淺談虛擬儀器及其在機(jī)械工程測試技術(shù)中的應(yīng)用

范瑜珍

摘 要：隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及科技的進(jìn)步，我國涌現(xiàn)出許多新技術(shù)和新工藝，有力推動了現(xiàn)代機(jī)械工業(yè)的發(fā)展。虛擬儀器技術(shù)作為一種新的測試技術(shù)，其主要是利用分析、運(yùn)算、測量和試驗(yàn)等形式來獲取相關(guān)信息，確保信息流能夠有效控制物質(zhì)流和能量流，被廣泛應(yīng)用在機(jī)械工程測試中。本文就對虛擬儀器及其在機(jī)械工程測試技術(shù)中的應(yīng)用進(jìn)行分析和探討。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；機(jī)械工程；測試技術(shù)；應(yīng)用

對于機(jī)械工程而言，其往往需要分析和測試常見機(jī)械的幾何量參數(shù)和傳動性能參數(shù)，從而保證機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的測量手段已經(jīng)無法滿足現(xiàn)代機(jī)械工程的需求，需要對計(jì)算機(jī)的豐富資源和虛擬儀器加以充分利用，從而實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)儀器的相關(guān)功能，提高計(jì)算機(jī)與儀器系統(tǒng)的集成度，改善儀器性能，促進(jìn)現(xiàn)代機(jī)械工程的可持續(xù)發(fā)展。

一、虛擬儀器概述

虛擬儀器作為一種計(jì)算機(jī)儀器系統(tǒng)，其主要是以通用計(jì)算機(jī)為依據(jù)，由用戶對其定義加以設(shè)計(jì)，具有測試和虛擬面板的功能。其中虛擬儀器的面板具有虛擬性，能夠利用軟件編程來實(shí)現(xiàn)儀器的測量功能，組合不同測試功能的軟件模塊，則能夠保證測試功能的多樣性，是計(jì)算機(jī)與測試技術(shù)深度融合的重要體現(xiàn)。一般而言，虛擬儀器包括應(yīng)用軟件與儀器硬件平臺，其中軟件可分為I/O接口儀器驅(qū)動程序與應(yīng)用程序，硬件平臺可分為I/O接口設(shè)備與計(jì)算機(jī)。I/O接口設(shè)備主要是放大、采集、模/數(shù)轉(zhuǎn)換被測輸入信息，串口總線儀器、PXI總線儀器、VXI總線儀器、GPIB總線儀器、數(shù)據(jù)采集卡/板等收拾I/O接口的硬件設(shè)備。計(jì)算機(jī)作為硬件平臺的重要組成部分，其包括嵌入式計(jì)算機(jī)、便捷式計(jì)算機(jī)和PC機(jī)。

虛擬儀器的開發(fā)需要借助恰當(dāng)?shù)能浖ぞ?，目前常使用的是文本式編程語言（VisualBasic語言和C語言等）和圖形化編程語言（HPVEE和LabVIEW等）。LabVIEW主要是以連線、圖標(biāo)和圖形語言作為文本，對程序進(jìn)行編寫，保證編程具有較高的開發(fā)效率，相對直觀和簡單。對于以LabVIEW為基礎(chǔ)的虛擬儀器而言，其主要是借助PC機(jī)的在線幫助、圖形環(huán)境和運(yùn)算能力等功能，利用軟硬件組建面板，從而完成數(shù)據(jù)的顯示與分析以及儀器的控制等。相較于傳統(tǒng)儀器而言，虛擬儀器具有較強(qiáng)的可重配置性和可復(fù)用性，價(jià)格低廉，計(jì)算更新周期短等特點(diǎn)。

