虚拟仪器技术论文精选(九篇)
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第1篇：虚拟仪器技术论文范文
关键词：虚拟仪器，动态切削力，测量，应用
引言
切削力是切削过程中的一个最基本的作用和现象，它不仅是描述切削过程的基本参数，而且也是设计和使用机床、夹具、刀具，制定工艺规程以及评定切削加工性不可缺少的数据。动态切削力的变化规律是研究切削机理和机床动刚度的重要依据。硕士论文，应用。在现代制造工程中(包括柔性制造系统、计算机集成制造系统，无人化工厂等)，切削力是状态监测的重要参数。在机械加工领域的基础和应用研究中，常常需要能够对切削力进行测试的装置，即各种类型的测力系统.它不但是进行相关试验研究的重要工具，而且已逐步发展成为切削加工工艺系统的一个组成环节。
虚拟仪器(VI: Virtual Instrument)的概念由美国国家仪器公司(NI: National Instrument)于20世纪80年代末期提出。虚拟仪器是计算机、测量和微电子等技术高速发展的产物，由计算机应用软件和仪器硬件组成。通过软件将计算机硬件资源与仪器硬件有机地融合为一体，从而把计算机强大的计算处理能力和仪器硬件的测量、控制能力结合在一起，大大缩小了仪器硬件的成本和体积，并通过软件实现对数据的显示、存储以及分析处理。
本文主要研究利用虚拟仪器实现测力仪数据采集与处理，与虚拟仪器技术相结合，开发出可以测量X,Y, Z三个方向的力。硕士论文，应用。
1 硬件组成
由虚拟仪器构建的测力系统与传统电子仪器一样，其功能由图1所示的三大模块成:信号采集与控制、信号分析与处理、信号显示与输出。
图1 虚拟仪器构建的测力系统功能结构图
利用虚拟仪器实现测力仪数据采集与处理，它主要由以下几部分组成：测力仪、应变仪、数据采集卡、计算机和系统软件（如图2）。
图2 测力仪数据采集与处理系的功能图
基于数据采集的虚拟仪器系统，通过A/D变换将模拟、数字信号采集入计算机进行分析处理显示等，并可通过A/D变换实现反馈控制。根据需要还可加入信号调理和实时DSP等硬件模块。利用仪器实现虚拟仪器系统，VXI总线为新型计算机查卡式仪器提供了标准。硕士论文，应用。计算机完成对采集到的数据进行显示、存储、打印、分析和处理等功能，提供给用户一个简洁直观的动态切削力测量过程。
2 软件组成
软件结构由三部分组成：I/O接口软件、仪器驱动程序和测力系统环境。硕士论文，应用。
I/O接口软件存在于仪器与仪器驱动程序之间，是一个完成对仪器内部寄存器单元进行直接存取数据并为仪器与仪器驱动程序提供信息传递的底层软件层，是实现开放的、统一的虚拟仪器系统的基础和核心。
仪器驱动程序：主要是用于完成仪器硬件的通信及控制功能。硕士论文，应用。当设备驱动后，由软件进行数据的分析整理而实现测量功能，并求去测量结果。硕士论文，应用。
测力系统环境：基于语言平台，如C、Visual C＋＋、VB等；基于图形化工程环境平台，如LabVIEW等。
测力开始时先必须对测力仪加载以标定（以X方向加载力为例）。作为一个非理想的多向测力系统，当在X方向加载力时，Y方向、Z方向也会有不同程度的干扰输出，本试验所得数据如表1：
表1 X方向加载时数据表
第2篇：虚拟仪器技术论文范文
【关键词】 虚拟仪器 模拟平台 实验操作 发展趋势
一、虚拟仪器的构成、分类及特点
1.1虚拟仪器构成
虚拟仪器主要由硬件和软件构成，其中硬件是虚拟仪器的基础，主要由电路板和计算机两部分组成；软件是虚拟仪器的核心，在具体利用虚拟仪器进行工作的过程中，主要是通过软件完成基本操作的，进而达到实验的目的，在一定程度上能提高实验效果，并最终完成实验。
1.2虚拟仪器分类
虚拟仪器在使用过程中，通常分为PCI总线--插片型虚拟仪器、并行口式虚拟仪器、GPIB总线方式虚拟仪器、VXI总线方式虚拟仪器和PXI总线方式虚拟仪器。每种类型的虚拟仪器都有自身的特点及功能，在实际应用过程中，应选择适宜的虚拟仪器。
1.3虚拟仪器特点
由于虚拟仪器在使用过程中具有以下主要特点：性能高、拓展性强、应用性强、开发时间短等，虚拟仪器在使用过程中，具有一定的应用价值。无论是在企业还是高校的实际应用中，在一定程度上可以解决硬件仪器不足的缺陷，解决一定的实际问题。各个行业应用虚拟仪器解决实际问题，已经成为社会发展需求。
二、虚拟仪器的现状与发展
2.1虚拟仪器的现状
虚拟仪器的硬件平台、软件技术在应用过程中不断地快速发展。目前的硬件技术主要包括：模拟仪器技术、数字化仪器技术、智能化仪器技术和虚拟仪器技术。从发展路线来看，虚拟仪器有两个发展方向：一个是高性能，低成本的发展方向，即PC插片并口式串口USB式；另一个是高精准度、高速和大型自动化的设备发展方向。
软件技术是其核心，一般都是根据软件需要，结合虚拟仪器方向，由软件工程师利用程序设计语言进行编写程序进而控制，操作人员只要知道具体操作步骤，把需要的连接线按要求进行连接，最终利用计算机进行有效控制，就可经达到实验的预期效果。
2.2虚拟仪器的发展趋势
虚拟仪器的发展依靠计算机技术、通信技术、电子技术的发展。虚拟仪器的应用领域比较广泛，现在很多企业都在发展虚拟仪器，很多企业都在使用虚拟仪器。虚拟仪器主要应用在监控、远程教育、工业控制、电力系统、航空航天等领域。
另外，虚拟仪器在自动化系统、石油化工等领域的应用，促使了虚拟仪器的快速发展，虚拟仪器自动化生产将成为重点研究领域，能为更多的企业进行服务，提高企业工作效率，减少企业投资成本。
三、虚拟仪器在教学系统中的应用
虚拟系统应用领域很广，在虚拟仪器不断发展过程中，虚拟仪器会在各个行业中得到广泛应用，取得一定效果。
虚拟系统在高校教学中的应用，在一定程度上解决了高校硬件资源不足的问题，减少了高校对硬件的投资，提高了学生的实践技能。例如，学生在电工电子基础实验过程中，完全可以通过虚拟仪器，在计算机中进行实验，根据教学中的实验步骤，在教师的指导下，可以顺利完成实验，并且能取得与真实实验相同的实验效果，实验数据。但通过虚拟仪器完成的实验没有真实感，学生没有看到真实的元器件，学生在实际操作过程中，也会出现一定的问题。考虑到这个问题，建议学生首先利用虚拟仪器完成基础实验，对实验的过程有一定的基础，进而再进行真实实验，这样更有助于提高学生的实验效果，加深对理论知识的更深一层的了解，达到了理论与实践相结合的要求，也符合现代高校发展的需要，也有利于高校的进一步发展。
总之，虚拟仪器的应用前景是广泛的，其应用领域也会越来越广，在计算机技术、电子技术、网络技术、通信技术的快速发展过程中，虚拟仪器的硬件技术会不断更新与发展，软件技术也会更加完善，虚拟仪器的智能性必将越来越高，其应用前景是美好而广阔的。
参 考 文 献
[1]基于虚拟仪器的网络测控技术的分析[J]. 李小川. 化工管理. 2016（14）
[2]应怀樵：做中国原创的“虚拟仪器”[J]. 何倩. 科学新闻. 2011（11）
[3]虚拟仪器在计量测试中的应用[J]. 徐军. 信息系统工程. 2013（01）
第3篇：虚拟仪器技术论文范文
为此，即使古稀之年，即便是曾历经磨难：“3次中风、4次心梗”的生命挑战，他依然以超人的毅力、坚定的信念，战胜病魔，执着地用智慧向世界的科技界奋力地书写着三个大字：中国人。
作为中国科学家的应怀樵，没有让中国人失望，他数十年如一日，呕心沥血、将全部精力投入虚拟仪器（VI）科学研究之中，攻克一道道世界性难题并填补国内空白，特别是对“传递函数的测试及实时控制和反演关键技术”的成功突破，为提高虚拟仪器测量精度和范围开创新途径，被认为“可与‘光纤之父’诺奖得主高锟教授的‘光纤通信’成果相提并论”，达到足可问鼎诺贝尔物理学奖的世界性的成果。被业界誉为是中华民族对人类文明有重要意义和影响的现明之一。
