淺析織機動態(tài)測試中虛擬儀器技術的應用與開發(fā)

張鵬

【摘 要】一般來說，對于織機動態(tài)性能的測試方法，多是由一起生產(chǎn)廠家定義一起功能的傳統(tǒng)方法，在測試過程中所需一起和設備類型較多，且工作程序比較繁雜，不僅會影響測試精準度，在后續(xù)的數(shù)據(jù)處理方面也會受到一定的影響。為實現(xiàn)對大型織機設備的性能進行動態(tài)、準確的測試，本文將講述一套功能強大的織機機械性能虛擬儀器測試系統(tǒng)，并簡要闡述當前現(xiàn)代紡織機械測試技術的研究現(xiàn)狀，以及虛擬儀器技術在織機動態(tài)測試中得應用。

【關鍵詞】虛擬儀器技術；動態(tài)測試；數(shù)據(jù)采集；分析系統(tǒng)

一、現(xiàn)代紡織機械測試技術研究及發(fā)展現(xiàn)狀

在動態(tài)測試研究分析中所用到的儀器會直接影響其測試分析結果的精準度，如何加強動態(tài)測試分析儀器的功能提升動態(tài)測試分析儀器的精準度一直都是工程技術人員對于動態(tài)測試分析研究的主要方向。傳統(tǒng)的測試分析儀器在功能上比較單一，擴展性差，且與現(xiàn)代化計算機技術、智能技術等聯(lián)系不大，而且其硬件設備價格昂貴。因此，傳統(tǒng)的測試分析以及逐步被虛擬儀器技術所替代，最終成為測試測量行業(yè)領域的主流。虛擬儀器是由美國國家儀器公司（National Instruments NI）最早提出的概念，具有開發(fā)周期短、可擴展、性價比高等優(yōu)點。虛擬儀器由相應的硬件和應用軟件組成，硬件是基礎，軟件是核心。從虛擬儀器在織機動態(tài)測試中實際應用的價值來分析，對于如何利用虛擬儀器技術完成動態(tài)測試分析任務要求的研究對于織機動態(tài)測試技術的發(fā)展有著重要的意義。現(xiàn)階段，國內(nèi)外對于虛擬儀器技術的研究主要集中在以下幾個方向：

（一）外掛式虛擬儀器

PC-DAQ式虛擬儀器是現(xiàn)在比較流行的虛擬儀器系統(tǒng)，但是，由于基于PCI總線的虛擬儀器在插入DAQ時都需要打開機箱等，比較麻煩，而且，主機上的PCI插槽有限，再加上測試信號直接進入計算機，各種現(xiàn)場的被測信號對計算機的安全造成很大的威脅，同時，計算機內(nèi)部的強電磁干擾對被測信號也會造成很大的影響，故以USB接口方式的外掛式虛擬儀器系統(tǒng)將成為今后廉價型虛擬儀器測試系統(tǒng)的主流。

（二）PXI型高精度集成虛擬儀器測試系統(tǒng)

PXI系統(tǒng)高度的可擴展性和良好的兼容性，以及比VXl系統(tǒng)更高的性價比，將使它成為未來大型高精度集成測試系統(tǒng)的主流虛擬儀器平臺。

（三）網(wǎng)絡化虛擬儀器

根據(jù)虛擬儀器的特性，我們能夠方便地將虛擬儀器組成計算機網(wǎng)絡。利用網(wǎng)絡技術將分散在不同地理位置不同功能的測試設備聯(lián)系在一起，使昂貴的硬件設備、軟件在網(wǎng)絡上得以共享，減少了設備重復投資。現(xiàn)在，有關MCN（Measurement and Control Networks）方面的標準正在積極進行，并取得了一定進展。由此可見，網(wǎng)絡化虛擬儀器將具有廣泛的應用前景。

本文所研究的虛擬儀器測試系統(tǒng)是PXI型高精度集成虛擬儀器測試系統(tǒng)，重點分析其工作原理以及軟件部分的操作。

二、虛擬儀器技術的概念及其特點

20世紀中期，虛擬儀器技術由美國國家儀器公司提出。它是一種由計算機硬件、軟件以及總線技術與測試測量技術、儀器儀表技術相融合的產(chǎn)物。虛擬儀器技術的優(yōu)勢具體體現(xiàn)在以下幾個方面：

（一）智能化程度較高，處理速度快，系統(tǒng)可靠性高。

（二）復用性強，系統(tǒng)費用低，測試儀器系統(tǒng)功能更靈活、更高效、更開放、系統(tǒng)費用更低。

（三）通過與計算機網(wǎng)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。可操作性強，品用靈活，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。

三、虛擬儀器組成、工作原理及應用

與傳統(tǒng)儀器的工作原理相似，虛擬儀器同樣會分為數(shù)據(jù)采集與控制、數(shù)據(jù)分析處理、結果表達等三大功能模塊（如圖1所示）。虛擬儀器以透明的方式把計算機資源和儀器硬件的測試能力相結合，實現(xiàn)了儀器的功能運作。

虛擬儀器使用各種圖標或空間虛擬出傳統(tǒng)儀器面板上的各種器件。由各種開關圖標來實現(xiàn)儀器是否接通電源，以各種按鈕圖標來設置被測信號的“放大倍數(shù)”、“通道”等參數(shù)；虛擬儀器測量以及分析的結果會以數(shù)值或者波形的方式顯示在各種顯示控件上，通過鼠標或鍵盤對虛擬的傳統(tǒng)儀器面板進行操作，以對圖形化軟件流程圖的編程來實現(xiàn)各種信號測量和數(shù)據(jù)分析功能。

（一）虛擬儀器的硬件系統(tǒng)

虛擬儀器的硬件部分主要由信號調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集設備和計算機組成。其中信號調(diào)理模塊的功能是對傳感器傳來的信號進行適當?shù)卣{(diào)理以便適應數(shù)據(jù)采集設備的要求，同時還具有抗混疊濾波、為傳感器提供激勵等功能。

（二）虛擬儀器的軟件系統(tǒng)

軟件是虛擬儀器技術的核心，虛擬儀器技術的軟件就是降低測試測量成本，利用計算機資源使得本來由硬件實現(xiàn)的功能軟件化，因此軟件系統(tǒng)在虛擬儀器技術中占據(jù)著至關重要的位置。

（三）虛擬儀器的應用

該測試系統(tǒng)以美國國家儀器公司推出的NI PXI數(shù)據(jù)采集器為核心，以PXI總線為開發(fā)平臺，結合LabVIEW8.5軟件技術，研制成的軟硬件相結合的新一代測試儀器。與以前的測試方法相比，該系統(tǒng)具有速度快、體積小、可靠性高和性能價格比低的特點。測試工作的結果證明，運用PXI總線開發(fā)的織機虛擬儀器測試系統(tǒng)，在對織機性能的動態(tài)測試方面具有非常強大的優(yōu)勢。

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