检测技术 教学课件 作者 卜云峰 主编 第十六章.ppt

第四节　虚拟仪器的应用 1.测试系统的硬件组成2.测试系统的软件开发 1.测试系统的硬件组成 图16-4　硬件系统图 2.测试系统的软件开发  图16-5　软件分层结构图 * 第十六章　虚 拟 仪 器 第一节　概　　述第二节　虚拟仪器硬件构成第三节　虚拟仪器软件的开发平台及应用第四节　虚拟仪器的应用 第一节　概　　述 一、虚拟仪器的产生二、虚拟仪器的构成及其分类 一、虚拟仪器的产生 1)虚拟仪器的面板是虚拟的，虚拟仪器面板上的各种“图标”与传统仪器面板上的各种“器件”所完成的功能是相同的；由各种开关、按钮、显示器等图标实现仪器电源的“通”、“断”；被测信号的“输入通道”、“放大倍数”等参数的设置，及测量结果的“数值显示”、“波形显示”等。2)虚拟仪器测量功能是通过对图形化软件流程图的编程来实现的，虚拟仪器是在以PC为核心组成的硬件平台支持下，通过软件编程来实现仪器的功能的。 二、虚拟仪器的构成及其分类 1.虚拟仪器的硬件平台2.虚拟仪器的软件3.典型虚拟仪器实例 1.虚拟仪器的硬件平台 (1)计算机　它一般为一台PC机或者工作站，是硬件平台的核心。(2)I／O接口设备　I／O接口设备主要完成被测输入信号的采集、放大、模／数转换。 (1)计算机　 它一般为一台PC机或者工作站，是硬件平台的核心。 (2)I／O接口设备　 图16-1　虚拟仪器的构成方式 2.虚拟仪器的软件 开发虚拟仪器必须有合适的软件工具，目前的虚拟仪器软件开发工具有如下两类。 文本式编程语言：如Visual C++、Visual Basic、Labwindows/CVI等。 图形化编程语言：如LabVIEW、HPVEE等。 这些软件开发工具为用户设计虚拟仪器应用软件提供了最大限度的方便条件与良好的开发环境。本书虚拟仪器设计所涉及的是LabVIEW虚拟仪器编程语言。 虚拟仪器软件由两部分构成，即应用程序和I／O接口仪器驱动程序。 虚拟仪器的应用程序包含两方面功能的程序： 实现虚拟面板功能的软件程序。 定义测试功能的流程图软件程序。 I／O接口仪器驱动程序完成特定外部硬件设备的扩展、驱动与通信。 3.典型虚拟仪器实例 1) 传感器测量被测信号，将其转换为电量信号。2) 信号处理电路将传感器输出的电量信号进行整形、转换、滤波处理，变成标准信号。3) 数据采集卡采集信号处理电路的电压信号，并转换为计算机能处理的数字信号。4) 通过设备驱动程序，数字信号进入计算机。5) 在LabVIEW平台下，调用信号处理子模板，编写仪器功能流程、功能算法，设计虚拟仪器前面板。6) 形成具有不同仪器功能的应用程序。 3.典型虚拟仪器实例 图16-2　基于PC-DAQ的虚拟仪器测试系统的结构 第二节　虚拟仪器硬件构成 一、虚拟仪器硬件的核心——数据采集系统 一、虚拟仪器硬件的核心——数据采集系统 1.信号调理电路2.数据采集电路 一、虚拟仪器硬件的核心——数据采集系统 图16-3　系统采集系统框架 1.信号调理电路 信号调理一般包括放大、隔离、滤波、线性化处理等。 信号放大、滤波的原理及作用在前几章已讲述。隔离的作用是将传感器信号同计算机信号隔开，保证系统安全和被测信号的准确。由于部分传感器的输入，输出特性的非线性会影响测量结果，故应先将非线性关系近似为线性关系，即线性化处理，有利于后续信号的处理、能提高测量的准确性。 2.数据采集电路 (1)差分非线性度　理论上，当增加输入电压时，数字信号应相应增加，并呈线性关系，实际存在非线性误差。(2)相对精确度　相对精确度是用来衡量最坏情况下偏离DAQ卡转换功能直线的量。(3)停滞时间　对于那种被测信号经多路开关到放大器，再到ADC的采集电路，放大器必须能够跟踪多路开关的输出和停滞，以便ADC能准确工作，否则，ADC就会把通道间的数据混淆，这期间放大器的停留时间称为停滞时间。(4)噪声　数字信号的值与信号实际值的差异称为噪声。(5)模拟输出　模拟输出电路为数据采集系统提供激励。(6)数字I/O　数字I/O常用作PC机与数据采集系统的控制，产生测试信号与外围设备通信，其重要参数包括有效的数字线数、速率、源数字信号和驱动能力。 2.数据采集电路 (7)定时I/O　计数器/定时器线路在很多场合都有用，包括计算数字事件、数字脉冲定时和产生方波脉冲信号。(8)总线仲裁和高级系统的DMA传送。 (1)差分非线性度　 理论上，当增加输入电压时，数字信号应相应增加，并呈线性关系，实际存在非线性误差。差分非线性度(Differential Non-Linearity,简称DNL)是度量最坏情况下的偏离误差。 (2)相对精确度　 相对精确度是用来衡量最坏情况下偏离DAQ卡转换功能直线的量。 (3)停滞时间　 对于那种被