积极淬炼 执着向前
应怀樵有着深厚的求学和科研经历。1964年，他从浙江大学应用力学专业毕业后，被分配到中国铁道科学院，致力于高速列车风洞课题研究，并到清华大学力学系学习风洞测试分析技术。1965年参加国防课题核试验防核武器防护工程―地下铁道核爆炸作用下振动、噪声与动力学分析的研究，涉及核爆炸和地下铁道，这项工作搞了十五年（1965-1980）。其中，提出核效应工程设计参数五个振动公式，完成CZ-S拾振器和CZ-F测振放大器的研究成果，填补国内空白，获1978年三项全国科学大会奖。
1973年，尝试用当年日本自动化工业展览会时买来的小型ECC555可键盘输入的数字计算机及FORTRON Ⅳ语言编程的软件数字积分和DFT方法取代传统硬件模拟积分和基于滤波的传统频谱分析方法，解决了残余位移（0Hz）用硬件无法获得的难题，并于1979年获得成功，成为虚拟仪器的最早的成功范例。
同年11月，应怀樵在杭州召开的国防科委核试验全国防护工程学术（保密）会上提出虚拟仪器的核心概念“软件制造仪器”、“用软硬件结合取代传统仪器”获得主持会议的中科院力学所所长郑哲敏院士、清华副校长张维院士、同济校长李国豪院士的赞扬和支持，比美国NI提出“软件是仪器”的概念早七年。
1979年11月，应怀樵具有该领域应用成果的国内首部专著《振动测试和分析》出版发行。运用数字算法（现称为软件）取代硬件所得到的结果，即虚拟仪器早期的成功研究。虚拟仪器的核心是软件制造仪器，这是软件取代硬件的早期研究的成功示例。
1983年1月，应教授因无法使用磁带记录仪和信号处理仪器的困难，促使他下决心研发中国VI-PC卡泰，创建东方所的前身――中国振动技术咨询部，并正式立题研究虚拟仪器。
1985年，誓将科学研究做到极致的应怀樵，魄力非凡地创建了东方振动和噪声技术研究所（简称东方所），开始系统从事虚拟仪器库、移动实验室技术研究，提出“把实验室拎着走”的目标，正式立题“DASP虚拟仪器库―振动噪声、模态分析移动试验室技术”研究，为此，他自立课题、自筹资金开始研究“PC卡泰”（PCCATAI）―微机卡式自动采集测试分析仪器。
另外，应怀樵还是国内外最早提出“用软件制造仪器”、“用软硬件相结合”来取代传统仪器的学者。此后，依靠持续创新，他带领团队突破了虚拟仪器的核心技术，开发出适合便携机和笔记本使用的小型数采卡和大容量数据采集分析（LCAS）软件，研制成功台式和笔记本式大容量智能数据采集和信号处理系统以及DASP“达世普”虚拟仪器库系统。这是我国最早研制成功的虚拟仪器产品，实现“把试验室拎着走”的目标。1993年3月，该仪器参加北京新技术展览会，并远赴加拿大参展，获表扬名单第一名。2007年，在第二届全国虚拟仪器学术交流大会上，东方所的卓越贡献受到高度评价，应怀樵被称为“中国虚拟仪器之父”。
胸怀远望 产业报国
科技发展要有宽广的眼界，厚积薄发的应怀樵随着对该领域研究的不断深入，越来越能敏锐地把握住世界科技的发展动向，并紧紧地契合着经济全球化及信息时代所呈现的不同特征，始终将创新理念贯穿到他科学研究当中。在这种理念的引领下，应怀樵和他的东方所取得一百多项创新技术，使我国虚拟仪器和动态测试分析仪器的性能从一般的低精度的低档次测量仪器跃入了高端高精度的测量仪器行列，并在以下十大世界性难题方面取得重大突破：
一、基于平台式设计的VI库技术。这一具有里程碑式划时代意义的新路线对仪器制造业和测试技术界产生巨大影响，代表了我国在VI研发方面的最高水平。
二、变时基（VTB）传递函数（导纳）测量分析方法。达到国际领先水平，获国家发明专利。已完成神舟飞船750吨移动发射平台、“长三捆”大型运载火箭、航天员超重训练机模态试验等数十项国家重点项目，效果优良。
三、高精度频率、幅值、相位和阻尼测量技术。东方所原创的高精度频率计和幅值计达到十进制10-16―10-17的精度，比国外常规方法提高精度100万倍，具有重大国际影响力。
四、超低频信号快速测量技术，达到国际领先水平。
五、倒熵谱分析方法。具有倒熵富、倒富熵、倒熵熵等三种倒谱，达到倒谱分析的国际领先水平。
六、FFT/DFT分析方法，是目前频谱细化主要方法之一。
七、振动全息AVD“一入三出”实时测试分析创新技术。原创提出了全程微积分方法，实现AVD“一入三出”振动全息实时动态连续测量，达到国际领先。
八、自动化智能模态分析方法。一般人员通过简单操作即可获得专家级的模态分析结果。
九、24位“双核”变幅基A/D高精度超量程160dB数采仪技术。达到国内首创，国际领先。
十、突破传递函数的测试及实时控制和反演关键技术，为提高仪器测量精度和范围开辟新途径。此技术是一项世界难题。可极大扩展仪器的频率测试范围，提高测试精度，极具国际竞争力。
不断取得创新成果的应怀樵，俨然让他具备了开拓创新的魄力，更关键的是也让他懂得了一个科研工作者的社会价值和使命。科学技术是第一生产力，但科技的发展不能是盲目的，必须瞄准现实需求。只有这样，科研成果才能完成与产业的顺利对接，也才能真正完成社会生产力的转化。
科技与产业完美融合，这是科学研究的起点也是终极目标。循着这样的思路，应怀樵的科研之路多了更多的社会思考。在应怀樵眼里，诺贝尔不仅是一位杰出的科学家，还是一位成功的产业者，科技只有和社会发生紧密联系，才是有价值的。为此，应怀樵虽遭遇3次中风、4次心梗、7次与死神擦肩而过的生命危机，依然没有停止探索与奋进的脚步。开始积极思考中国虚拟仪器的产业化之路，树立起“让INV系统走进每一个实验室，让DASP软件运行在每个实验台上”的崭新目标。
诺贝尔在每个科技学者心中，都是一种梦想，而在应怀樵心中，这种梦想时刻激励着他。为此目标，他在建所之初就提出“勤奋、创新、坚持、自强”的八字座右铭和完全自由的判断与讨论的“玻尔所”精神和“六要三不要”的处事准则等基础上，发展成为涵盖精神追求、道德情操的336字法则及幸福六大原则的企业文化，加强东方所的文化凝聚力与执行力。并以此为纽带，不断加强人才队伍建设。一方面加强与全国重点高校合作，为国家培养出大批专业急需人才，以及行业高端人才，东方所的研究团队也扩大到80余人，拥有博士生、硕士生数十名，成为虚拟仪器领域一支重要力量。同时他还成功组织和主持了二十五届全国振动与噪声高技术学术会议，1997年至今，主编《现代振动与噪声技术》十卷，及十多部专著、《倒熵谱研究》等160多篇论文报告。同时，适应产业化发展需要，不断加强研发与市场开发队伍建设，适时将一些科研人员转型成为技术支持，直接面向销售服务，推动销售队伍建设和提升，积极推动产品市场化。
功夫不负有心人，诺贝尔情怀的激励也正一点点地转化成实实在在的社会效益。截至目前，产品累计销往2000多家用户，经济效益超过2亿元，打破了此类仪器长期依赖进口的局面，为国家节省外汇约数亿美元。目前，已广泛用于国防军工、航天航空等许多部门，参与完成上百项国家重大工程项目测试。若在国内全面推广，其经济价值按我国2007年仪器产值估算，按软件取代硬件30%到一半计算，将产生600多亿到1000多亿元/年的巨大价值。为促进技术变革和推动新兴产业形成，造福国计民生发挥重大作用。
随着产业的发展，应怀樵创新成果的科技价值愈加凸显。科技无止境，对于科研探索，应怀樵从来都不是一个知足者，面对激烈的国际竞争与广阔的国际市场，应怀樵认为中国虚拟仪器产业化之路任重道远，“达到世界普及”，这是一个目标，更是一种信念。以领先的科技与执着的信念支撑，应怀樵和他的虚拟仪器产业化之路必将迎来胜利曙光。而作为科学家，应怀樵瞄准国际前沿的战略思考从未停止，随着“云计算”和“物联网”时代的到来，他又在国内外率先提出“云智慧仪器实验室”与“云智慧科技时代、软件制造一切、定义一切、重构未来”的构想，提议国家尽快开展相关研究。并且，在此基础上，还可以建立起云智慧医疗中心和云智慧教育中心、云智慧安全中心、云智慧交通中心等等，为我国抢占高科技的制高点，推动科学仪器与科学实验发展，集聚高智慧、推广高新技术，达到世界领先水平，制定出科学合理的研究计划和战略步骤。