二、虛擬儀器在機(jī)械工程測試技術(shù)中的應(yīng)用

（一）應(yīng)用

虛擬儀器在機(jī)械工程測試技術(shù)中的應(yīng)用，其具體可從兩個(gè)方面進(jìn)行分析：一方面是測試系統(tǒng)軟件方面。軟件部分作為虛擬儀器中的重要構(gòu)成部分，其由應(yīng)用程序與系統(tǒng)程序組合而成。軟件可利用LabVIEW來實(shí)現(xiàn)編程，借助圖形形式來實(shí)現(xiàn)用戶接口，這樣用戶能夠以系統(tǒng)為按鍵儀器，從自身的測試需求出發(fā)，對不同的測試功能進(jìn)行合理選擇。同時(shí)用戶也可選擇數(shù)據(jù)的分析和處理方法，保證測試系統(tǒng)的快捷性和方便性。另一方面是測試系統(tǒng)硬件方面。在機(jī)械工程測試系統(tǒng)硬件中應(yīng)用虛擬儀器時(shí)，可對振動力與發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速間關(guān)系、振動頻率、油壓力的變化規(guī)律與平均值、振動幅度等參數(shù)進(jìn)行測量，并結(jié)合測試的參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。如以虛擬儀器的檢測需求和設(shè)計(jì)思路為依據(jù)，利用計(jì)算機(jī)、A/D轉(zhuǎn)換、動態(tài)應(yīng)變儀和傳感器等，保證測試的順利進(jìn)行。其中計(jì)算機(jī)能夠控制測試的所需量和內(nèi)容，數(shù)字式光電轉(zhuǎn)速及能夠測量發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速，移位傳感器則測量振動的幅度，壓力傳感器檢測系統(tǒng)壓力，拉壓力傳感器檢測振動力的變化。

（二）應(yīng)用價(jià)值

對于傳統(tǒng)的振動測試系統(tǒng)而言，其包括多臺測試分析儀器、計(jì)算機(jī)、數(shù)據(jù)采集其、磁帶記錄儀、頻譜分析儀、信號調(diào)理器和傳感其等，具有復(fù)雜的操作、龐大的體積和昂貴的價(jià)格，測試分析的效率不高。而以LabVIEW為基礎(chǔ)的虛擬振動測試系統(tǒng)能夠借助計(jì)算機(jī)的軟硬件資源，在計(jì)算機(jī)上實(shí)現(xiàn)測試分析儀器的輸出、分析和采集等功能模塊，保證功能的虛擬化與軟件化，促進(jìn)測試系統(tǒng)成本的降低。此外，計(jì)算機(jī)能夠利用虛擬儀器技術(shù)形成多功能測試系統(tǒng)，不僅能夠?qū)τ?jì)算機(jī)的原有功能加以保持，還能具備智能信號發(fā)生器、集成在線測試儀、頻譜分析儀、數(shù)字存儲示波器等功能，擴(kuò)展計(jì)算機(jī)在信號的產(chǎn)生與分析、IC測試、數(shù)據(jù)域、頻域和時(shí)域等方面的功能，強(qiáng)化系統(tǒng)的靈活性與功能。同時(shí)，虛擬儀器能夠簡化測試系統(tǒng)，將傳統(tǒng)儀器構(gòu)成的測試系統(tǒng)簡化為計(jì)算機(jī)+數(shù)據(jù)采集卡（PC插卡）+信號預(yù)處理模塊+傳感器，從而有效提高機(jī)械工程測試技術(shù)的水平。

三、結(jié)束語

隨著信息技術(shù)和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步，虛擬儀器技術(shù)在機(jī)械工程測試技術(shù)中得到了廣泛的應(yīng)用。機(jī)械工程測試系統(tǒng)能夠充分發(fā)揮出集成測試與虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢，有效實(shí)現(xiàn)信息資源的共享。一般而言，虛擬儀器能夠以計(jì)算機(jī)平臺為依據(jù)，變換軟硬件模塊，對計(jì)算機(jī)系統(tǒng)硬件的測試功能以及相關(guān)資源進(jìn)行不同設(shè)置，從而有效完成機(jī)械工程測試任務(wù)，促進(jìn)測試成本的降低，保證測試功能的多樣化，提高研發(fā)效率。因此虛擬儀器技術(shù)將會成為機(jī)械工程測試技術(shù)中的重要發(fā)展方向，對機(jī)械工程行業(yè)的發(fā)展具有重要的促進(jìn)作用。

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