機械工程測試技術——

計算機測試技術(5)第六章內容概述系統(tǒng)組成技術智能儀表虛擬儀器重點信號采樣與保持的工作原理數模及模數轉換的原理與技術指標常見的A/D通道方式智能儀表的概念與組成虛擬儀器的概念及基本設計方法測試系統(tǒng)設計的一般步驟抗干擾設計方法1、概述

定義以計算機為核心、完成測試任務的技術基于計算機的測試：測量、分析與處理利用計算機的可編程快速處理和大容量數據管理功能適用：測點多、數據量大、監(jiān)測任務重、分析要求高（在線、遠程、診斷、推理）1、概述

組成結構組成硬件信號調理：隔離、放大、濾波數據采集：采集板/卡/器模擬開關、采樣保持、AD轉換計算機：PC、IPC、CPCI、VXI1、概述

組成

軟件采集/監(jiān)測軟件分析軟件數據庫管理軟件

特點成本優(yōu)勢：PC資源功能優(yōu)勢：數據處理量大、快速，分析手段豐富、靈活發(fā)展優(yōu)勢：具有通用性和發(fā)展前景1、概述

典型框圖放大器DC/DC模擬開關FIFO緩存A/D采保通道邏輯定時計數數據緩沖地址邏輯控制、狀態(tài)邏輯晶振計算機/軟件信號調理ch1ch2ch3ch32傳感單元數據采集時序控制——硬件采樣間隔/頻率；通道切換S/H、A/D控制；觸發(fā)參數設定——軟件通道數；采樣間隔/頻率采樣長度N；采集方式數據讀取——編程數據采集具有N個采樣區(qū)間為⊿t的量化過程采集樣本：T=N.⊿t⊿t內的量化過程：

啟動轉換→轉換結束→輸出數字量A/D轉換開始到結束時保持輸入信號的電平不變保證轉換精度保持電路A/D轉換結束后又能跟蹤輸入信號的變化采樣電路2、系統(tǒng)組成技術

基本單元多路開關程控放大采樣保持DA轉換AD轉換2、系統(tǒng)組成技術

放大器DC/DC模擬開關A/D采保ch1ch2ch3ch32??多路開關功能將多路被測信號分別傳送到所共用的一路A/D轉換器進行轉換——以低成本實現(xiàn)多通道參數的采集類型多路開關（多到一）：多路輸入到一路AD反多路開關（一到多）：一路DA到多路輸出單向多路開關：輸入輸出，如地址總線雙向多路開關：輸入輸出，如數據總線2、系統(tǒng)組成技術

放大器DC/DC模擬開關A/D采保ch1ch2ch3ch32??多路開關基本電路：多對一

2、系統(tǒng)組成技術

放大器DC/DC模擬開關A/D采保ch1ch2ch3ch32??多路開關基本電路：一對多

2、系統(tǒng)組成技術

放大器DC/DC模擬開關A/D采保ch1ch2ch3ch32??多路開關基本電路

2、系統(tǒng)組成技術

放大器DC/DC模擬開關A/D采保ch1ch2ch3ch32??多路開關指標

導通與斷開電阻

接通電阻為零（實際<100）

斷開電阻無窮大（實際>109

）切換速度：一般1us~1ns隔離：各通過之間的串擾，80db實例集成電路模擬開關：結構緊湊、內部有譯碼器、使用方面、轉換速度快、壽命長等干簧繼電器：結構簡單、閉合接觸電阻小而斷開時阻抗高、不受環(huán)境溫度影響等2、系統(tǒng)組成技術

放大器DC/DC模擬開關A/D采保ch1ch2ch3ch32??采樣保持功能：對被測信號的實時跟蹤、精確取值采集過程的兩個基本狀態(tài)：采集前的信號跟蹤采集時刻的信號凍結——對固定信號進行量化2、系統(tǒng)組成技術

放大器DC/DC模擬開關A/D采保ch1ch2ch3ch32??采樣保持功能

2、系統(tǒng)組成技術

放大器DC/DC模擬開關A/D采保ch1ch2ch3ch32??采樣保持指標：捕捉時間TACS輸入值

，取決于CH孔徑時間TAPH開關斷開——斷開速度保持建立時間THS

開關斷開穩(wěn)定衰減率

H內VC的下降速率，漏電，負載2、系統(tǒng)組成技術

SH數—模換技術D/A轉換器（簡稱DAC）將數字信號轉換為電壓或電流信號用途：數字控制數字合成模擬信號逐次逼近式ADC中的反饋環(huán)節(jié)（逐次比較、逼近）

