【正文】 科研、教育、開發(fā)、測量、檢測、計量、測控等領(lǐng)域不可多得的好工具，更值得一提的是它的出現(xiàn)對遠程醫(yī)療、遠程診斷等新興領(lǐng)域的發(fā)展有重要意義，也使現(xiàn)代遠程教育的全面開展成為可能，同時也會使教學(xué)實驗走上一個新的發(fā)展高度。DataSocket 是 LabVIEW 最新提供的一個網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)開發(fā)工具，它大大簡化甚至免除了網(wǎng)絡(luò)通信編程，用戶使用這種技術(shù)可以很容易地在互聯(lián)網(wǎng)上實現(xiàn)高速實時數(shù)據(jù)交換。圖12描述了 DataSocket 的體系結(jié)構(gòu)。DataSocket 使用一種增強型數(shù)據(jù)類型來交換儀器類型的數(shù)據(jù)，這種數(shù)據(jù)類型包括數(shù)據(jù)特性(如采樣率、操作員、通道數(shù)、時間、及采樣精度)和實際測試數(shù)據(jù)。FILE 表示本地文件，HTTP 為超文本傳輸資源，F(xiàn)TP 為文件傳輸服務(wù)器上的資源，OPC表示訪問的資源是 OPC 服務(wù)器，DSTP(DataSocket Transfer Protocal，DataSocket 傳輸協(xié)議)則說明數(shù)據(jù)是來自 DataSocket 服務(wù)器的實時數(shù)據(jù)。它能有效地支持本地計算機上不同應(yīng)用程序?qū)μ囟〝?shù)據(jù)地同時應(yīng)用，以及網(wǎng)絡(luò)上不同計算機地多個應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)跨機器、跨語言、跨進程的實時數(shù)據(jù)共享。DataSocket 包括 DataSocket Server Manager（以下簡稱 Manager），DataSocket Server和 DataSocket API 一部分。例如，將 Manager 中的Default Reader 設(shè)置為 everyhost，則網(wǎng)絡(luò)中的每臺客戶計算機都可以讀取服務(wù)器上的數(shù)據(jù)。DataSocket Server 是一個必須運行在服務(wù)器端的程序，負責監(jiān)管 Manager 中所設(shè)定的具有各種權(quán)限的用戶組和客戶端程序之間的數(shù)據(jù)交換。它可以和測控應(yīng)用程序安裝在同一臺計算機上，也可以分裝在不同的計算機上，以便用防火墻進行隔離來增加整個系統(tǒng)的安全性。使用 DataSocket 技術(shù)進行通信時服務(wù)器和客戶端的計算機上必須都運行 DataSocket ServerDataSocket 對外提升資源定位接口和功能調(diào)用接口，通過同意資源定位符（URL）對數(shù)據(jù)的傳輸目的地進行定位，讀數(shù)據(jù)時為源地址，寫數(shù)據(jù)時為宿地址。DataSocket 支持多種數(shù)據(jù)傳送協(xié)議，不同的 URL 前綴表示不同的協(xié)議或數(shù)據(jù)類型。要使用該協(xié)議，必須首先運行一個 OPC Server；（5）fieldpoint，logos，lookout：分別為 NI FieldPoint 模塊，LabVIEW 數(shù)據(jù)記錄與監(jiān)控（DSC）模塊及 NI Lookout模塊的通信協(xié)議；（6）file（local file servers，本地文件服務(wù)器）；可提供一個到包含數(shù)據(jù)的本地文件或網(wǎng)絡(luò)文件的連接。 遠程測控系統(tǒng)的組成根據(jù)遠程測控數(shù)據(jù)流量狀況及不同的測試需求可采用基于Client/Server（簡寫為C/S）和Browser/Server（簡寫為B/S）兩種網(wǎng)絡(luò)模型組建遠程測試系統(tǒng)。遠程測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖13所示。Web服務(wù)器主要提供基本的網(wǎng)站功能，客戶端通過訪問該網(wǎng)站，可以獲得數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中的實時作業(yè)信息和歷史數(shù)據(jù)?？