结语：
伟大的科学家从来不是单纯的理论创新者，他们对科技价值的执著追求、对创新成果的探索完善，除了激发着青年科技者的美好梦想，更关键的是，他们对待科技的观念和行为方式，也在潜移默化地影响着一个时代的科技观，为科技发展注入新的内涵。
第4篇：虚拟仪器技术论文范文
【关键词】虚拟技术 实践教学 传感器 检测技术
【中图分类号】G71 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2013）02-0234-02
目前在我院传感器与检测技术实践教学中，学生通过操作实物模块来实现各个参数的测试，但因受实验硬件条件的限制，检测中测量参数无法实现自由改变，这对它的特性分析带来了一定的局限性。同时学生在反复练习过程中，设备容易损坏，其性能也会受到影响，这对课程的实践教学带来了一定的局限性。因此在实践教学中引入了虚拟技术教学，通过虚拟的操作面板，用LabvIEw仿真软件来实现相关参数的测试。
一、虚拟仪器简介及虚拟技术在实践教学中的意义
（一）虚拟仪器的含义
所谓虚拟仪器，就是用户在通用计算机或者工作站平台上，根据测试任务的需求来定义和设计仪器功能，通过数据采集卡，利用软件来处理采集进来的数据，实现用户自扩展传统仪器的所有功能。
（二）虚拟技术在实践教学中的意义
在传感器与检测技术实践教学中引用虚拟技术，学生通过虚拟平台的学习，可以提高学生的初步分析及感性认识，巩固学生的理论知识。学生可以不受实践硬件条件的限制，通过虚拟操作面板设计、选择，及大地弥补了设备的不足。学生可以不用担心损坏设备问题而大胆地进行实践，并根据实践情况及时进行改进和优化，省去了大量繁琐的工作，节省了大量时间。
利用虚拟技术，可以彻底打破检测技术受空间及时间的限制，如一些需要长时间才能观察的变化过程，通过虚拟技术，可以在很短的时间内呈现给学生。虚拟制造技术还可以应用计算机、交互外设及软件来构建一个虚拟的生产环境，使学生能如同在制造现场一样，与荧屏上出现的制造过程进行自由交流。虚拟现实技术可以对学生学习过程中所提出的各种假设模型进行虚拟和虚物实化，通过虚拟系统便可直观地观察到这一假设所产生的结果或效果。
利用虚拟技术，可丰富课堂教学内容，展示全方位、多角度的教学内容。将实训等技能训练搬到课堂中进行，由于这些虚拟的训练系统无任何危险，学生可以反复练习，直至掌握操作技能为止。在课程教学中可以在虚拟实训室中进行训练，可以节约大量昂贵的仪器设备费用。解决在教学现场训练实验实训设备的损坏、训练材料的消耗等问题，从而有效节约教育成本。
二、基于虚拟技术在传感器与检测技术实践教学中应用的基本思路
传感器与检测技术实践教学模块中是由多光电检测模块、温度检测模块、环境检测模块、力检测模块等组成。就其中的温度检测模块来说明虚拟技术在实践教学中应用的基本思路。基于虚拟技术的温度检验技术，主要是通过LabvIEw平台构建虚拟画面，模拟仿真实际的温度检验仪器，检验仪器通过软件实现部分功能。主要思路是：通过温度传感器获取现场温度信号，经过信号调理，通过数据采集卡采集数据，再由信号选择、调理之后送入计算机，由测控软件进行分析、显示、存储等，利用虚拟仿真技术，能完成实体设备无法实现的大部分功能，最终通过数据参数的变化，来自动实现对温度的检测。
在原有温度检测模块操作中，学生只能在现有硬件条件下实现电路的构建，完成温度到电压信号的转变，但现有的硬件无法实现电压信号的变化到实际监测环境中温度的变化。而虚拟仪器中可视化图形编程语言平台，提供丰富、功能强大的数据处理软件包，通过虚拟温度程序框图构建及虚拟的温度运行结果画面监测，能直观的反映温度的变化情况，与企业实际运行环境一致，非常方便学生的学习，提高学生学习的激情。
三、基于虚拟技术的K型热电偶温度检测的实现
基于虚拟技术K型热电偶温度检测的硬件实现是由计算机、加上数据采集及电路组成；软件实现运用编程方法，通过建立动态模型库来实现温度仿真检测。采用虚拟技术进行检测优点突出，即可以缩短检测时间、可减少工作量、提高效率；数据检测时可及时保存、显示，方便读数。
（一）硬件实现
K型热电偶温度检测系统主要由虚拟仪器和信号接口采集组成。温度检测过程中首先由热电偶传感器检测温度变化，采用运算放大器对取样电阻两端的信号进行差分运算放大并转换为电信号，输出的信号以过通道选择送到数据采集卡，最后由计算机进行处理。
K型热电偶电路如图：
（二）软件实现
基于虚拟技术K型热电偶温度检测系统，软件部分采用参数库及函数库调用模式。模型库的开发主要建立在LabVIEW仿真模块上。这些工具为建立K型热电偶温度检测系统的模型库提供了一个完整的平台。基于虚拟技术K型热电偶程序连接图如下：
K型热电偶温度检测结果可以在面画中进行显示，如下：
四、结束语
随着虚拟技术的不断发展，在实践教学中广泛采用。虚拟技术应用在传感器与检测技术实践教学中，能够在各个检测模块中直观地反映测量的现象，这样有利于拓展学生的思路、提高学生的学习积极性。
参考文献：
[1]傅晓程.虚拟技术在电工电子实验中的应用[D].浙江大学硕士学位论文.2007，10：1-32
第5篇：虚拟仪器技术论文范文
关键词：虚拟仪器，发动机，扭矩测量，功率测量
1引言
近年来，随着中国的汽车销售业进入爆炸式的增长，汽车走进了寻常百姓家。论文大全，扭矩测量。2009年，中国乘用车销售首次超过美国，成为世界第一大汽车市场。在一些大城市，汽车的人均占有量很高，如广州平均14人拥有一辆汽车，因此汽车的研发、生产销售乃至维修都进入黄金发展时期。而汽车发动机无论是研发乃至维修阶段，其中主要参数就是发动机的功率和扭矩，它直接决定着汽车的使用性能。再好的汽车，若发动机的功率和扭矩达不到要求，对汽车使用者有最直接的影响。在汽车的维修和二手车交易过程中，发动机的功率和扭矩能否达到发动机所设计的额定状态，通常是一些设备所不能检测的，“亚健康”的发动机对汽车的使用性能有很大影响。这就需要一种设备可以检测出发动机在各种工作状态下的扭矩和功率是否能够达到要求，为发动机的研发与检测维修提供便利。
基于上述原因，笔者设计一款发动机的工况测试系统。本系统采用ADLINK公司的工控机和DAQ2214的数据采集卡，以虚拟仪器Lab VIEW为开发平台。该系统具有可视化效果强，控制方式和数据都可以虚拟显示，省去很多硬件设备，无缝集成强，随时可以添加其它测量参数。电涡流缓速器作为负载，可以模拟实现发动机的各种运行工况。采用拉压传感器进行数据测量，操作者可根据需要自行选择测试方式，测量的数据可以实时保存，需要时还能绘制各种图表。论文大全，扭矩测量。
2 测量原理
扭矩测量的基本方法有能量转换法、传递法和平衡力法。能量转换法按照能量守恒定律测量扭矩，通过测量其他与扭矩有关的能量系数来确定被测量的扭矩的大小；传递法是根据弹性元件在传递扭矩时所产生的物理参数的变化（变形、应力或应变）来测量扭矩的；平衡力法是根据匀速运转发动机的传动轴对外输出一定大小的转矩时，机壳上必定作用一个大小相等、方向相反的平衡力矩来实现测量扭矩。能量法的间接测量因素太多，且误差大，传递法比较复杂。因此根据汽车发动机性能试验方法的要求，本设计采用平衡力法测量发动机的扭矩，而功率则根据扭矩转化过来。具体为：电涡流缓速器作为制动负载与发动机相连，在电涡流缓速器的定子上安装一个长75厘米的标准力臂，力臂的另一端连着YZC-516 S型拉压传感器。当发动机工作时，华泰电源给缓速器加电流，缓速器的定子产生电涡流，由于转子是带磁性的铸铁，运动时产生切割磁力线的制动力，从而实现对发动机施加负载的作用。由力的作用原理可知转子受到制动力，定子就受到反作用力，这反作用力就作用在拉压传感器上。论文大全，扭矩测量。因此将拉压传感器上受到的力测出后乘以力臂就是发动机的输出扭矩，再通过公式转化求出功率。