2、系統(tǒng)組成技術

數—模換技術D/A轉換器（簡稱DAC）表達式輸入的數字量：a1

－最高有效位MSB，取值0、1an

－最低有效位LSB，取值0、1n－D/A轉換器有效輸入數字量的位數參考電壓：UR輸出的模擬電壓：2、系統(tǒng)組成技術

11111111bLSBMSB量化單位q數—模換技術D/A轉換器——DAC解碼網絡2、系統(tǒng)組成技術

…T型解碼網絡數—模換技術D/A轉換器（簡稱DAC）性能參數

分辨率：輸入量單位數碼（一個LSB）變化時，對應的模擬輸出量的變化量，也用數模轉換器的位數表示（最高位符號）標稱滿量程NFS：數字量2n－1對應的模擬輸出量

±5V、±10V精度：主要是分辨率，零點、增益誤差，非線性度和噪聲響應時間：輸出量穩(wěn)定到相應數值范圍所用的時間2、系統(tǒng)組成技術

數—模換技術A/D轉換器（簡稱ADC）定義：將模擬量轉換為一定碼制的數字量的器件或裝置分類：跟蹤比較、逐次比較、并行比較、雙積分2、系統(tǒng)組成技術

放大器DC/DC模擬開關A/D采保ch1ch2ch3ch32??極性判斷誤差控制數—模換技術并行比較8個電壓等級：只用7級7個比較器：輸出I1～I73位編碼數字量輸出2、系統(tǒng)組成技術

數—模換技術A/D轉換器（簡稱ADC）性能參數AD位數：二進制或BCD碼的位數，如12位、16位分辨力:最低有效位數LSB，也稱量化階

如：12位A/D轉換器、量程±5V，則分辨率為：

量化誤差：最大為±1/2LSB，分布為均勻分布轉換時間：完成一次A/D轉換的時間，倒數為轉換速度/通過率2、系統(tǒng)組成技術

放大器DC/DC模擬開關A/D采保ch1ch2ch3ch32??數—模換技術A/D轉換器（簡稱ADC）示例鐵康銅熱電偶進行溫度測量，在0-450℃的溫度范圍內輸出的電壓值是0-25mV，若要求設計的測量裝置達到0.1℃的測溫分辨率，如何選A/D轉換器？分析

0-450℃的溫度范圍對應測量范圍0-25mV，即M=25mV

最小分辨率：分辨0.1℃，對應電壓為q＝5.5μV解題

M=25000μV、q＝5.5μV，

所以，A/D轉換器的位數應該大于13位16位

q＝0.76V2、系統(tǒng)組成技術

放大器DC/DC模擬開關A/D采保ch1ch2ch3ch32??數—模換技術A/D轉換器（簡稱ADC）選擇原則AD位數位數：12位、16位、24位精度：成本轉換時間實際采樣間隔：采樣定理、采集方式成本2、系統(tǒng)組成技術

放大器DC/DC模擬開關A/D采保ch1ch2ch3ch32??A/D通道方案確定考慮問題：多個模擬信號性質：快變、慢變；靜態(tài)、動態(tài)采集效率成本不同的采集要求分別采集：信號之間沒有嚴格關系并行采集2、系統(tǒng)組成技術

放大器DC/DC模擬開關A/D采保ch1ch2ch3ch32??A/D通道方案確定無采保的A/D通道應用：直流/低頻信號輸入信號的最大變化率：

⊿t一定，允許輸入信號變化速率的上限也就確定變化大信號的則要求⊿t??；直流信號則要求⊿t大2、系統(tǒng)組成技術

放大器DC/DC模擬開關A/Dch1ch2ch3ch32??示例：M＝10V、n＝12、⊿t＝0.1s變化率小于0.05V/s的輸入信號，采集前可不用加采保ΔtA/D通道方案確定帶采保的A/D通道應用：不考慮相位，各種信號輸入信號的最大變化率：（取決于保持時間）采保＋A/DADC2、系統(tǒng)組成技術

放大器模擬開關FIFO緩存A/D采保ch1ch2ch3ch32??ADCA/D通道方案確定帶采保的A/D通道——多通道巡回采集ADC采樣間隔——一次轉換

最高采樣頻率——硬件能力每路信號的采樣間隔每個通道的采樣頻率2、系統(tǒng)組成技術

放大器模擬開關FIFO緩存A/D采保ch1ch2ch3ch32??ADC模擬開關、放大器的時間如何考慮？在前一個通道的信號處于保持階段，就可以考慮通道的切換A/D通道方案確定帶采保的A/D通道——多通道巡回采集二者關系