蛻魴C（C/S）客戶機（C/S）客戶機（C/S）網(wǎng)關(guān)測控服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)打印機數(shù)據(jù)庫服務(wù)器web服務(wù)器Internet瀏覽器瀏覽器圖13 遠程測控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖 Data）傳輸?shù)摹ataSocket技術(shù)是一種簡單易用的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信技術(shù)，它封裝了TCP/IP編程細節(jié)（如選擇端口號、定義協(xié)議、創(chuàng)建連接、字節(jié)流處理、錯誤處理等），使測試工程師不用了解底層的網(wǎng)絡(luò)編程技術(shù)，就可以方便的搭建網(wǎng)絡(luò)化虛擬儀器測試系統(tǒng)。Instruments的兩個組件DatasocketManager和Server。Server是一個小巧、獨立運行的程序，利用DS技術(shù)傳輸數(shù)據(jù)必須在發(fā)布數(shù)據(jù)的機器上打開DataSocket發(fā)布數(shù)據(jù)的程序通過它進行數(shù)據(jù)輸出。DataSocketDatasocketManager和Server主要功能是設(shè)置DS圖API提供了一個用于多樣編程語言、多種數(shù)據(jù)類型通訊的單一接口，它在LabView中的形式之一是兩個函數(shù)DataSocket和DataSocket發(fā)布數(shù)據(jù)時用DataSocketRead將字節(jié)流還原到它原始的形式。傳遞數(shù)據(jù)的3個部分，即發(fā)布數(shù)據(jù)程序、DataSocket服務(wù)器和接收數(shù)據(jù)的程序，可以放在同一臺機器上，但更有普遍意義的是將發(fā)布數(shù)據(jù)程序和DS服務(wù)器放在一臺機器上，將其作為測控服務(wù)器，而接收數(shù)據(jù)的程序在另一臺機器上運行，將其作為客戶機。由測控服務(wù)器首先進行數(shù)據(jù)采集，然后把采集到的數(shù)據(jù)發(fā)布到DataSocketServer中，客戶端便可以同步地從DataSocket應(yīng)用DataSocket技術(shù)進行實時數(shù)據(jù)傳輸?shù)目驁D例程如圖15所示。突出的一點就是安全性高。ServerManager可以設(shè)定客戶端連接數(shù)目、數(shù)據(jù)項數(shù)目，創(chuàng)建用戶組和用戶，設(shè)置用戶讀/寫以及創(chuàng)建數(shù)據(jù)項的權(quán)限（未設(shè)定權(quán)限的用戶對服務(wù)器不可訪問）。 可以采取在發(fā)布端發(fā)送多個數(shù)據(jù)項的方法解決，即把實時數(shù)據(jù)、時間、及其他信息分別建立各自的數(shù)據(jù)項，之后經(jīng)采集服務(wù)器端的DataSocketServer，再由客戶端分別接收。為保證客戶端接收數(shù)據(jù)的一致性，采用數(shù)據(jù)屬性方法，把時間等信息作為數(shù)據(jù)屬性同實時數(shù)據(jù)綁定后再進行數(shù)據(jù)發(fā)布。采用這種措施后即使傳輸過程中出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失現(xiàn)象，丟失的也只能是綁定的數(shù)據(jù)包，并不會對下次傳來的數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響，實驗的偽數(shù)據(jù)就不會產(chǎn)生了，從而避免了因某一項數(shù)據(jù)丟失而無法匹配或匹配錯誤情況的發(fā)生。如果僅用DataSocket中的DataSocketDataSocket會再次返回上一次的接收數(shù)據(jù)或讀不到數(shù)據(jù)，返回“0”值等，這些都是與測控過程無關(guān)的偽數(shù)據(jù)，反而導(dǎo)致接收端顯示的混亂。具體是將每個數(shù)據(jù)包分為兩項：數(shù)據(jù)項和屬性項，分別存放采集數(shù)值和本次發(fā)送的標記—序號Q，然后發(fā)包給DataSocket。如果某次從DataSocket圖16為程序流程：圖16 收發(fā)數(shù)據(jù)流程隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的引入，虛擬儀器技術(shù)漸漸向網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，很多測試任務(wù)也提出了遠程測試的要求。虛擬儀器技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的結(jié)合及其在測控領(lǐng)域中的應(yīng)用，是對傳統(tǒng)測控方式的一場革命。