3 硬件选择、测量原理及传感器标定
本系统的加载设备是M7-35型电涡流缓速器，其最大扭矩3500N·m，额定电流15A，额定电压200V。电源设备系统采用华泰WYK-20030K直流稳压电源，为电涡流缓速器提供加载电流，最大输出电流30A，最大输出电压200V。系统通过软件自动实现从 0-5V控制电压对应电源的电流输出0-30A，实现对电涡流缓速器加载。采用Lab VIEW中的子VI模拟电压输出，可以设置成自动输出或手动输出。在处理数据时，结合0-5V对应的0-30A电流，换算为对应的函数关系式，从而实现对测功机系统的控制。系统开发的过程设置两种加载模式：当系统手动进行测量时，可以通过手动操作给电涡流缓速器加载，从而实现恒扭矩试验；当系统选择自动控制时，系统自动给电涡流测功机施加负载。
转速测量选用磁电式传感器，在发动机的输出轴上安装一个均布60个齿的转盘，把传感器安装在转盘的齿的正对面，使传感器能在发动机运转时采集到交变的毫伏级的电压信号，经过整形放大后转化为0-5V的交变信号，运用Lab VIEW开发平台，用软件的形式进一步整理滤波后，转变为一个0-5V的方波信号。运用Lab VIEW程序中的SINAD Analyzer子VI结合设置的采样率的设置，得出相应的频率f，转速n可以通过公式（1）求出相应的发动机的转速值。
（其中为齿数）（1）
发动机油门的控制是通过步进电机的正、反转实现的，通过位移传感器测量油门的开度，通过接近开关控制油门的最大及最小位置，利用软件实现自动返回运行或自动停止。
拉压传感器的数据采集，当发动机的输出扭矩与电涡流缓速器制动负载平衡时，系统对传感器的压力就是制动力，由于扭矩传感器输出的是毫伏级电压信号，容易受到外界干扰且不便数据采集处理，因此采用隔离放大模块，把输出信号进一步放大，这时经过数据采集卡后，就可以读出单位扭矩下所对应的电压信号，扭矩由公式（2）求出（为扭矩，U为所读电压，a、b为参数）
=a*U+b （2）
由于转速n已经测量出，功率参数Pe也可以根据公式（3）求出
（3）
由于传感器的电压输出信号经过隔离放大模块的隔离放大，需要重新对其所对应量程及所对应的输出到数据采集卡的电压进行标定。在进行扭矩标定时，在电涡流缓速器的标准力臂的另一端加平衡的等长的标准臂，相当于等力臂杠杆，用可以上下自由拉动且能自锁的台架作为加载装置，本试验使用浙江蓝箭称重技术有限公司生产的电子吊秤OCS-XZ-AAE读取所加力的大小（液晶显示电子读数，精度5级，最小显示值0.5kg,最大量程1000kg）。论文大全，扭矩测量。这样每一个加载力就有相应的一个电压值与其对应，连续加载直到达到发动机的最大扭矩值，运用Excel进行标定分析，既可求出公式（2）中的参数，代入公式（3）就可求出发动机的功率。
4 系统设计
根据GB/T 18297—2001汽车发动机性能试验方法的要求，在进行功率、负荷等特性试验时，笔者设计几个子程序。运用Lab VIEW进行软件设计，兼顾可靠性等，可分为试验设置、主程序、通道及参数设置。试验设置包括发动机的参数设置、电涡流缓速器的参数设置、基本参数设置如试验人员、试验条件等数据。主程序见图（1）分为：系统总开关控制、油门控制、报警装置、PID参数设置以及图表绘制等设置。系统总开关控制整个系统，油门控制是控制发动机油门，系统出现问题时主界面会自动报警。PID参数具体程序模块见图（2）：主要是实现对整个发动机扭矩和功率的自动测量。通道及参数设置模块是数据采集通道及传感器参数设置的窗口，通过通道设置，可以规定数据采集卡的采集通道所对应的传感器名称，并对传感器进行标定。论文大全，扭矩测量。
图（1）
图（2）
5 结语
本系统可以实现对发动机的扭矩和功率的稳定测量。在汽车发动机性能试验方法的要求下，可以实现对发动机不同工况下的测试，并保存所测数据或绘制各种工况下的图表。论文大全，扭矩测量。另外还可根据测试系统的要求，添加发动机的其他工况数据。
参考文献：
［1］吕彩琴等，发动机转速与扭矩测量系统设计，[J].机械工程与自动化，2009，（143）；
［2］GB/T 18297——2001，汽车发动机，性能试验方法；
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［4］孔云龙等，基于虚拟仪器的转速、转矩、功率测试系统设计与研究，[J]. 仪表技术与传感器，2007年第8期，（33）；
［5］李娜娜等，采用光电方式测量转轴扭矩的原理研究，[J].光机电信息，2008，(10)。
第6篇：虚拟仪器技术论文范文
关键词：虚拟仪器；FPGA；信号发生器；VC++6.0
中图分类号：TP217 文献标识码：A 文章编号：1004373X(2008)1819104
Study on Multifunction Electric Power Quality Gauged Instrument Based on Virtual Instrument
ZHA Zhimin1，HAO Lingling2,Li Lingdong1，GE Lusheng2,DAI Dongming1
(1.Shanghai ISSON Power Quality Co.Ltd.,Shanghai,201901,China;2.Anhui University of Technology,Maanshan,243002,China)
Abstract：A kind of design project of multifunction electric power quality gauged instrument based on virtual instrument is put forward in this article.This system integrates virtual instrument programming and power electronics together,to realize diverse signals of current electric power quality field allin one.The integrated signal generator unit which carries out the collection of high speed digital data,D/ A conversion and analog output in four channels,unsymmetrical synchro control FIFO etc.by FPGA are introduced,the flow of electric power system various signal which generates by VC programming is elaborated,and the structural design of signal amplification unit is analysed.The experiment text result shows that this gauged instrument has attained current advanced high grade of accuracy and it will accelerate the steps of electric power quality calibration because of its accuracy and versatility.