等速采集、巡回切換n通道2、系統(tǒng)組成技術

放大器模擬開關FIFO緩存A/D采保ch1ch2ch3ch32??ADC采樣間隔⊿tCHA/D通道方案確定帶采保的A/D通道——多通道巡回采集二者關系如果在⊿t/n時間內ADC可完成一次采集，則在⊿t內可巡回采集n個通道，而且保證均每一通道有相同的采樣頻率fs=1/⊿tADC采樣間隔：⊿t/n；ADC采樣頻率n/⊿t每一通道/信號采樣間隔：⊿t；信號采樣頻率1/⊿t2、系統(tǒng)組成技術

問題：10個通道輸入，每個通道采樣間隔為100微秒，做等間隔巡回采集，則要求ADC的采樣間隔為多少？A/D通道方案確定帶同時采保的A/D通道——偽并行采集二者關系每個⊿t中，所有通道的信號電平先同時采樣保持，再巡回采集，從而保證所有通道嚴格同時刻采集。ADC(最小)采樣間隔：⊿t/n；ADC采樣頻率n/⊿t每一通道（信號）采樣間隔：⊿t；信號采樣頻率1/⊿t

2、系統(tǒng)組成技術

ADCch1ch2ch3ch32??放大器模擬開關FIFO緩存A/D采保采樣保持??A/D通道方案確定多通道巡回采集中通道的分布通道分布編號：ch1、ch2、ch3、ch4、……、ch32①頻率范圍相同的模擬信號分配到相鄰的一段A/D通道上如ch1~~ch10或ch12~~ch17②不同類型段的A/D通道分開采集——不同的采樣頻率

2、系統(tǒng)組成技術

放大器模擬開關FIFO緩存A/D采保ch1ch2ch3ch32??ADCch1ch2ch3ch32??模擬開關采樣保持??振動慢變加速度A/D通道方案確定多通道并行A/D通道——并行采集多塊低速的ADC芯片、嚴格同步采集獨立的通道，各通道間具有較好的隔離度性價比較高

ADC采樣間隔就是信號采樣間隔2、系統(tǒng)組成技術

應用：高速實時系統(tǒng)高頻信號采集數據采集硬件（采集卡/器）指標A/D位數（也可表示分辨率）:位數越多，量化誤差越小，分辨力越高。常用有8位、10位、12位、16位等最高采樣頻率：夠重復進行數據轉換的最高速度，即每秒完成信號轉換的最高次數，對應的為A/DC最小采樣間隔。一般可編程控制。如最高采樣頻率333KHz，則A/DC最小采樣間隔為3μs，可在3μs-500ms之間可控量程（輸入范圍）：A/D轉換器所能轉換模擬信號的電壓范圍。一般有±5V、±10V精度:反映輸出數碼的實際模擬輸入電壓與理想模擬輸入電壓之差，定義滿量程下包含增益誤差、偏移誤差、非線性誤差，量化誤差等在內的相對精度。如小于0.05％2、系統(tǒng)組成技術

數據采集硬件（采集卡/器）指標模入通道：能巡回或并行進行采集的輸入通道數。對于巡回采集：8、16、32；對于并行采集：2、4、8輸入阻抗:反映隔離信號源的能力。一般大于100MΩ程控增益：1、2、4、8、16倍等（選項）任意設定采樣通道數,可通道自動掃描采集先進先出(FIFO)緩存,可自動數據塊采集觸發(fā)方式:定時器觸發(fā),可外啟動采集采集方式:查詢、中斷、DMA2、系統(tǒng)組成技術

數據采集硬件（采集卡/器）產品——PC/PCI總線數據采集板2、系統(tǒng)組成技術

NIPCI-622116-Bit,250kS/s,16AnalogInputsTwo16-bitanalogoutputs(833kS/s)24digitalI/O、32-bitcounters、digitaltriggering

數據采集硬件（采集卡/器）產品——PC/PCMCIA總線數據采集板2、系統(tǒng)組成技術

NIPCMCIA-51022-channelssimultaneouslysampled20MS/sreal-timesampling15MHzbandwidth±50mVto±5Vinputrange數據采集硬件（采集卡/器）產品USB總線數據采集模塊——NIUSB-92152、系統(tǒng)組成技術

高速串行總線：USB2.0有三種速度低速（1.5Mb/s）全速（12Mb/s）高速（480Mb/s）只要有USB口，即插即用，可在不改變I/O資源或重新啟機下使用總線供電采樣速率可達500kHz/s數據采集硬件（采集卡/器）產品——cPCI總線數據采集2、系統(tǒng)組成技術

