9动态测试技术_虚拟仪器

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2016/11/23,机械结构力学及控制国家重点实验室,#,动态测试技术,南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室,吴义鹏,y,虚拟仪器,机械结构力学及控制国家重点实验室,2,本章主要内容,虚拟仪器概述,LabVIEW,简介,机械结构力学及控制国家重点实验室,3,动态测试技术：虚拟仪器,9.1,虚拟,仪器概述,仪器是信息获取的手段、是认识世界的工具，是一个系统或装置。,最基本的作用：是,延伸扩展补充或代替人,的听觉、视觉、触觉等器官的功能。,仪器的定位和作用,机械结构力学及控制国家重点实验室,4,动态测试技术,：虚拟仪器,VXI Chassis,DAQ Boards,with RTSI,Fully Programmable System,GUI,IEEE 488 Rack and Stack System,Analog Instrumentation,Virtual Instrumentation,仪器的发展历史,9.1,虚拟,仪器概述,机械结构力学及控制国家重点实验室,5,动态测试技术,：虚拟仪器,第三代为,智能仪器,，将单片或多片的微处理器与传统仪器有机地结合在一起形成的单机，其形态是仪器。,智能仪器是计算机技术与测量仪器相结合的产物，是含有微计算机或微处理器的测量,(,或检测,),仪器,，它拥有对数据的存储、运算、逻辑判断及自动化操作等功能，具有一定智能的作用,(,表现为智能的延伸或加强等,),。,9.1,虚拟,仪器概述,机械结构力学及控制国家重点实验室,6,动态测试技术,：虚拟仪器,传统仪器满足不了测试需求,仪器越来越复杂，各种测试仪器，其组成都可以分为,数据采集与控制,、,数据的分析与处理,、,结果的输出与显示,三大功能，且都是以硬件形式存在，仪器硬件存在冗余，使用率低，开发、维护的费用高，技术更新周期长,传统仪器都是独立使用、手工操作、任务单一，实时性差，现代测控可能要求多点，多物理量的实时采集控制和记录分析。,振动仪,硬度仪,测厚仪,9.1,虚拟,仪器概述,机械结构力学及控制国家重点实验室,7,动态测试技术,：虚拟仪器,计算机技术的进步为新型仪器提供了基础,电子技术和计算机技术的进步改变了传统的设计思想，许多过去由硬件实现的功能可以由软件实现；,专业化的设计软件为高效、易用的仪器软件开发提供了工具,9.1,虚拟,仪器概述,机械结构力学及控制国家重点实验室,8,动态测试技术,：虚拟仪器,虚拟仪器是技术发展的结果,计算机技术、软件技术、总线技术、网络技术、微电子技术的发展，及其在电子测量技术与仪器领域中的应用，使新测试理论、测试方法、测试技术不断出现，仪器与系统的结构不断推陈出新，电子测量仪器及自动测试系统的结构也发生了质的变化，功能与性能得到不断提高。,计算机（,PC,机）处于核心地位，,计算机软件技术和仪器与测试系统更紧密结合,成了一个有机整体。,在上述的背景下，提出了全新概念的仪器,虚拟仪器。,1986,年，美国国家仪器公司（,NI,National Instrument,）提出了虚拟仪器（,Virtual Instrumentation,）的概念。,9.1,虚拟,仪器概述,机械结构力学及控制国家重点实验室,9,动态测试技术,：虚拟仪器,虚拟仪器的定义,虚拟仪器是在通用计算机（如,PC,机、,Mac,或工作站）中加上,硬件（,通用的测量功能硬件,）和软件（,LabVIEW,、驱动）,，并使用计算机屏幕提供仪器虚拟界面的,可重用,测量仪器。,9.1,虚拟,仪器概述,机械结构力学及控制国家重点实验室,10,动态测试技术,：虚拟仪器,从虚拟仪器的组成结构上来看：,（,1,）虚拟仪器的硬件是通用的（,包括通用计算机硬件平台和通用的测量功能硬件,）；,（,2,）良好的人机界面。