Keywords：virtual instrument;FPGA;signal generator;VC++6.0
虚拟仪器技术是20世纪80年代逐步发展起来的一种基于计算机的实时控制技术，其实质是利用最新的计算机技术实现和扩展传统仪器的功能。它使现代测试仪器不但具有传统仪器、仪表的全部功能,同时还拥有计算机技术的全部优势如:大量测试数据与图像的存储、处理、显示及网上传送等。虚拟仪器的出现是仪器发展史上的一场革命,代表着仪器发展的最新方向和潮流［1,2］。
随着电力工业的结构调整和全球电力交易的快速增长，非线性及冲击性负荷的不断增加，一些不希望出现的现象，如谐波失真、噪音、闪变、凹陷等在目前的电网中普遍存在，目前的测量技术由于缺乏高效准确的标准来校准电能测量仪器而受到阻碍。人们对电力系统中电信号畸变的研究和治理非常重视，这就迫切需要具有精密、准确、溯源性且可设定扰动的电能质量标定仪。
1 硬件设计
本系统的硬件电路主要集中在基于PCI总线采用FPGA实现的集成信号发生单元和利用选择闭环反馈数字量控制的终端输出信号放大单元。
局部总线PCI（Peripheral Component Interconnect）信号适用性很强，线性猝发、成组数据传输是PCI总线的基本传输机制，一次猝发传输通常由一个地址周期和一个或多个数据周期组成，它解决了总线的速度问题，PCI接口芯片方便地实现了和计算机互联即插即用，为虚拟仪器系统的设计奠定了基础。FPGA的I/O端口多，且可自由编程支配，其硬件速度是ns级的，这是当前任何都难以达到的速度，因此本系统比其他系统更能实时、快速地采集数字量变化，在可设定扰动状态量特别多的信号发生单元中，本系统将更能发挥出自身的优势。集成信号发生单元主要包括：FPGA、D/A转换、FIFO寄存器、光耦隔离驱动电路、时钟、电源、EPROM、运放、滤波等，结构框图图1所示。
系统中的FPGA选用Quick Logic公司的0351CA-QL5030，该芯片嵌入32位PCI总线，同步工作频率可达33 MHz，最高传输速率为132 MB/s；24 k逻辑门，I/O端口供电电压为3.3 V，可以承受5 V的输入高电平。FPGA内部资源划分为4部分：
(1) FPGA逻辑运算中心。接收来自数字量的各种信息，按设定的模式对其进行判断处理，并负责按接收的软件指令输出相应的数字量，通过继电器触发信号放大单元的档位选择。
图1 基于FPGA技术的信号发生单元框图(2) D/A控制单元。主要负责控制外部D/A芯片和D/A通道的选通，以及实现对D/A转换过程的合理控制。
(3) 数字量监测控制单元。负责所有要监视和控制数字量的状态数据的采集和控制命令的输出。
(4) 支持PCI2.2协议的PCI接口逻辑控制单元。PCI提供的数据和地址校验功能保证数据的完整性和准确性。
D/A转换电路部分的D/A芯片是D41Y 3CZ720 W，16 b D/A分辨率、D/A建立时间10 μs(0.005%精度)，4路模拟量输出通道分别实现电压交流信号、电压增益、电流交流信号、电流增益输出，带16 kB的FIFO存储器IDT7206，宽度为16 b保证数据的完整性实现波形连续输出。
利用软件实现波形任意编程，经D/A信号发生单元产生，再经信号放大单元放大，再现电力系统中各种标准信号及扰动信号［35］。信号放大单元采用基本信号选择闭环比较反馈数字控制技术，将反馈信号和直流基准信号进行比较以稳定输入，输出信号档位可调，电压分15 V,75 V,150 V,300 V四档，电流也分4档：1 A,2.5 A,5 A,10 A。放大单元的结构框图如图2所示。
图2 放大单元结构框图D/A交流信号放大倍数由增益控制可调，基本波形输出信号经采样送入AD637 RMSDC转换器，输出直流信号与D/A输出增益进行比较，经比较电路输出并放大送入AD633模拟乘法器从而达到稳定输入的目的，闪变及暂态信号则直接输入以保证快速响应及准确性。
2 软件设计
虚拟仪器的硬件仅是为了解决信号的输入/输出，软件是其最核心、最关键的部分，其主要功能是对硬件执行通信和控制，对信号进行分析和处理，以及对结果进行恰当的表达和输出等。
2.1 半满查询方式实现波形连续输出
由于连续波形输出采用FIFO的半满信号作为同步信号，以同步往FIFO写入连续的波形数据，因此需处理好正弦波每周期点数与FIFO全满长度及半满长度的关系，处理得好，即可实现任意频率的正弦波，并保证高精度及可靠性。D/A带16 k深度的FIFO存储器，利用半满查询方式D/A输出即可实现波形连续输出，具体执行流程如图3所示。
图3 半满查询方式DA波形连续输出流程图图3中的虚线表示对称关系，如左侧虚线表示CreateDevice和ReleaseDevice两个函数的关系是最初执行1次CreateDevice，在结束时需执行1次ReleaseDevice。
2.2 软件系统设计
为了提高数据吞吐率以实现实时数据处理（如随时读取、随时暂停设备、随时开始传输、随时存盘、随时显示波形、随时设备控制输出等功能），采用一种最新最灵活的设计思想，即数据采集传输和数据处理独立。即用设备对象在Windows系统空间管理一个一级强制性缓冲队列，该队列采用先进先出和动态链表等技术来管理这个Buffer，设备对象在后台负责数据采集和传输并发送相应的通知消息，在消息没有到来时不必花任何CPU时间去轮询等待，正好可以利用这段空闲时间处理更多的任务，轻松的实现数据采集和数据处理的同步并发进行。本系统软件的主要功能是对集成D/A信号发生单元和放大单元的硬件部分进行控制，快速数据产生和处理以及友好的人机交互界面。系统软件总体结构如图4所示。
图4 系统软件总体结构图系统软件中硬件控制模块完成数据传输及对硬件各单元的控制；界面模块完成友好的人机交互设置。系统软件中数据产生及处理主要包括6个功能模块：
(1) 基本波形模块：产生基本函数波形（正弦波、三角波、方波），电压（0～300 V）、电流（0～10 A）信号参数可在系统允许范围内任意设置。
(2) 叠加谐波模块：电力系统中的叠加了谐波的真实电能信号都可以通过设定产生，三相电压、电流不仅可以逐一进行2～100次单次谐波的任意组合叠加，为便于设置，软件设计中还做好奇次谐波、偶次谐波及整数次连续谐波叠加组合。
(3) 闪变功能模块：正弦波和方波调制信号的产生，可以在调制界面中设置基波幅值、调幅比、方波频率各项。
(4) 电压凹陷模块：可选择单次和循环模式产生，上升、下降沿，持续时间及变化幅度可设定的暂态电压信号。
(5) 标定分析模块：对产生的波形信号进行分析，基本信号标定其幅值、相位、频率、三相不平衡度；谐波信号还标定其总谐波畸变率、各次谐波的叠加统计；闪变信号标定其基波幅值、方波频率、调幅比和Pst值；电压凹陷信号标定其起始时间、持续时间、上升下降沿时间和暂降幅值范围。
(6) 修正模块：通过软件计算产生的波形信号非常精确，但信号传输至放大单元进行放大后不可避免地造成信号的部分失真，要达到高精度，高稳定性的要求，经过大量的实验测试获得失真系数，设置修正系数通道，将输出至放大单元的信号进行预失真补偿。
为了可以同时实现A，B，C三相电压、电流信号的产生及处理功能，在程序设计上开辟了3个线程［6］，线程1,2,3相互独立且可同步的完成A,B,C三相电压、电流的D/A采集转换，信号产生及分析处理功能。
2.3 标定分析理论依据
对三相不平衡度的分析计算通过对称分量法进行，根据正序相量三角形和负序相量三角形分别分解出正序分量A1和负序分量A2之后，依据如下简化算式求得三相不平衡度ε：
ε = A2 A1 ×100%= 1-3-6L1 + 3-6L×100 %(1)
其中L=(A4+B4+C4)/(A2+B2+C2)2 （A,B,C分别为三相电压、电流的幅值）
电压总谐波畸变率及各次谐波含有率依据公用电网谐波标准分析如下：