NIPXI-44728路同步采樣模擬輸入通道24位精度120dB動態(tài)范圍102.4kS/s最高采樣速度45kHz無混疊帶寬模擬與數字觸發(fā)定義含有微計算機或微處理器的測量儀器精度、速度、測試能力和工作效率3、智能儀器數字式測溫計數字式超聲波探傷儀數據采集和振動分析模擬式萬用表基本特征測量過程軟件控制測量過程量程切換極性判別調零放大過載保護結果輸出狀態(tài)檢測實現(xiàn)硬件實現(xiàn)：結構、體積、成本軟件實現(xiàn)：流程控制轉換、邏輯、驅動智能、靈活3、智能儀器模擬式萬用表

數字式測溫計基本特征數據處理能力強——處理器的存儲、運算能力測量精度傳統(tǒng)儀器手工事后數據處理、方法有限主觀因素影響成分大智能儀器軟件實現(xiàn)算法——標準偏差、曲線擬合在線修正——自動補償結果直接存儲處理數據的存儲、回放數據再處理——深加工、多用途3、智能儀器數據采集和振動分析基本特征多功能化一機多用同類量的各種參數的測量電力分析儀：多相電壓、電流、功率、功率因數振動分析儀：加速度、速度、位移參數的系列化處理參數的關鍵指標：均值、有效值、峰值、谷值參數的過程處理定時測量、設限報警、自動打印預定制功能：選擇功能模塊3、智能儀器

多相功率分析儀3、智能儀器特點微處理器化——核心與關鍵總線結構和標準化接口

總線結構：內部的模塊協(xié)調、控制、數據通道

標準化接口：對外交流體積小、操作簡捷、方便（硬件軟件化）

濾波器、FFT、變換、運算模塊式、積木式發(fā)展

組合：形成不同規(guī)模、不同功能的測量系統(tǒng)類型微機內置式——以CPU為核心工業(yè)監(jiān)控、科學試驗、家用電器3、智能儀器類型微機擴展式——以PC機為核心PC機資源監(jiān)測診斷3、智能儀器VI軟件子系統(tǒng)

數據采集卡

信號處理板信號處理板信號處理板信號處理板PC計算機DAS子系統(tǒng)

數據采集卡

數據采集卡

3、智能儀器基本組成：微機＋輸入通道信號調理電路采樣保持電路A/D轉換電路輸出通道V/I轉換電路開關量輸出電路D/A轉換電路人機界面輸入鍵盤輸出顯示3、智能儀器基本組成輸入通道信號調理電路隔離振動/位移處理驅動振動/位移0~-20V電壓±5V隔離濾波、放大驅動電壓±5V電流4~20mA電壓±5V隔離變換、整形驅動轉速脈沖電壓±5V信號調理模塊：分類處理3、智能儀器基本組成輸出通道VI轉換電路電流信號衰減小，抗干擾性強，遠距離傳輸常規(guī)工業(yè)儀表是以電流方式配接信號調理及模數轉換通常是針對電壓信號I－V轉換：標準電阻V－I轉換：負載共電源、負載共地3、智能儀器基本組成輸出通道V－I轉換電路：負載共電源方式輸出量為電流，與輸入電壓成正比輸出電流和負載電阻無關采樣電流的電阻基本不受限制正電源：Vcc>（Rf＋RL）IomaxA+-+VccRL負載電阻RfIfVfViI0取樣電阻Io3、智能儀器基本組成輸出通道V－I轉換電路：負載共地方式輸出電流和負載電阻無關A+-+VccRfViI0R2R2RRL負載電阻R1R1電阻選配:R1,R2>>Rf正電源：Vcc>（Rf＋RL）IomaxIi3、智能儀器基本組成輸出通道開關量輸出電路對只有兩種狀態(tài)的執(zhí)行機構或器件進行控制隔離和驅動：提高抗干擾性隔離——光電耦合器、繼電器驅動——TTL電路、OC門DB存儲器CPU地址譯碼隔離驅動AB3、智能儀器基本組成人機界面輸入鍵盤：人機1)非編碼鍵盤/行列式鍵盤鍵盤形式：4X4、3X8、2X8陣列按鍵定位：需要確定被按下鍵所處的行和列定義類型：實際功能適合于按鍵輸入多的情況編程復雜：分別加電，判斷按鍵分別加電測試按鍵3、智能儀器基本組成人機界面輸入鍵盤2)編碼式鍵盤/獨立式鍵盤按下的鍵對應固定編碼00000——S100001——S200010——S300011——S4edcba根據編碼直接確定被按鍵執(zhí)行對應的功能勿需知道所按鍵的具體位置適合于按鍵輸入不多的情況c2Kabed+24VS1S2S3S43、智能儀器基本組成人機界面輸出顯示：機人，測量（過程、結果）可視化模擬式顯示記錄儀：指針式顯示終端（大型顯示設備）：CRT——顯示圖形和字符3、智能儀器基本組成人機界面輸出顯示：機人，測量（過程、結果）可視化數字式發(fā)光二極管（LED）：工作電壓低、響應速度快、壽命長、工作穩(wěn)定、可靠性高、體積小、重量輕液晶顯示器（LCD）：功耗低、可直接與微處理器相連、簡單、可靠其它：熒光、輝光、等離子數碼管3、智能儀器功能模塊——體現(xiàn)智能化的功能模塊，支持儀器穩(wěn)定、可靠、高精度測量量程自動切換——基本功能衰減器K1控制切換前置衰減K3控制切換放大器輸出衰減放大器K2控制放大器倍數接口及開關驅動編碼：測量值和量程分檔比較

