【正文】 結(jié)合高效靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應(yīng)用。這也正是 NI 近 30 年來始 終引領(lǐng)測試測量行業(yè)發(fā)展趨勢的原因所在。虛擬儀器技術(shù)的三大組成部分： 高效的軟件 軟件是虛擬儀器技術(shù)中最重要的部份。 NI公司提供的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)圖形化編程軟件 —— LabVIEW，不僅能輕松方便地完成與各種軟硬件的連接，更能提供強大的后續(xù)數(shù)據(jù)處理能力，設(shè)置數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)換、存儲的方式，并將結(jié)第一章 引言 3 果顯示給用戶。 有了功能強大的軟件，您就可以在儀器中創(chuàng)建智能性和決策功能，從而發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)在測試應(yīng)用中的強大優(yōu)勢。無論您是使用 PCI, PXI, PCMCIA, USB或者是 1394 總線， NI 都能提供相應(yīng)的模塊化的硬件產(chǎn) 品，產(chǎn)品種類從數(shù)據(jù)采集、信號條理、聲音和振動測量、視覺、運動、儀器控制、分布式 I/O 到 CAN 接口等工業(yè)通訊，應(yīng)有盡有。目前， NI 已經(jīng)達(dá)到了每 2 個工作日推出一款硬件產(chǎn)品的速度，大大拓寬了用戶的選擇面：例如 NI 新近推出的新一代數(shù)據(jù)采集設(shè)備 —— 先期推出的 20 款M 系列 DAQ卡，就為數(shù)據(jù)采集領(lǐng)域設(shè)定了全新的標(biāo)準(zhǔn)。由 NI 發(fā)起的 PXI 系統(tǒng)聯(lián)盟現(xiàn)已吸引了 68 家廠商，聯(lián)盟屬下的產(chǎn)品數(shù)量也已激增至近千種。無論是面對簡單的數(shù)據(jù)采集應(yīng)用，還是高端的混合信號同步采集，借助 PXI 高性能的硬件平臺，您都能應(yīng)付自如。 虛擬儀器技術(shù)的四大優(yōu)勢： ： 虛擬儀器技術(shù)是在 PC 技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，所以完全“繼承”了以現(xiàn)成即用的 PC 技術(shù)為主導(dǎo)的最新商業(yè)技術(shù)的優(yōu)點，包括功能超卓的處理器和文件 I/O，使您在數(shù)據(jù)高速導(dǎo)入磁盤的同時就能實時地進行復(fù)雜的分析。 NI的軟硬件工具使得工程師和科學(xué)家們不再圈囿于當(dāng)前第一章 引言 5 的技術(shù)中。在利用最新科技的時候，您可以把它們集成到現(xiàn)有的測量設(shè)備，最終以較少的成本加速產(chǎn)品上市的時間。 NI 設(shè)計這一軟件構(gòu)架的初衷就是為了方便用戶的操作，同時還提供了靈活性和強大的功能，使您輕松地配置、創(chuàng)建、發(fā)布、維護和修改高性能、低成本的測量和控制解決方案。隨著產(chǎn)品在功能上不斷地趨于復(fù)雜 ，工程師們通常需要集成多個測量設(shè)備來滿足完整的測試需求，而連接和集成這些不同設(shè)備總是要耗費大量的時間。 虛擬儀器的主要特點有： 盡可能采用了通用的硬件，各種儀器的差異主要是軟件。用戶可以根據(jù)自己的需要定義和制造各種儀器。因此，根據(jù)自己的需要自行研究和開發(fā)虛擬儀器顯得尤為重要。該儀器的主要特點如下：采用了 Labview 作為開發(fā)平臺，軟件編程方便、簡潔、效率高；利用數(shù)據(jù)采集卡采集數(shù)據(jù)可測量兩個同頻信號的相位差；在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上，通過改變軟件的設(shè)計，可以實現(xiàn)別的儀器的功能。 相信隨著計算機技術(shù)和測控技術(shù)的不斷發(fā)展，虛擬儀器將成為未來教學(xué)科研的重要方法和手段，將取代傳統(tǒng)一起成為測量 儀器的主流。這兩個頻率相同的交流電，可以是兩個交流電流，可以是兩個交流電壓，可以是兩個交流電動勢，也可以是這三種量中的任何兩個。如果電路是純電阻，那么交流電壓和電流電流的相位差等于零。這種情況叫做同相位，或者叫做同相。 加在晶體管放大器基極上的交流電壓和從集電極輸出的交流電壓，這兩者的相位差正好等于 180176。這種情況叫做反相位，或者叫做反相 。隨著計算機和軟，硬件的日益發(fā)展。