谐波电压含量：UH=∑∞i=2(Uh)2(2)其中Uh为第h次谐波电压（方均根值 ）。
电压总谐波畸变率：THDu=UHU1×100%(3)其中U1为基波电压（方均根值）。
第h次谐波电压含有率：HRUh=UhU1×100%(4)同理计算电流总谐波畸变率及各次谐波含有率。
对于波动性负荷运行所引起的电压波动，不仅要检查它的最大电压波动，还要在足够长时间(一般取10 min)内观察电压波动的统计特征值。用5个规定值(gauge points)或称百分值(percentiles)计算短时间闪变的统计值Pst。计算短时闪变值Pst的算式为：Pst=K1P0.1+K2P1+K3P3+K4P10+K5P50(5)
其中P0.1,P1,P3,P10,P50这5个规定点分别为10 min内瞬时闪变视感度S(t)超过0.1%，1%，3%，10%和50%时间的觉察单位值。应当指出，式（5）中规定值的加权系数是根据实验数据来确定的K1=0.031 4，K2=0.052 5，K3=0.065 7，K4=0.28，K5=0.08。
所以计算短时闪变Pst的算式为：Pst=0.031 4P0.1+0.052 5P1+0.065 7P3+0.28P10+0.08P50(6)
电能质量标定系统就是依据电能质量国家标准的各项限值规定和分析算法，通过软件实现对电能质量各技术指标的统一标定［7］。
3 电能质量标定系统测试结果
在实验测试中使用的仪器设备有本项目研究的电能质量标定系统和作为标准表的具有计量标准量值溯源的电能质量分析仪两部分。选用1台8位半的数字万用表及高精度示波器，对项目研究的电能质量标定系统的各项技术指标（交流电压、电流有效值、相位、频率、谐波含有率和闪变）逐一进行测量，以获得自身的各项误差。经过大量的实验，该电能质量标定系统产生的信号通过高精度示波器测量得到非常良好的结果。例如输出电压幅值为220 V，电流幅值为5 A，基波频率为工频50 Hz的信号，在输出面板上得到的任意波形输出失真很小，波形质量很好,如图5所示波形。
图5 测试结果实验中对闪变的各项指标依据IEC闪变仪测试功能和评价技术规范［8］，采用标称值为220 V的电压变化频度7的方波波动电压信号进行测试，实验结果表明电压波动在0.05%左右，电流波动在0.1%左右，频率分辨率为0.001 Hz，相位分辨率为0.1°。对2～100次的电压电流谐波的输出准确度及最大偏差进行多次测试和分析,得出谐波技术指标如表1所示：
表1 谐波技术指标
谐波含有率/%谐波电压最大偏差谐波电流最大偏差30
注：表中Uh,Ih分别为谐波电压和谐波电流。
4 结 语
大量的测试试验结果表明,该系统具有操作方便、运行稳定、技术手段先进、功能完备、自动化程度高等众多优点。该系统的推广和使用将改变传统的校准方式准确度不足，且完全依赖于纯正弦波信号而不能反映实际电能特性的问题，是多相、高准确度、可信赖的功率信号和电能扰动标准源，是保证电力测量仪器准确度和溯源性的完整系统。
参 考 文 献
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［8］高师湃，李群湛，贺建闽.闪变测试系统研究\.电能质量技术发展国际研讨会论文集\,2003.
作者简介 酥久 男，1976年出生，安徽黄山人，2000年毕业于安徽大学工业自动化，工程师。主要从事电力系统自动化，电能质量测试、分析与控制研究工作。
郝玲玲 女，1982年出生，河北沧州人，2006年毕业于安徽工业大学，现在安徽工业大学，硕士。主要研究方向为电能质量监测与治理。
李令冬 男，1942年出生，安徽人，教授级高级工程师，硕士生导师。主要从事电力系统自动化、电能质量测试、分析与控制研究工作。
第7篇：虚拟仪器技术论文范文
切削力测量系统一般由三部分构成：由测力仪、数据采集系统和PC机三部分组成，如图1所示。测力仪（测力传感器）通常安装在刀架（车削）或机床工作台上（铣削），负责拾取切削力信号，将力信号转换为弱电信号；数据采集系统对此弱电信号进行调理和采集，使其变为可用的数字信号；PC机通过一定的软件平台，将切削力信号显示出来，并对其进行数据处理和分析。
1.1切削测力仪
1.1.1应变式测力仪
应变式测力仪由弹性元件、电阻应变片及相应的测量转换电路组成，其工作原理如图2所示。把电阻应变片贴在弹性元件表面，并连接成某种形式的电桥电路，当弹性元件受到力的作用而产生变形时，电阻应变片便随之产生变形，从而引起其电阻阻值的变化ΔR，即
应变片电阻值的变化ΔR造成电桥不平衡，使电桥输出发生变化ΔU，通过标定建立输出电压与力之间的关系。使用时根据输出电压反算切削力的大小。
应变式测力具有灵活性大、适应性广、性能稳定等优点，而且配套仪表（如静态应变仪、动态应变仪等已标准化，因而得到广泛应用。但是其测量原理决定了测量精度和动态特性主要取决于弹性元件的结构，如何有效解决灵敏度和刚度之间的矛盾，是提高应变式测力仪测量精度和动态特性的关键。
1.1.2压电式测力仪
压电式测力仪是以压电晶体为力传感元件的切削测力仪，当石英晶体在外力作用下发生变形时，在它的某些表面上出现异号极化电荷。这种没有电场的作用、只是由于应变或应力在晶体内产生电极化的现象称为压电效应。通过测量产生电荷量即可以达到测量切削力的目的。
从动态测力的观点出发，压电式测力仪是一种比较理想的测力传感器，具有灵敏度高、受力变形小等优点。然而压电式测力传感器仍然存在一系列缺点：如由于电荷泄漏而不能测试静态力、固有频率的提高受装配接触刚度的限制、维护极不方便、价格昂贵，因此在使用上受到很大的限制。
1.1.3电流式测力仪
直接使用测力仪测量切削力有其局限性：①安装测力仪时，工艺系统结构遭到破坏从而导致其刚度发生变化，采集不到精确的切削力力信号；②测力仪的安装、调试技术复杂；③测试设备花费较高；④测力仪测试系统可靠性较低。
文献［4］提供了一种间接测量切削力的方法，即电流式测力仪，其测量原理是：切削力的变化会引起主轴电机电流的变化，通过测量主轴电机电流来估计切削力的大小。因机床主轴电机电流的测量比较容易和简单，所以这是一种经济而又简便的方法。
电流式测力仪的局限性体现在两个方面：①把主传动系统的运动学模型看作是一个线性模型，所以加工过程中的非线性因素会在一定程度上降低测量精度；②当切削力发生变化时，相应的主轴电流信号有一定的滞后现象，无法满足对切削力进行实时监测的较高要求。
1.2数据采集系统
如图3所示，数据采集系统通过一定的电子线路，对测力仪的输出信号进行放大、滤波等处理后，将其进行A/D转换，变为计算机的可用信号，再通过接口电路与PC机进行数据传输。
目前大多数切削力数据采集系统由放大器、滤波器、数据采集卡等分立元器件组成，体积较大，系统稳定性不高，测量精度和实时性也渐渐满足不了现代测力系统的要求。
1.3数据显示和分析处理
早期的数据显示和分析处理单元由指示仪表、示波器和记录仪等组成，其数据显示和分析处理功能都是很有限的。随着计算机技术的快速发展，目前数据显示和分析处理单元基本上被计算机终端所代替，显示功能更加丰富和强大，但软件的功能仅局限于数据拟合、图表显示和输出等，对测力仪各向力之间的耦合没有进行有效的处理，从一定程度上影响了测力精度。
2切削力测量技术的发展趋势
现代切削加工正在向高速强力切削、精密超精密加工方向发展，机床的振动频率也会远远高于系统的固有频率，这对切削力测量系统提出了新的要求：①测量范围大、高精度和高分辨率；②实时性好，能够在线实时测量；③数据处理和分析能力强，能够对复杂多变的切削力信号进行各种处理和分析。
针对这些方面的要求，切削力测量技术将朝着以下几方面发展：
（1）开发新型弹性元件，优化弹性元件结构及应变片布片方案，提高应变式测力仪固有频率，有效解决应变式测力仪刚度和灵敏度之间的矛盾问题，降低各向力之间的耦合程度；