控制驅動K3、智能儀器功能模塊——體現(xiàn)智能化的功能模塊，支持儀器穩(wěn)定、可靠、高精度測量非線性校正——解決電路的非線性問題傳統(tǒng)儀器——校正電路輸入信號特性補償電路特性輸出信號特性智能儀器：

a、插值法

分段插值，多個靈敏度S3、智能儀器功能模塊——體現(xiàn)智能化的功能模塊，支持儀器穩(wěn)定、可靠、高精度測量非線性校正——解決電路的非線性問題

b、查表法特性曲線數值化根據測量來查輸入值

c、曲線擬合：最小二乘法

可獲得較高校正精度數表3、智能儀器功能模塊——體現(xiàn)智能化的功能模塊，支持儀器穩(wěn)定、可靠、高精度測量零位誤差與增益誤差校正自校零

輸入短路，測量零位值自校準

輸入接入基準電壓，建立誤差校準模型Vx放大電路A/D轉換主機電路Vc短路輸入電壓基準電壓3、智能儀器功能模塊——體現(xiàn)智能化的功能模塊，支持儀器穩(wěn)定、可靠、高精度測量溫度誤差的補償硬件補償：線路復雜，成本高軟件補償：靈活多變增加溫度元件，測溫溫度誤差模型：理論/實驗獲取校正方程和校正值發(fā)展4、虛擬儀器

第一代：模擬儀器第二代：數字化儀器第三代：智能儀器第四代：虛擬儀器數字電路微處理器計算機概念測試領域面臨的主要挑戰(zhàn)：

——成本增加、使用復雜產品功能劇增，測試儀器不斷擴增不同階段使用不同精度、不同功能的模擬儀器項目、產品轉向，造成投資浪費儀器互聯(lián)和綜合處理日益復雜——接口開發(fā)4、虛擬儀器

概念解決辦法：開放、標準硬件的標準化——資源共享軟件的模塊化——避免重復開發(fā)系統(tǒng)的開放化——儀器間的資源共享編程平臺的圖形化硬件模塊的即插即用化4、虛擬儀器

VXI機箱數據采集板FullyProgrammableSystemGUIIEEE488RackStackSystemAnalogInstrumentationVirtualInstrumentation概念

4、虛擬儀器

傳統(tǒng)儀器廠商定義功能虛擬儀器用戶定義功能ControlPanelFlowPressureAlarmConditionsSTOPTemperature概念傳統(tǒng)儀器

廠商定義儀器功能關鍵是硬件開發(fā)與維護開銷高技術更新周期長（5～10年）價格昂貴封閉、固定功能單一、互聯(lián)有限獨立設備4、虛擬儀器

概念虛擬儀器：VirtualInstrumentation

在開放架構基礎上創(chuàng)建用戶定義的測試系統(tǒng)

用戶定義功能關鍵是軟件——軟件即儀器開發(fā)與維護費用低（軟件）技術更新周期短（1～2年）價格低、可復用與可重配置性強開放、靈活，可與計算機技術保持同步發(fā)展與網絡及其它周邊設備方便互聯(lián)面向應用的儀器系統(tǒng)4、虛擬儀器

概念

“虛擬”含義虛擬的儀器面板由軟件實現(xiàn)儀器的測量功能（軟件就是儀器）4、虛擬儀器

以軟件代替硬件、以圖形代替代碼、以組態(tài)代替編程、以虛擬代替固定。概念4、虛擬儀器

傳統(tǒng)儀器虛擬儀器儀器定義廠家用戶功能設定功能特定，與其它設備連接受到限制。面向應用的系統(tǒng)結構，可方便地與網絡設備、外設和其它設備連接。關鍵環(huán)節(jié)硬件軟件開放性封閉式系統(tǒng)，功能固定，不能改變?；谟嬎銠C技術的開放式系統(tǒng)，靈活的軟件功能模塊。性能價格比低高，可重復使用。技術更新速度慢（周期5~10年）快（周期1~2年）開發(fā)維護開發(fā)維護費用高軟件結構，節(jié)省費用組成4、虛擬儀器