比如：在實際工作中，常常會遇到兩列頻率相同的信號之間存在相位差，那么就需 要測量他們之間的相位差，電力系統(tǒng)中電網(wǎng)并網(wǎng)合閘時，要求兩電網(wǎng)的電信號之間的相位相同，這時要精確測量兩列工頻信號之間的相位差。 第三章 編程軟件 LABVIEW 的簡介 8 第三章 編程軟件 LABVIEW 的簡介 隨著測試技術(shù)及大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的電子測試儀器己從模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)發(fā)展；從單臺儀器向多種功能儀器的組合及系統(tǒng)型發(fā)展；從完全由硬件實現(xiàn)儀器功能向軟硬結(jié)合方向發(fā)展；從功能組合向以個人計算機為核心構(gòu)成通用測試平臺、功能模塊及軟件包形式的 自動測試系統(tǒng)發(fā)展。 虛擬儀器的出現(xiàn)給現(xiàn)代測試技術(shù)帶來了一場革命，虛擬儀器技術(shù)是測試技術(shù)和計算機技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，是兩門學(xué)科的最新技術(shù)的結(jié)晶，融合了測試?yán)碚?、儀器原理和技術(shù)、計算機接口技術(shù)、高速總線技術(shù)以及圖形化軟件編程于一身，實現(xiàn)了測量儀器的智能化、多樣化、模塊化和網(wǎng)絡(luò)化，體現(xiàn)出多功能、低成本、應(yīng)用靈活、操作方便等優(yōu)點，在很多領(lǐng)域大有取代傳統(tǒng)儀器的趨勢，成為當(dāng)代儀器發(fā)展的一個重要方向，并受到各國企業(yè)界的 高度重視。在計算機軟件控制下對輸入的信號進行采集、分析、處理，測第三章 編程軟件 LABVIEW 的簡介 9 量結(jié)果（數(shù)據(jù)、波形）和儀器工作狀態(tài)都可從虛擬儀器面板上讀出。 LABVIEW的概述 LABVIEW 是實驗室虛擬儀器集成環(huán)境（ Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench） 的簡稱，是美國國家儀器公司（ NATIONAL INSTRUMENTS,簡稱 NI）的創(chuàng)新軟件產(chǎn)品，也是目前應(yīng)用最廣、發(fā)展最快、功能最強的圖形化軟件開發(fā)集成環(huán)境。在 20 世紀(jì) 80 年代初計算機出現(xiàn)之前，幾乎所有擁有程控儀器的實驗室都采用貴重的儀器控制器來控制測 試系統(tǒng)，這些功能單一、價格昂貴的儀器控制器通過一個集成通訊端口來控制總線儀器。 LABVIEW的應(yīng)用 LABVIEW 在包括航天、通訊、生物醫(yī)學(xué)、電子、地球物理、機械等各個領(lǐng)域內(nèi)得到廣泛的應(yīng)用，從簡單的儀器控制、數(shù)據(jù)采集到尖端的測試和工業(yè)自動化，從大學(xué)實驗室到工第三章 編程軟件 LABVIEW 的簡介 10 廠，從探索研究到技術(shù)集成，都可以發(fā)現(xiàn)應(yīng)用 LABVIEW 的成果和開發(fā)產(chǎn)品。它提供了工業(yè)界最大的儀器驅(qū)動程序庫，同時還支持通過 Inter 、 ActiveX 、 DDE 和 SQL 等交互式通信方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，它提供的眾多開發(fā)工具使復(fù)雜的測試與測量任務(wù)變得簡單易行。對于更為復(fù)雜、更專 業(yè)的工業(yè)自動化領(lǐng)域，在 LABVIEW基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 Bridge VIEW 是更好的選擇。即使在聯(lián)合時域分析、小波和數(shù)字濾波器設(shè)備等高級或特殊分析場合， LABVIEW 也為此提供專門的附加軟件包。這三個模板功能強大，使用方便，表示直觀，是用戶編程的主要工具。通過這 樣 的 工具，就用于 VI的創(chuàng)建、修改和調(diào)試?？丶０骞δ軓姶?， 通 過 這些子模板可以找到創(chuàng)建程序所需 的所有對象工具。子模板包括數(shù)值子模板、布爾子模板、字符串子模板、列表和環(huán)子模板、數(shù)組和簇子模板、路徑和參考名子模板、圖形子模板、裝飾子模板、用戶控制子模板、控制子模板和 AxtiveX 子模板。 LABVIEW 框圖編程的所有函第三章 編程軟件 LABVIEW 的簡介 12 數(shù)按照功能分類都分布在功能模板的子模板里。