虚拟仪器的面板（或称软面板）是虚拟的,（通过“控件”虚拟出面板）,；,（,3,）功能强。虚拟仪器的功能是由用户软件定义的,9.1,虚拟,仪器概述,机械结构力学及控制国家重点实验室,11,动态测试技术,：虚拟仪器,虚拟仪器使用通用计算机的资源,标准,I/O,硬件（如串行口，,PCI/ISA,扩展槽或其它硬件标准）,用户界面，特别是图形用户界面（,GUI,）,通用软件执行平台，如操作系统和各种动态连接库,和其它计算机和设备连网，用于分布式测控,互联网，为用户提供远程测量和监控功能,9.1,虚拟,仪器概述,机械结构力学及控制国家重点实验室,12,动态测试技术,：虚拟仪器,比较内容,虚拟仪器,传统仪器,系统构成,软件和通用硬件。软件是关键,专用硬件系统,开发周期,开发时间短、技术要求低、系统通用性强,开发时间长、技术要求高、系统功能较专一,开发费用,软件使得开发和维护费用降至最低,开发与维修开销高,技术更新周期,短（,12,年）,长（,510,年）,价格,价格低、可复用与可重配置性强,价格昂贵,功能可塑性,用户定义仪器功能，柔性,厂商定义仪器功能，刚性,系统开放性,开放、灵活，与计算机技术同步发展,封闭、固定,构成复杂系统能力,易与网络及其他周边设备互连,功能单一的独立设备,人机交互,无限的显示选项、界面友好,有限的显示选项,9.1,虚拟,仪器概述,2024/10/3,13,传统仪器,虚拟仪器,待测模拟信号,信号处理,前置预处理,数据显示,信号输入,硬件电子系统,A/D,转换,数字信号处理,数据显示,信号产生,信号输出,手动,/,模拟信号控制,待测模拟信号,输出模拟信号,D/A,转换,计算机数字信号控制,数字信号产生,输出模拟信号,Classical Instrument,Virtual Instrument(VI),计算机,DAQ,卡,利用,计算机强大、高效的数字信号处理和控制能力，配合高速高精度,A/D,、,D/A,转换卡，实现与传统专用仪器相同乃至更强的功能，组成虚拟仪器,前置预处理,对比,机械结构力学及控制国家重点实验室,14,动态测试技术,：虚拟仪器,虚拟仪器的系统构成,硬件和软件两大部分构成。,硬件是基础，软件是核心。,虚拟仪器的内部功能，可划分为信号采集与控制、数据分析与处理、结果表示与输出三大功能模块,采集 分析,显示,9.1,虚拟,仪器概述,2024/10/3,15,GPIB,Serial,DAQ,Process,or,Unit Under Test,VXI,Image Acquisition,Motion,Control,PXI,Application,Software,Hardware&Driver Software,LabVIEW,虚拟仪器系统结构,16,LABVIEW,编程,DLL,调用,访问,驱,动,用户态,核心态,LaBVIEW,CIN,接口,控件,动态测试技术,：虚拟仪器,机械结构力学及控制国家重点实验室,机械结构力学及控制国家重点实验室,17,动态测试技术,：虚拟仪器,航空,航天,教学,核工业,军工,通信测试,铁道,.,9.1,虚拟,仪器,概述：应用,机械结构力学及控制国家重点实验室,18,动态测试技术,：虚拟仪器,应用,广泛,从军事到民用；,特别是仪器、测量与控制、自动化等领域。,测试测量,工业自动化,声学测试,设备测试,工业自动化,食品加工,汽车测试,生物医学研究,控制工程,机器视觉,计量校准,电子与非电子测试,石油和天然气工程,制药生产,光纤校准,光学度量和测定,工业机器人,过程自动化,研发调试,半导体测试,SCADA,统计流程控制,通信测试,振动测试,晶片传送手臂,机械制造,9.1,虚拟,仪器,概述：应用,机械结构力学及控制国家重点实验室,19,动态测试技术：虚拟仪器,NI PXI,结构健康监测硬件平台,NI PXI,是一种基于,PC,，专用于测试测量与控制的开放式硬件平台。其模块化的架构，能够满足结构健康监测中多项综合技术，从基于电压或电流的传感器采集，到新兴,FBG,光纤传感器采集；远距离下的数据同步，到上千通道的分布式,GPS,同步采集，并结合联合信号分析、海量数据存储等。