硬件（電子線路）硬件（電子線路）硬件（顯示器與旋鈕）硬件（電子線路）計算機軟件（算法）

計算機硬件（顯示器與虛擬旋鈕）傳統(tǒng)儀器虛擬儀器計算機系統(tǒng)資源結果表達與儀器控制數據采集信號處理功能組成4、虛擬儀器

儀器硬件：僅僅是為了解決信號的輸入輸出

標準：協(xié)調各個模塊測試工作，如GBIP、VXI

模塊化的I/O硬件數據采集信號條理聲音和振動測量運動控制分布式I/O4、虛擬儀器

儀器硬件：

DAQ（DataAcquisition）——數據采集板定時與控制能力：無有大量支持板卡直接利用標準的計算機總線、接口，沒有儀器所需的總線性能4、虛擬儀器

儀器硬件：

SCXI——信號調理板、提高測試系統(tǒng)的質量

SignalConditioningeXtensionsforInstrumentation放大——小信號、熱電偶（μv），提高系統(tǒng)信噪比濾波——動態(tài)信號，消除噪聲、抗混疊——模擬/數字濾波器隔離——避免接地不當（造成測量不準、損壞DAQ板卡及VI統(tǒng)）光隔離（optical）磁隔離（magnetic）電容隔離（capacitive）差分輸入、單點接地、專用隔離器件4、虛擬儀器

信號調理棧便攜、低成本多路調理:20適合各種類型信號每路調理可選輸出可直接連DAQ儀器硬件：

GPIB（GeneralPurposeInterfaceBus）

——通用接口總線（IEEE488儀器控制標準）——多臺協(xié)調工作一種用于實驗室、工業(yè)的數據采集和控制的標準總線8位的并行協(xié)議、傳輸率低于1Mbytes/s標準電纜最多控制14臺儀器有大量支持其標準的儀器通過計算機，對傳統(tǒng)儀器功能的擴展和延伸

4、虛擬儀器

GPIB電纜儀器硬件：

VXI（VMEbus

eXtensionaforInstrumentation

）計算機控制的模塊化自動儀器系統(tǒng)VME——VersatileBach－planeBus、萬用背板總線

(可靠性極高，散熱性能好，易于安裝和移動)8、16、32位（可擴至64位）吞吐率：40MB/s（VME80MB/s）8TTL觸發(fā)線、8ECL邏輯信號即插即用有大量支持其標準的產品——政府、軍事、研究第一次構建尚需較大的投資強度4、虛擬儀器

儀器硬件：

VXI（VMEbus

eXtensionaforInstrumentation

）

4、虛擬儀器

主機箱背板總線VME總線時鐘和同步總線模塊識別總線觸發(fā)總線局部總線機械規(guī)范Eurocard主動冷卻嵌入模塊0槽控制器A/D模塊D/A模塊I/O模塊….儀器硬件：

CPCI（CompactPCI）——緊湊型PCI

以PCI電氣規(guī)范為標準的高性能工業(yè)用總線PCI標準的經濟有效和靈活性已經取代VME以及STD工業(yè)標準采用Eurocard封裝電源和信號引線支持熱插拔規(guī)范（VMEbus

eXtensionaforInstrumentation

）

4、虛擬儀器

儀器硬件：

CPCI4、虛擬儀器

PCI總線歐洲卡封裝優(yōu)良的IEC連接器CompactPCI儀器硬件：

PXI（PCIeXtensionsforInstrumentation）

4、虛擬儀器

CompactPCI儀器硬件：

PXI（PCIeXtensionsforInstrumentation）

4、虛擬儀器

主機箱接口連接器:2組32-bitPCI64-bitPXI特性機械規(guī)范主動冷卻嵌入模塊系統(tǒng)槽模塊A/D模塊D/A模塊I/O模塊….總線上增加信號（PXI特性）參考時鐘——模塊同步觸發(fā)總線8根（TTL）——事件、星形觸發(fā)線——觸發(fā)精確控制局部總線13根——高速TTL或0～24V模擬信號的相鄰模塊內部傳遞儀器硬件：

