第六页，共十九页，2022年，8月28日在框图程序中，不同的颜色连线代表不同的数据类型，

如蓝色为整型数，橙色为浮点型，绿色为布尔型。

3．图标/连接器图标/连接器是子VI（相当子程序）被其它VI调用的接口。图标是子VI在其他程序框图中被调用的节点表现形式；而连接器则表示节点数据的输入/输出口，就像函数的参数。用户必须指定连接器端口与前面板的控制和显示一一对应。右图是温度计程序的图标/连接器。温度计程序的图标/连器。第七页，共十九页，2022年，8月28日

二、LabVIEW的操作模板

操纵模板共有三类，分别为工具（Tools）模板、控制（Controls）模板和功能（Functions）模板。

1．工具模板

工具模板为编程者提供了各种用于创建、修改和调试VI程序的工具，当从模板内选择了任一种工具后，鼠标箭头就会变成该工具相应的形状。

工具模板第八页，共十九页，2022年，8月28日返回本章首页工具图标包括操作工具、选择工具、标签工具、连线工具、对象弹出菜单工具、漫游工具、断点工具、探针工具、颜色提取工具和颜色工具等十个工具。

2．控制模板用控制模板可以给前面板添加输入控制和输出显示，每个图标代表一个子模板。控制模板包括数值子模板、布尔值子模块、字符串子模板、列表和环子模板、数组和群子模板、图形子模板、路径和参考名子模板、控件容器库子模板、对话框子模板、修饰子模板、自定义的控制和显示子模板，共十二个子模板。控制模板第九页，共十九页，2022年，8月28日

3．功能模板

功能模板是创建框图程序的工具，该模板上的每一个顶

层图标都表示一个子模板。功能模板包括结构子模板、数值运算子模板、布尔逻辑子模板、字符串运算子模板、数组子模板、群子模板、比较子模板、时间和对话框子模板、文件输入/输出子模板、仪器控制子模板、仪器驱动程序库、数据采集子模板、信号处理子模板、数学模型子模块、图形与声音子模块、通讯子模板、应用程序控制子模块、底层接口子模块、文档生成子模板、用户自定义的子VI模板和选择VI子程序等。功能模板第十页，共十九页，2022年，8月28日第三节基于虚拟仪器

的电力系统瞬态过电压测量

一、过电压监测系统的功能（1）显示历史波形；（2）母线相对地过电压幅值及对应时刻；（3）幅值最小相电压与相间过电压幅值之比；（4）过电压幅值与相对地过电压幅值之比；（5）过电压波头长度；（6）过电压最大上升陡度。第十一页，共十九页，2022年，8月28日由于过电压出现的随机性较大，且有明显的统计特性，因此在对单次过电压数据进行分析的同时，需用概率论和数理统计的方法对系统采集的多次样本进行统计分析，并预测过电压的概率分布规律，以便将所得结论用于确定设备及线路的绝缘水平，合理解决绝缘配合问题，使设备绝缘故障率或停电故障率降低到经济上和安全运行上可以接受的水平。统计分析的内容有：（1）直方图和累计频度曲线；（2）相关分析；（3）过电压幅值分布规律的检验；（4）过电压特征值的计算。第十二页，共十九页，2022年，8月28日

二、硬件系统

过电压监测系统的硬件系统主要包括光纤电压传感器、高速数据采集卡和主机，其结构框图如图所示。硬件结构

1．光纤电压传感器为了克服传统电磁式电压互感器暂态响应慢及电容分压器高频信号畸变缺点,选用了由BGO晶体为主要部件的光纤过电压传感器。该传感器在频率响应上有着传统电磁式电压互感器无法比拟的优越性，并且高压部分与低压部分通过光纤隔离，具有很高的绝缘水平。第十三页，共十九页，2022年，8月28日2．高速数据采集卡

本系统采用PCI-9812板进行模拟信号的采集和数字化；PCI-9812是一内置即插即用式数据采集板，它的最高采样频率高达20MHz，可以满足瞬时过电压对采集频率的要求。它有四个模拟输入通道，每个通道的分辨率为12位，可以四路通道同时采集，实现了三相电压和中性点电压的同步采集。

3．主机母线三相电压和中性电压被采集后，直接传输到计算机内存或存入硬盘的文件中，在计算机中利用LabVIEW开发平台，完成过电压的监测、分析和计算。第十四页，共十九页，2022年，8月28日三、软件系统软件系统的结构分为仪器驱动层和应用程序层。应用程序是用户实现虚拟仪器各功能的主要环节。通过应用程序的编制，实现模式选择项、输出显示窗口等人机交互界面，生成并响应系统操作界面，管理和执行测量任务，控制测量的顺序、循环、分支等。具体包括管理子程序、数据采集子程序、数据分析子程序等，总体软件流程如图。软件流程图第十五页，共十九页，2022年，8月28日1．管理子程序程序开始运行后，首先由用户管理程序进行用户名、密码及用户权限的识别与判断。用户权限分为管理员和普通用户两级，普通用户进入系统后只有修改自己密码、运行数据采集及数据分析的权限；管理员用户则在此基础上还拥有添加用户、删除用户及数据采集卡初始化设置等权力。身份验证的前面板

第十六页，共十九页，2022年，8月28日2．数据采集子程序过电压可以按照持续时间的长短分成微秒级、毫秒级和秒级三个级别。雷电过电压属于微秒级，谐振过电压为秒级，而剩下的各类操作过电压为毫秒级。对于不同级别的过电压所需要的传感器带宽，数据采集速度及采集长度是不同的。对于毫秒级的操作过电压，传感器带宽，采样频率和采样长度都很容易满足要求；微秒级的雷电过电压则要求20M或100M以上的带宽和采样频率；监测秒级的谐振过电压则需要很大的采样长度。为了能够监测各种类型的过电压，针对这三种不同的采样要求将采集方式分为自适应数据长度采集方式和定数据长度采集方式。自适应数据长度采集方式适用于对操作过电压和谐振过电压的采集

；定数据长度采集方式适用于对操作过电压及雷电过电压的采集。第十七页，共十九页，2022年，8月28日

3．数据分析子程序数据分析包括单次过电压的数据分析及多次过