（2）应用集成电路和微电子技术，使数据采集系统集成化，提高数据采集的速度与精度；
（3）完善数据处理分析软件的功能，例如通过解耦运算进一步减小测力仪各向力之间的耦合程度，以提高测量精度；将虚拟仪器技术引入切削力测试系统，以便对测量数据进行多种操作和数据库管理；建立专家系统，通过对测试数据的分析处理，对刀具磨损、切削颤振等情况做出预报并提出相应的治理措施。
参考文献
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第8篇：虚拟仪器技术论文范文
关键词：Web虚拟实验室 体系结构 混合模式 工作流程
中图分类号：TP368 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)12-0149-02
1、引言
基于Web的虚拟实验室是一种异构问题的解决环境，它使得处于不同位置的学习者可以同时对一个实验项目进行实验工作。为了提高实验系统的可扩展性和负载均衡，实验中所需的虚拟元件和虚拟仪器可以由分布在不同应用服务器上的组件进行控制和管理，这些组件同时可以对实验数据进行分析处理、仿真计算和显示实验结果等。从技术上看，基于Web的虚拟实验室实质上是Web技术与分布式对象中间件技术的结合，即Web分布式系统。
传统的Web系统中，客户机与服务器之间通信流量较大时容易在Web服务器处形成“瓶颈”，造成响应速度减慢；同时由于系统不具备扩展性，一旦客户端日益增多的业务处理请求超过应用服务对象所能承受的负荷，整个系统就无法正常运行。
分布式对象中间件技术允许在不同机器上的组件对象相互传递消息。就客户而言，无需了解服务器组件是用哪种语言建立、运行在何种操作系统、硬件平台之上，只需知道该组件的名字和该组件的标准接口，就能够高效、可靠、透明地进行互操作。同时，分布式组件易于管理，当对一个组件作出改动、升级时，应用程序不必作任何变动，也无须重新编译整个应用程序，大大提高了软件系统开发的效率、质量、可维护性和可重用性。
因此，基于分布式对象中间件技术的Web解决方案，能提高Web虚拟实验室系统的灵活性、安全性、可维护性和负载均衡，以及数据传输的准确性、保密性和较高的实时性。
2、系统体系结构的分析与设计
2.1 系统体系结构分析
为了减小系统的开销，提高系统的效率，用户界面使用浏览器，用户信息管理、实验基本信息管理等由Web服务器直接完成，系统应选择B/S模式；为了实现组件化软件的设计，提高虚拟实验室系统的灵活性、安全性、负载均衡和可扩展性，系统应当选择多层分布式Web模式；为了克服多层分布式Web模式在客户机与服务器之间通信流量较大时，在Web服务器处形成“瓶颈”，客户应当减少对Web服务器的访问，而使用嵌入浏览器的ActiveX控件直接与分布在不同应用服务器上的组件交互，系统应选择三层C/S模式。
2.2 系统体系结构设计
基于这样一种特殊的体系结构需求，本系统采用了B/S模式、三层C/S模式与多层分布式Web模式相结合的体系结构。该体系结构既融合了传统Web模式的优点，又克服了它们各自的缺点，使Web虚拟实验室系统具有更高的效率、更大的灵活性、更好的可伸缩性以及可维护性。整个Web虚拟实验室由客户端、Web服务器、应用服务器和数据库服务器四部分组成，见图1。
该结构与多层Web模式的主要区别表现在：Web服务器不再仅处于应用服务器的前端，而有相对的独立性。当客户使用HTTP协议向Web服务器发出请求并经过认证后，就可以使用ActiveX控件通过DCOM协议直接与应用服务器交互，这样可以解决Web服务器的“瓶颈”问题。各部分的实际功能描述如下：
(1)客户端。客户端只需配备支持ActiveX的浏览器就可通过Internet登陆虚拟实验室网站，向Web服务器提出实验请求；登陆成功以后，浏览器会根据实验需要，从Web服务器中自动载入包含了ActiveX控件的实验网页；客户端在Windows注册表中注册ActiveX控件，并对控件进行初始化；最后浏览器启动ActiveX控件，通过接口调用应用服务器的相关组件开始实验。
(2)Web服务器。Web服务器主要作用是提供用户认证管理、ActiveX控件管理、实验信息管理、与应用服务器之间信息交换以及将虚拟实验室系统以网站的形式在网络中。
(3)应用服务器。应用服务器实质上是由位于调度服务器和多个实验服务器上的不同功能的COM/DCOM组件构成。其主要作用是控制和管理虚拟元件、虚拟仪器、实验操作管理、实验结果显示、处理实验数据、负责调度管理；协调客户端、Web服务器、实验服务器端、数据库服务器端的相互通信。
调度服务器根据用户申请的实验内容及相关实验服务器的状态进行任务分配，连接到某个实验服务器；实验服务器对相关设备的基本信息进行维护，并判断使用状态，指定实验任务；客户机直接使用DCOM协议在指定的实验服务器开始实验；实验完成后将实验结果传给客户。
(4)数据库服务器。数据库服务器是整个系统的数据存储部分，存储并维护着整个系统中与实验相关的所有可用信息和数据。它的主要作用是配合用户管理、虚拟仪器库管理、规则库管理、算法库管理、动态网页的生成以及实验数据的存储和管理。
2.3 本设计方案的优势
充分利用了多层分布式Web模式使系统具有连接缓冲、负载均衡、安全管理的功能，以及克服了Web服务器做为系统使用的瓶颈问题。
利用DCOM提供的资源池管理、对共享资源的序列化访问、事务的同步处理等基础设施的服务，仅专注于企业业务逻辑的开发，使得我们大大缩短系统开发周期。
利用ActiveX控件可以方便地使用客户机的本地资源，这样，复杂的设计过程均由客户机来完成，从而简化了服务端的设计，降低了服务器的负载，同时也加快了虚拟实验室系统的响应速度，增强了实时性和交互性。
由于COM/DCOM、ActiveX、IIS、等技术都是都是由Microsoft公司提出的，因此它们之间具有很好的兼容性。Microsoft公司具有强大的研发实力，这些技术十分成熟，开发工具也比较丰富，实现起来很容易。
3、系统的工作流程
结合上述的系统结构及开发技术，本系统的工作过程描述如下：
(1)客户使用浏览器向Web服务器申请实验服务;(2)Web服务器通过数据库服务器对用户身份进行验证，如果是合法用户，批准请求，并将相关实验的ActiveX控件传送给客户，否则拒绝进入；(3)Web服务器使用DCOM协议连接调度服务器，调度服务器选择合适的实验服务器分配给客户，客户使用ActiveX控件直接连接相应的实验服务器；(4)客户进入实验室系统后，如果是新建实验则从实验列表中选择实验，如果是继续以前未完成的实验则从数据库服务器中下载保存过的实验，然后再继续。(5)客户使用ActiveX控件选择虚拟元件和虚拟仪器，搭建实验并进行实验操作和编辑；(6)客户将用户的操作及实验数据以文本文件的形式传给实验服务器，服务器从中解析出相应的信息，对客户操作进行审查。(7)如果审查通过，实验服务器再使用软件技术对各种实验环境进行仿真，得出实验结果数据，向客户端以仿真方式显示回传结果数据；并向数据库服务器中存入实验数据。否则返回错误信息，重新开始实验。(8)服务器端的后台数据库提供了可共享的虚拟元件库、虚拟仪器库、规则库、仿真算法库和实验数据库等。(9)特殊（教师、管理员）用户能够创建新实验、制订实验步骤并存为实验模板，创建新器件并加入仪器库中供用户以后使用。(10)系统管理员负责教师、学生信息及实验教学资源和实验数据的管理。
系统的工作流程如图2所示。
4、结语
本文以分布式对象中间件技术、Web技术为依据，采用的多层分布式Web模式、B/S模式和三层C/S模式相混合的体系结构，Microsoft公司的Window NT为网络操作系统，通过IIS来组建Web服务器，采用ASP创建Web页，使用VB的ActiveX技术实现客户端的实验编辑界面，使用VC++中的ATL开发服务器端的COM/DCOM组件，形成一套较为合理的构建Web虚拟实验室的技术解决方案。该技术方案在业务层和数据访问层利用DCOM提供的强大的基础设施服务，形成了基于DCOM的混合的多层分布式体系结构的开发方法。