測控方式的網(wǎng)絡(luò)化，是未來測控技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，通過建立分布式網(wǎng)絡(luò)測控系統(tǒng)，能夠充分利用現(xiàn)有資源和網(wǎng)絡(luò)帶來的種種好處，實現(xiàn)各種資源最有效合理的配置。這樣既可以充分發(fā)揮服務(wù)器控制測試儀器的接口能力，又能發(fā)揮客戶機數(shù)據(jù)處理能力，而且便于系統(tǒng)的擴展。（1）振動測試實驗系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖21 所示客戶端計算機數(shù)據(jù)采集卡 服 務(wù) 器 計 算 機 恒流源傳感器客戶端計算機激振器功率放大器客戶端計算機圖21 振動測試系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)計算機產(chǎn)生一個頻率連續(xù)變化的正弦激勵信號，通過數(shù)據(jù)采集卡進行D/A轉(zhuǎn)換后輸出，經(jīng)功率放大器送到激振器，是被測構(gòu)件產(chǎn)生受迫振動。采用外接電荷放大器，將對應(yīng)振動加速度的電荷量轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷盒盘柌⒎糯蠛髠鬟f到數(shù)據(jù)采集卡。這樣當服務(wù)器運行振動測試服務(wù)程序，采集被測對象加速度信號傳輸?shù)接嬎銠C網(wǎng)絡(luò)以后，客戶端只要在本地的振動測試程序中準確填寫服務(wù)器計算機的IP地址或網(wǎng)絡(luò)標識名，就可以像自己的機器采集數(shù)據(jù)一樣完成振動測試實驗。圖（a）為服務(wù)器端得程序結(jié)構(gòu)。數(shù)據(jù)采集模塊采集到反映振動加速度的電壓信號通過DataSocket傳輸?shù)接嬎銠C網(wǎng)絡(luò)上，同時監(jiān)控振動的頻率。網(wǎng)絡(luò)通信使用DataSocket從網(wǎng)絡(luò)上接收加速度信號。根據(jù)本次實驗條件選擇濾波器截止頻率400Hz。頻譜分析模塊選用快速傅里葉變換計算出時域信號的自功率；頻率單位轉(zhuǎn)換VI將自功率譜轉(zhuǎn)換為需要的格式；功率及頻率估值VI計算出自功率譜中的頻率峰值。積分用“數(shù)學(xué)積分與微分”函數(shù)子選板中的Integral x(t)VI。如圖31硬件結(jié)構(gòu)圖計算機壓電傳感器數(shù)據(jù)采集卡電荷放大器被測對象LabVIEW如圖31 硬件結(jié)構(gòu)圖（1）加速度傳感器加速度傳感器主要測試振動體的振動加速度，機械振動測量中常用的壓電式加速度傳感器，它是以某些材料受力后在其表面產(chǎn)生電荷的壓電效應(yīng)為轉(zhuǎn)換原理的傳感器，壓電式加速度傳感器輸出的電荷量與物體振動加速度成比例，用適當?shù)臏y試系統(tǒng)檢測出電荷量，就實現(xiàn)了對振動加速度的測量。本系統(tǒng)的設(shè)計采用的是并聯(lián)壓電材料的壓電傳感器，適于選用電荷放大器，其電路特點是放大器輸出電壓只與傳感器產(chǎn)生的電荷輸入量及放大器反饋電容有關(guān)，與構(gòu)成電路的電纜形成的分布電容和信號頻率無關(guān)，這一特性使電荷放大器的傳輸線路的分布電容不敏感，傳輸距離可達數(shù)百米。s2橫向靈敏度比：5%頻率范圍：~6000Hz安裝諧振：30kHz量 程：1000 ms2絕緣電阻：109Ω電 容：~2000pF工作溫度：20~120℃內(nèi)部結(jié)構(gòu)：平面剪切安裝方式：M5螺紋孔輸出方式：頂端L5（2）電荷放大器壓電式傳感器輸出的電荷信號比較微弱，不能直接被數(shù)據(jù)采集卡采集，需要用信號放大器把較弱的電荷信號轉(zhuǎn)化成較強的能被數(shù)據(jù)采集卡采集的電壓信號。本系統(tǒng)采用DHF4型電荷放大器為例，電荷放大器上還具有低通濾波器和能按傳感器靈敏度調(diào)節(jié)放大倍數(shù)的適調(diào)放大器。 本儀器在國防工業(yè)、運輸交通、機械制造及建筑工業(yè)等需要對機械振動、沖擊等量進行測量的地方有廣泛的用途。2靈敏度：本儀器的輸出靈敏度與所配用的壓電傳感器的電荷靈敏度之間經(jīng)適調(diào)電位歸一之后與增益，開關(guān)之間的關(guān)系如電荷靈敏度SQ的范圍1～輸出電壓mv/,1,10,100,1000。4準確度：≤177。5頻率范圍及濾波器。下限截止頻率： 。1V,該檔滿輸出時頻率上限為10KHz) 。1dB為準)五檔通帶外下降斜率為12dB/倍頻程。50mA ，輸出電壓：0～177。7噪聲電平本儀器的輸出噪音電平在輸入電容為1000pf時小于1mV(有效值)。8過載顯示本儀器內(nèi)各輸出電壓超過177。9諧波失真輸出信號的諧波失真度小于1%。重適用條件環(huán)境溫度：0℃～+10℃，相對濕度：〈80% ，大氣壓力：750177。