,9.1,虚拟,仪器,概述：应用,机械结构力学及控制国家重点实验室,20,动态测试技术,：虚拟仪器,NI PXI,结构健康监测硬件平台,平台优势：,模块化,使用能够根据您不同需求而进行扩展的硬件体系结构，构建自定义测试系统；,高性能,最新商业技术提供测试与测量行业最高的吞吐量和最低的延迟性能；,坚固性,使用小型坚固封装，能够抵抗大幅度温度变化的硬件，适合开发以及工业应用发布,9.1,虚拟,仪器,概述：应用,机械结构力学及控制国家重点实验室,21,动态测试技术,：虚拟仪器,基于,PXI,的结构健康监测模块,NI,基于,PXI,的动态信号采集设备，实现高性能的加速度传感器采集，最高可达,204.8 kS/s,采样率和更新率，,118 dB,动态范围的,24,位,ADC,，带交流,/,直流耦合、,IEPE,调理、抗混叠滤波和,TEDS,选项。通过模块间或机箱间的同步，能创建从,2,到,5000,个通道高精度同步采集。,通过,NI,信号调理模块，为应变、温度、位移等传感器提供如电桥、冷端补偿等信号调理功能，提供高达,24,位，,102.4 kS/s,采样的,8,路同步电桥输入，或者,32,通道的热电偶输入。,9.1,虚拟,仪器,概述：应用,机械结构力学及控制国家重点实验室,22,动态测试技术,：虚拟仪器,基于,PXI,的结构健康监测模块,通过工业级,RS485,或者,422,接口，可实现带光电隔离的总线端口，适合各类其他各类基于,RS485/422,总线的传感器，如疲劳计、倾斜计、位移计、索力计、风速计等。,NI,同步与定时模块，可通过,GPS,、,IEEE 1588,、,IRIG-B,等信号进行分布式系统的同步，自带,GPS,模块，可支持,GPS,天线。通过高精度的定时模块，帮助对,PXI,系统中不同机箱的多种设备进行触发与同步。,9.1,虚拟,仪器,概述：应用,机械结构力学及控制国家重点实验室,23,动态测试技术,：虚拟仪器,NI CompactRIO,结构健康监测平台,NI CompactRIO,由一个实时控制器、内置可重配置,FPGA,芯片的坚固机箱和,NI C,系列,I/O,模块组合而成，最高可在,-40,到,70,的操作温度范围下工作，其高可靠性的设计、小巧的体积，更适合恶劣工况或或建筑结构的现场监测。,9.1,虚拟,仪器,概述：应用,机械结构力学及控制国家重点实验室,24,动态测试技术,：虚拟仪器,NI CompactRIO,结构健康监测平台,实时控制器：,独立的实时分析、控制以及记录；,以太网,/,串口，与外部设备,/,显示器的通信与连接；,支持多种工业标准和嵌入式协议。,可重配置机箱：,经由,LabVIEW,编程的,FPGA,，可用于高速而精确的定时、控制以及触发；,可重配置的,FPGA,用于快速原型发布和自定义开发。,9.1,虚拟,仪器,概述：应用,机械结构力学及控制国家重点实验室,25,动态测试技术,：虚拟仪器,NI CompactRIO,结构健康监测平台,C,系列,I/O,模块：,与模拟和数字传感器、执行机构直接连接；也可以自行设计模块；,超过,100,种,C,系列模块,电压 应变,运动驱动器 电流,数字（,12,、,24,、,48 V TTL,）来自第三方开发者的,50,多种专用模块,温度 计数器,/,定时器,加速度计,CAN,通信,9.1,虚拟,仪器,概述：应用,机械结构力学及控制国家重点实验室,26,动态测试技术,：虚拟仪器,结构健康监测的,C,系列模块,来自,NI,的,C,系列硬件包括了超过,50,种的可热插拔模块，可连接各类数字,I/O,、模拟,I/O,、传感器、执行机构，支持多种通信协议与总线，为工业以及嵌入式应用提供了多样化、模块化的,I/O,与通信接口。适用于,NI CompactRIO,及,NI CompactDAQ,平台。如欲获取,C,系列模块的完整列表，访问, 8.6,集成开发软件快速构建软硬