LXI（LANeXtensionforInstrumentation）網絡變遷：以太網接口：一方面在不斷發(fā)展，

10/100/1000

，另一方面是100%向后兼容

4、虛擬儀器

儀器硬件：

LXI（LANeXtensionforInstrumentation）通過網絡，實現(xiàn)測量模塊的協(xié)調工作網絡接口的價值：用戶已認可，互聯(lián)和共享定時同步：IEEE1588引入LAN，納秒級定時能力LXI儀器等級等級C：具有通過LAN的編程控制能力，可以與其他廠家的儀器很好地協(xié)同工作等級B：擁有等級C的一切能力，并且加上了IEEE1588網絡實時同步標準等級A：擁有等級B的一切能力，同時具備硬件觸發(fā)能力4、虛擬儀器

儀器硬件：

LXI（LANeXtensionforInstrumentation）寬度為482.6mm（19英寸）的標準機箱高度分1U、2U、3U和4U（單位U＝44.45mm）LXI器件的最小單元是1U半寬度機箱4、虛擬儀器

前面板

輸入信號連接器后面板

LAN接口、電源及開關、觸發(fā)儀器硬件：

RS－232C（全稱EIA-RS-232C）帶RS－232串口的儀器越來越少，主要是RS－232速度低、傳輸距離短高速、可長距離傳輸的串口RS－422/RS－485最大傳輸距離為1219米，最大傳輸速率為10Mbits/s。一般100米長的雙絞線上所能獲得的最大傳輸速率僅為1Mbits/s。支持點對多的雙向通信

4、虛擬儀器

串口儀器硬件：通用計算機各種PC機、便攜機運算/處理能力顯示/表現(xiàn)能力存貯能力促進VI發(fā)展的動力4、虛擬儀器

軟件系統(tǒng)：軟件就是儀器ThesoftwareistheInstrument

就是利用計算機的硬/軟件資源，使本來需要硬件實現(xiàn)的技術軟件化（虛擬化），以便最大限度地降低系統(tǒng)成本，增強系統(tǒng)的功能與靈活性。虛擬儀器的軟件框架從低層到頂層，包括三部分：VISA庫：VI軟件體系結構、計算機與儀器之間的軟件層連接標準的I/O函數庫及其相關規(guī)范儀器驅動程序：特定儀器控制與通信的軟件程序集應用軟件：直接面對用戶，提供直觀友好數據分析與處理功能4、虛擬儀器

4、虛擬儀器

儀器硬件Windows硬件抽象層HAL

DAQ接口模塊數據傳輸可視化信號分析數據采集應用程序DLL庫VISA庫儀器驅動程序虛擬儀器軟件結構LabVIEWLabWindows/CVIComponentWorksVisualBasicC/C++...軟件系統(tǒng)構造、應用VI的關鍵——軟件就是儀器集成開發(fā)環(huán)境——可視化、圖形化、零編程高水平的儀器硬件接口——淡化內含、方便使用用戶接口——控件、模板庫、函數庫、…軟件平臺：LabVIEW、Matlab、DASYLab、

…4、虛擬儀器

軟件系統(tǒng)LabView——圖形化編程語言特點圖形化的儀器編程環(huán)境使用圖形語言（即各種圖標、圖形符號、連線等）編程，界面非常直觀形象

大量的儀器面板控件

——表現(xiàn)力4、虛擬儀器

軟件系統(tǒng)LabView特點圖形化的儀器編程環(huán)境

大量的分析、處理和接口功能控件4、虛擬儀器

軟件系統(tǒng)LabView特點圖形化的儀器編程環(huán)境

數據流的可視4、虛擬儀器

整形數蘭色浮點數橙色邏輯量綠色字符串粉色文件路徑青色軟件系統(tǒng)LabView特點圖形化的儀器編程環(huán)境

4、虛擬儀器

VI編程三部分a、前面板——模擬真實儀器的前面板b、框圖程序——對前面板上的控件對象進行控制c、圖標/接線端口——VI程序封裝成控件/模塊軟件系統(tǒng)LabView特點程序調試手段靈活、多樣框圖程序數據流上設置探針框圖程序節(jié)點上設置斷點、單步執(zhí)行框圖程序可高亮運行——整個框圖程序分解運行4、虛擬儀器

軟件系統(tǒng)LabView特點內置程序編譯器程序采用編譯方式運行32位應用程序運行速度和編譯C的速度相當，避免了一般圖形化編程平臺（按解釋方式工作）運行速度慢的問題。4、虛擬儀器

軟件系統(tǒng)LabView特點功能強大的函數庫儀器驅動程序庫（含600多個）基本函數庫

——數學函數、數據運算、文件I/O高級分析庫，可增強程序的處理能力。

——信號處理、加窗、濾波、擬合、線性代數、矩陣運算、概率與統(tǒng)計、控制工具箱等4、虛擬儀器

高級分析庫調試模塊引擎編輯模塊運行模塊圖形化元素庫儀器接口模塊儀器驅動程序庫基本函數庫軟件系統(tǒng)LabView特點支持多種系統(tǒng)平臺WindowsNT/95/2000/XP實時Unix系統(tǒng)平臺LabView應用程序的直接移植開放式的開發(fā)平臺提供調用其它軟件平臺編譯的模塊的接口：DLL庫接口CIN接口——調用C語言程序的通用方法提供對OLE的支持4、虛擬儀器