15V(約35mA) （3）數(shù)據(jù)采集卡系統(tǒng)中采用的數(shù)據(jù)采集卡是PCI6251，它是美國NI公司生產(chǎn)的多功能接口卡，此卡設(shè)計基于PCI總線，數(shù)據(jù)傳輸速率高，吞吐量大，是數(shù)據(jù)采集卡設(shè)計的主流，它是一塊性價比較好的產(chǎn)品，支持DMA方式和雙緩沖模式，保證了實時的信號不間斷采集與儲存。提供16路單端/8路差動模擬輸入通道，2路獨立的D/A輸出通道，24線的TTL型數(shù)字I/O，3個16位定時計數(shù)器等多種功能。其工作原理是借助軟件來控制整個 DAQ 系統(tǒng)，包括采集原始數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)等。其中 DAQ 卡的存儲單元有存儲器和數(shù)據(jù)緩沖器，存儲器按先進先出或循環(huán)刷新的原則暫存采集數(shù)據(jù)，I/O 及存儲控制邏輯用于 I/O 編碼、定時計數(shù)、通信及產(chǎn)生數(shù)據(jù)傳輸方式控制信號等。數(shù)據(jù)采集卡工作原理如圖34所示。使用過高的采樣率會消耗大量系統(tǒng)資源，并增加信號處理所用的時間。掃頻儀主要是采集部分連續(xù)輸出頻率并在一定的頻率范圍內(nèi)進行循環(huán)，便于觀察者讀取數(shù)據(jù)，同時將輸出頻率發(fā)送到服務(wù)器振動測試程序當中。在試驗過程中采用自動掃頻時，程序運行時間過長，所以采用手動掃頻方式，在試驗過程中，區(qū)間邊界值可以根據(jù)被測物得固有頻率在面板的設(shè)置。所用到的鐵板在敲擊時產(chǎn)生的振動頻率在60Hz左右，可以手動更改掃頻儀前面板頻率設(shè)置選項中的頻率值，直到波形清晰、完整為止。（2） 根據(jù)設(shè)置的輸出信號類型、幅值、頻率以及緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)容量計算出輸出的波形信號，并且設(shè)置輸出刷新率。模式設(shè)置為連續(xù)輸出（Continuous samples）。（5） 開始執(zhí)行模擬輸出任務(wù)。據(jù)此重新計算輸出刷新率。（8） 使用DAQmx Is Task Done VI 通過設(shè)置時間檢查一次任務(wù)執(zhí)行狀況。服務(wù)器的主要完成數(shù)據(jù)的采集、數(shù)字濾波、數(shù)據(jù)頻譜分析、采集數(shù)據(jù)情況的記錄、數(shù)據(jù)顯示、和數(shù)據(jù)遠程發(fā)送等功能。數(shù)據(jù)采集助手的連續(xù)采集、采樣率和采樣數(shù)在程序前面板上設(shè)置。數(shù)據(jù)頻譜分析當中，首先要進行加窗處理，為了減小或抑制頻率泄露，由于實驗中所用內(nèi)置電路壓電晶體加速度傳感器給出的靈敏度參數(shù)以g為單位。通過電子表格文件VI可以查看相應(yīng)采樣時間日期、采樣頻率、實驗編號等內(nèi)容。數(shù)據(jù)的遠程發(fā)送主要用到Dstr VI對數(shù)據(jù)傳輸進行控制，下面會詳細介紹，在此不加講解。程序主要執(zhí)行步驟：（1） 讀取當前文本文件程序。（3） 振動信號通過低通數(shù)字濾波器。（5） 信號通過單位轉(zhuǎn)換變成加速度單位。（7） 通過加窗減少和抑制頻率泄露。（9） 通過前面板的按鍵完成對數(shù)據(jù)傳輸和采集的控制。圖44 振動測試實驗服務(wù)器程序框圖 數(shù)據(jù)傳輸控制Dstr VI中對數(shù)據(jù)傳輸進行控制，傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為振動加速度波形數(shù)據(jù)和采樣率。按圖45構(gòu)建數(shù)據(jù)傳輸控制的程序圖圖45 Dstr VI的程序圖 客戶端程序設(shè)計客戶端主要完成數(shù)據(jù)的接收、數(shù)據(jù)的數(shù)學(xué)處理、頻譜分析、數(shù)據(jù)的顯示等功能。對加速度信號的變化率的累加進行積分，得到當前的速度；在通過對速度變化率的累加進行積分，得到當前的位移值，積分得到速度值以后，轉(zhuǎn)換為mm/s；積分得到位移振幅值以后，轉(zhuǎn)換為181。在圖形顯示時為了便于觀察，通過創(chuàng)建數(shù)組和捆綁最后顯示在一個波形圖當中。加速度信號通過數(shù)組的轉(zhuǎn)化經(jīng)均值的求得加速度振幅平均值。兩個波形圖分別顯示振動的時域信號和頻譜。時標控件改變顯示的數(shù)據(jù)點間隔，以便于觀察波形。程序中用DataSocket Read VI從網(wǎng)絡(luò)上接收數(shù)據(jù)。（2） 將加速度信號的變化率進行積分得到當前的速度值，再進行速