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第9篇：虚拟仪器技术论文范文
中国仪器仪表行业协会副理事长朱明凯指出，“现代仪器制造柔性研发平台的创建及系列产品开发与应用”，无论是参数设计，还是相关产品制造，均达到国际先进水平，项目荣获2007年度国家科技进步二等奖是实至名归。
团结志业，金石为开
项目牵头人徐小力教授长期从事机电系统测控技术领域的研究和教学工作，在机电系统状态监控、故障诊断及发展预测等技术研究方面颇有一番独到的见解，为推动我国光机电一体化的现代测控技术的发展做出了突出贡献。
近年来，徐小力教授完成或承担了一批国家级、省部级科研课题以及与企业合作的重要科技项目，取得了一批具有创新性、先进性和实用性的研究成果，多项新技术经鉴定达到国内外先进水平，一些新技术已经产品化和产业化，研究成果广泛应用于制造业、机械电子、仪器仪表以及能源开发和环境保护等许多领域，取得了显著的经济效益和社会效益。除进行科研外，他还组织了国际自动化测试与仪器仪表学术会议ISTAI，全国设备监测与诊断学术会议等国内外学术会议，并总结多年的实践经验，在国内外发表学术论文百余篇，为促进机电系统测控技术发展以及国内外学术交流发挥了积极作用。
在不断地努力下，他主持完成的研究成果先后荣获国家科学技术进步奖二等奖、中国机械工业科学技术奖一等奖等多项奖他所率领的机械电子工程学科团队被评为北京市高校学术创新团队；而他本人也先后被授予“中国机械工业科技专家”、“北京市高校拔尖创新人才”、“北京市人才强教计划资助高层次人才”等荣誉称号，并于1999年起享受政府特殊津贴。
而在“现代仪器制造柔性研发平台的创建及系列产品开发与应用”项目中，他与各单位的教授、研究人员，工程技术人员相结合，形成了一支精英队伍。“队伍”中，涉及部门，人员众多，仅北京信息科技大学就囊括了机电系统测控北京市重点实验室、传感器北京市重点实验室、自动化学院、光电信息与通信工程学院及机电工程学院等在内的多个科研组，此外，他们还联合北京光学仪器厂、北京京航公司，使这支队伍不仅形成了产学研结合的优势，还具有老中青结合的特点。
他们追求自主研发和创新，努力实现科技与经济的结合，注重科技成果的转化和应用推广，二十余年来，一丝不苟地执着于基础技术研究的沉淀和积累。不知有多少个节假日在实验室进行试验研究和关键技术攻关，不知有多少人带病上阵，又不知有多少人克服家庭困难坚守在自己的岗位上，才有了如今项目的成功。
推陈出新，技术制胜
“现代仪器制造柔性研发平台的创建及系列产品开发与应用”是徐小力教授携项目组多年合作的结晶。
针对现代仪器制造具有高技术、多品种和小批量的特点，项目组提出了面向现代仪器制造的柔性研发系统理念――IFDS(Instrumentation Flexible Developing System)，并创建了一种可兼容，可扩展、可升级和可重构的开放式柔性研发平台体系。这一研发平台以光机电一体化技术、现代传感及检测技术、智能化监测分析技术等为核心技术，构建了适合现代仪器系统研发的柔性集成体系，通过资源集成、信息交换机制、系统接口、总线控制和网络互联实现了系统资源的共享和有机融合，为传统仪器系列产品的技术改造和提升、新型现代化智能化仪器系统的自主创新设计和快速柔性研发提供了新的模式和基础技术装备。
该项目以本次研究中完成的研发平台作为主要的技术装备，创造了分层次改造和提升传统仪器产品的技术途径，实现了对仪器系统的快速集成创新和柔性开发，显著提升了仪器产品研发的技术水平，有效缩短了开发周期，降低了开发成本，提高了仪器制造适应市场的快速动态响应能力。
应用柔性研发平台项目组研制了一系列具有自主知识产权的现代仪器，包括光电分析仪器类、传感器及检测仪器类，设备安全监控系统类等3类10个系列50余种新产品。
其中，多项研究成果获得国家专利和国家发明专利，其多项创新技术经专家鉴定达到国内领先水平或国际先进水平。本项研究成果被授予2007年度国家科学技术进步奖二等奖，相关研究成果还荣获中国机械工业科学技术奖一等奖一项、二等奖三项，兵器工业集团科技进步奖一等奖一项，北京市科学技术奖二等奖三项，国防科学技术奖二等奖二项等奖项。
同时，在产学研一体化指导思想下，项目组着力进行了新技术的产品化和产业化，新产品已在机械电子、医药卫生、石化、资源、环保、航天、材料等有关国计民生的许多行业获得广泛应用，不仅提升了重要仪器制造企业的技术创新能力、核心竞争能力和可持续开发能力，而且这些新技术具有进一步推广应用的价值，有利于促进我国现代仪器和装备制造业的振兴和发展。
让成果说话
利用研发平台提供的虚拟仪器系统、新型微处理器开发系统、数据处理系统、智能分析软件包及配套仪器设备等有关研发的环境和资源，完成了该产品的研发工作。
首先，该项目在国内外首先开发了基于虚拟仪器的热分析仪，膨胀仪系列产品，利用虚拟仪器资源明显提高了数字化智能化和网络化水平；新系统分析准确、体积小，重量轻，成本低、操作方便及界面友好。
其次，在光电直读测差计研发中，项目组摒弃了以往人工操作繁琐、易产生人为误差以及低档单片机功能单一、精度低且不稳定的缺陷，重新构建了以高档嵌入式系统为核心的测控单元，提高了可靠性和测量精度，首先在同类产品上实现计算机配色、智能数据处理、大屏幕汉字显示及主机与便携机联结等。
而在光栅单色仪和分光光度计上，他们又首先在同类产品上构建实时多任务集成化操作环境并构成嵌入式处理器为核心的测控系统。
总之，柔性研发平台以光机电一体化技术、现代传感及检测技术、智能化监测分析技术等为核心技术，借助先进的仪器设备资源，构建了适合现代仪器系统研发的柔性集成体系，并通过信息交换机制、系统接口，总线控制和网络互联实现了软硬件资源的共享和有机融合，为传统仪器系列产品的技术改造和提升、新型现代化智能化仪器系统的自主创新设计和快速柔性研发提供了新的模式和技术装备。
该系列研究成果在数字化、智能化技术分析层次提升了行业主要骨干企业主导产品的技术水平和开发能力，成功地开发了具有自主知识产权的光电分析仪器新型系列产品。研究成果体现了产品化和产业化趋势，已广泛应用于环
境保护、生物制药、航天科技、微电子，材料，纺织、化工、印刷，建筑、冶金，陶瓷、食品、家电等行业，取得了显著的经济效益和社会效益。
在实践中成长
小行业、大智慧，面对国外产品占据我国高中档仪器大部分市场的被动局面，“现代仪器制造柔性研发平台的创建及系列产品开发与应用”的成功，从国家和产业需求出发，通过产学研合作，在国家、地方及企业等科研项目的支持下，实现了对仪器系统的快速集成创新和柔性开发，显著提升了仪器产品研发的技术水平，缩短了开发周期，降低了开发成本，提高了仪器制造企业适应市场的快速动态响应能力。
在“科技与经济结合”的战略思想指导下，从项目研发的最初，项目组就很注重成果的转化。而与北京光学仪器厂以及京航公司的合作，使得产业化有了得天独厚的平台。
作为项目合作单位，北京光学仪器厂首先进行了产品的生产应用。该系列产品在该厂投入应用三年来，销售收入连年递增，在这个以多品种、小批量为特点的中小型仪器产品生产企业中取得了突出业绩。
大庆油田有限责任公司也对该项目的相关产品津津乐道。该企业在生产中使用了新型热分析仪器，主要利用这种仪器来测定原油分离中使用的多组分催化剂的成分以及对渣油和沥青进行吸氧老化试验，建立试样热性能方面的特性曲线等工作。使用过程中他们发现该仪器精准性、重复性高，利用热重分析方法，对催化剂失活的原因分析准确可靠，根据失活点特性，为催化剂的研制和再生提供了理论依据。使用单位认为，该仪器的性价比高，价格不到国外同类产品的四分之一，实现的热分析试验功能却几乎达到了国外产品的标准。