軟件系統(tǒng)LabView特點網絡功能支持TCP/IP、動態(tài)數據交換（DDE）、IAC等DataSocket——封裝的TCP/IP通訊協(xié)議在不同網絡節(jié)點間進行數據或信息的傳輸、共享遠程測試測試發(fā)布4、虛擬儀器

DataSocketEthernet本地測試節(jié)點遠程節(jié)點LabView

開發(fā)舉例儀器計量方面：普通儀器示波器、邏輯分析儀、頻譜儀、信號發(fā)生器專用測量方面：專用探頭＋軟件＝專用的測量系統(tǒng)機械設備狀態(tài)、汽車發(fā)動機參數、汽油標號、爐窯溫度、血液脈搏波、心電參數等多種檢測和監(jiān)測自動控制和工業(yè)控制領域：卓越計算能力＋巨大數據吞吐能力溫控系統(tǒng)、在線監(jiān)測系統(tǒng)、電力儀表系統(tǒng)、流程控制系統(tǒng)4、虛擬儀器

LabView

開發(fā)舉例示波器4、虛擬儀器

雙通道示波器觸發(fā)：內和外時基控制幅值控制LabView

開發(fā)舉例4、虛擬儀器

LabView

開發(fā)舉例振動分析4、虛擬儀器

振動分析采集時域分析頻域分析LabView

開發(fā)舉例混合過程控制4、虛擬儀器

溫度測量加熱控制開發(fā)舉例采集監(jiān)測4、虛擬儀器

開發(fā)舉例數據分析4、虛擬儀器

基本原則測量裝置選用滿足關鍵指標、合理的帶寬、接口標準誤差分配綜合誤差最小或合成不確定度最小直接測量量的測量精度適中，降低難度傳感器選用

優(yōu)先考慮功能、然后再是指標其它5、測試系統(tǒng)設計步驟目的任務：參數監(jiān)測/檢測/監(jiān)控；參數計算（功率測量、傳遞函數）；物理參數的確定；信息量的確定環(huán)境：高壓、高溫、高沖擊；工作介質(水、油、空氣或蒸氣)；被測表面(材質、偏差)功能在線測量/離線測量/數據存儲/數據發(fā)布/數據傳輸周期快速構建：現(xiàn)有測試模塊和測試單元長遠規(guī)劃：精心選擇、科學組建5、測試系統(tǒng)設計步驟成本簡易：傳感器＋電壓表；傳感器＋A/D板＋計算機適中：傳感器＋信號處理＋信號測量先進：傳感器＋信號處理＋測量、分析、傳輸指標非線性度、精度、量程、分辨率；穩(wěn)定性、溫漂、零漂頻響被測參數振動、位移、溫度、轉速、壓力、扭矩5、測試系統(tǒng)設計步驟選擇傳感器指標：靈敏度、線性范圍、精確度、響應特性、測量方式工程考慮傳感器種類越少越好合并：位移＋振動類型優(yōu)化：一種傳感器多種測量(渦流傳感器：位移、振動、轉速)輸出標準：減少信號處理難度

電流4~20mA、電壓±5V;數字通訊（TCP/IP）5、測試系統(tǒng)設計步驟測試部位對被測量的影響對傳感器的影響

測試方法：基于計算機的測試、傳統(tǒng)測試、簡單測試測試系統(tǒng)性能指標成本人機交互界面5、測試系統(tǒng)設計切角面3x探頭直徑圓柱面3x探頭直徑傳感器抗干擾干擾源外部干擾——環(huán)境電磁場、振動、溫度、濕度等內部干擾——電路元器件干擾信號回路干擾負載回路干擾電源干擾數字電路干擾5、測試系統(tǒng)設計抗干擾干擾傳播路徑靜電感應：導體之間通過分布電容耦合到的有效輸入成分。電磁感應：變化的電流通過互感作用在另一回路中引起的感應電動勢。公共阻抗：阻抗不等的兩個電路與另一公共阻抗串聯(lián)產生的干擾。輻射電磁干擾：周圍強烈的電磁場產生的感應電動勢造成的干擾。漏電流干擾：電器元件絕緣不良或功率器件間距不夠產生的漏電現(xiàn)象。5、測試系統(tǒng)設計抗干擾接地技術