功能模 板包括 下列子模板：結(jié)構(gòu)子模板、數(shù)值運算子模板、布爾邏輯子模板、字符串子模板、數(shù)組子模板、簇子模板、比較子模板、時間和對話框子模板、文件輸入 /輸出子模板、儀器輸入 /輸出子模板、通信子模板、數(shù)據(jù)采集子模板、分析功能子模板、示教課程子模板、高級功能子模板、選擇 VI子程序子模板、用戶庫子模板、應(yīng)用控制子模板和儀器驅(qū)動子模板。 第三章 編程軟件 LABVIEW 的簡介 13 第四章 相位差測量方法原理簡介 相關(guān)法相位差測量相位差原理 1)根據(jù)互相關(guān)函數(shù) 特性求出兩信號的初相位 兩信號的互相關(guān)函數(shù) ^ ()Rxy? 不是偶函數(shù)，根據(jù)其定義可證明 ^^( ) ( )R xy R xy????，此式說明，互相關(guān)函數(shù)與兩信號的相位差? 和延遲量 ? 有關(guān)，當(dāng) 0?? 時， ^ (0)Rxy 就只與兩信號的相位差? 有關(guān)．基于此可求出 ? 設(shè) ( ) si n 。式中 A，B 分別是被測信號 () ()xt yt, 的幅值， ? 就是兩信號之間的相位差．根據(jù)相關(guān)函數(shù)的定義， ^ ()Rxy? 的估計值為： ^^^1( ) ( ) ( )01si n si n [ ( ) ]001( ) ( ) ( )01si n si n ( )012( si n c o s si n c o s si n )00212( ) si n c o s c o s0 2TR x y x t y tTTA t B t d tTTR x y x t y tTTA t B t d tTTTAB t d t AB t t d tTT ABR x y AB t d tT??? ? ? ????? ? ?? ? ? ? ?? ? ?? ? ??????? ? ???????????當(dāng) 時 ， 有 :上 式 中 第 項 的 積 分 為 零 , 所 以 有 :^^()()a r c c o sA B ( ) , ( t )R x yABR x yABx t y????? ?由 此 可 求 出 兩 信 號 的 相 位 差 為 : 2c o s =或2式 中 ， 可 由 自 相 關(guān) 函 數(shù) 求 出 。根據(jù)自相關(guān)函數(shù)的定義，函數(shù) ()xt 的自相關(guān)函數(shù)的估計值為： 第四章 相位差測量方法原理簡介 14 ^^ 2 2 22^^^^^^ ^ ^1( ) ( ) ( )01( ) si n0022 ( 0)()AB( 0)a r c c [ ]( 0) ( 0)( 0), ( 0), ( 0) ( ) , ( ) 0 ,TR x x t x t dtTTTx x t dt A t dtTAA R xytR x yosR x R yR x R y R x y x t y t????????????????當(dāng) =0 時 ， 有 ：1R (0) =T所 以 得 ：同 理 求 出 函 數(shù) 的 幅 值 為 ：B= 2R y(0 )當(dāng) 求 出 ， 后 即 可 求 出 相 位 差 為 ：式 中 分 別 是 在 時 的 估 計 值其 函^2^2^:1( 0) ( ) ( 0)01( 0) ( ) ( 0)01( 0) ( ) ( ) ( 0)0TR x x t dtTTR y y t dtTTR x y x t y t dtT????????????數(shù) 表 達(dá) 式 可 寫 為 3）互相關(guān)函數(shù)的離散表達(dá)式 當(dāng)用計算機進行處理時，必須對被測信號進行采樣，連續(xù)信號 ()xt 變?yōu)殡x散時間序列 ( ) , 0 , 1, 2 , ... , 1x n n k??。計算相關(guān)函數(shù)的積分表達(dá)式變?yōu)榍蠛褪?，可表示為? 1^201^201^01( 0) ( )1( 0) ( )1( 0) ( ) ( )knknknR x x nnR y y nnR xy x n y nnk????????????式 中 為 采 樣 點 數(shù) . 頻譜分析法測量相位差原理 該方法是通過對被檢測信號進行頻譜分析，獲得信號的相頻特性，然后計算兩信號在主頻率處的差值即可測得兩個信號的相位差。 在以計算機為核心的虛擬測試儀中，模擬信號 ()xt 在進入計算機前先 經(jīng)采樣器將連續(xù)信號變?yōu)殡x散時間信號，而后再經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換器變?yōu)殡x散信號。在虛擬儀器系統(tǒng)中，相位差測量的信號