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关键词： 虚拟仪器   LabVIEW   虚拟实验室  

摘要： 本文讨论了基于LabVIEW的虚拟实验室的建设,采用虚拟技术实现了更开放、更新颖的实验平台,提出了实现原理与构成方案,设计了硬件系统和软件系统,并利用LabVIEW软件编程设计了实验室常用的仪器设备。这些虚拟仪器并不是仿真软件,而是实用的工具,可以很好的工作,与实际的仪器设备功能基本一致。现已在学校的仿真与虚拟实验室投入使用,结果证明虚拟实验室具有良好的实验效果。

关键词： 现场总线   虚拟仪器   远程监控   S7-200 PLC  

摘要： 随着计算机技术、通信技术、控制技术的发展,信号数字化、控制智能化、通信网络化的开放式系统成为测试控制领域的发展方向。现场总线与计算机网络技术在工业控制领域应用越来越广泛。Modbus现场总线作为一种有效支持实时分布式测试控制的总线,以其稳定性好,可靠性高,抗干扰能力强,维护成本低及其独特的设计越来越受到人们的重视,因此基于Modbus现场总线的测控系统的研究和开发具有非常现实的意义。 本文以虚拟仪器和现场总线技术为基础,提出了Modbus现场总线与虚拟仪器技术相融合的远程监控系统,该系统借助于Modbus现场总线技术,可以实现分布式监控,使得虚拟仪器技术可应用于大型的监控系统。同时,结合了虚拟仪器技术的现场总线测控系统,能提供统一、友好的人机界面,并可以简单快捷地实现远程监控,适应当代多网合一的发展要求。这是本文的创新点。 本文以S7-200 PLC作为现场测控设备,首先研究了自由端口通信在上位PC机与S7-200 PLC之间Modbus数据信息传输中的应用原理,详细论述了基于LabVIEW的上位PC机和下位机PLC的通信程序的设计思路以及具体实现过程。其次,本文深入研究并探讨了基于TCP/IP、Remote Panels以及DataSocket远程通信技术,设计了以Remote Panels技术为核心的远程监控系统,实现了数据的远程传输、共享和交互控制。 本文在分析变频恒压供水监控系统的基础上,完成了以变频恒压供水为对象的远程监控系统的软件编程和调试工作,并进行了远程控制的试验运行。结果表明了基于虚拟仪器技术和Modbus现场总线的远程监控系统能充分发挥了Modbus现场总线在测控现场的信息交互作用,并体现了虚拟仪器的图形化编程的优势,优化了控制,提高了效率、降低了运行成本,基本实现了远程监控的目标。

关键词： 虚拟仪器技术   LABVIEW   连续语音识别   美尔频率倒谱系数及其差分   矢量量化-隐马尔可夫模型算法  

摘要： 语音识别是指让计算机能听懂人类的语言,并根据语言的内容执行一定的命令或任务,在电话拨号、家电遥控、工业控制、信息查询等领域有着广泛应用。语音识别包括孤立词语音识别、连接词语音识别、连续语音识别,本文主要研究小词汇量非特定人连续语音识别系统的开发与实现。 本文详细阐述了连续语音识别系统的基本原理,研究了识别过程中的特征参数提取、模型选择和识别规则等关键技术。同时,在“硬件的软件化”思想和对信号分析处理的基础上,利用LabVIEW语言和MATLAB语言相结合的方法,开发并设计了基于虚拟仪器技术的连续语音识别系统。将虚拟仪器技术应用于语音识别系统,实现了仪器的软件化,真正体现了“软件就是仪器”的思想。 从语音信号的实时采集开始,对语音信号进行预加重、小波消噪、端点检测等处理,滤除了语音信号中的无声段和噪声段,为语音特征参数的提取提供了有效的语音段,并采用美尔频率倒谱系数及其差分系数相结合的参数特征提取方法,通过矢量量化(VQ)与隐马尔可夫模型(HMM)来实现系统的训练与识别,构建了基于LabVIEW平台的非特定人连续语音识别系统。 通过实验分析及其运行结果表明,利用LabVIEW开发平台构建的非特定人连续语音识别系统,对特定环境下的语音内容无需再训练,移植性好,并且语音样本容易采集,成本比较低廉,对语音内容的识别正确率达到90%左右,基本符合了实际应用的要求,具有一定的实际应用价值。

关键词： 制动防抱系统   测控实验系统   虚拟仪器技术   开发  

摘要： 本文以桑塔纳3000制动防抱系统MK20-I型ABS为研究对象,在不影响其工作性能的前提下,通过对硬件、软件的设计与开发,设计出工作性能可靠的ABS测控实验教学系统。 ABS测控实验系统主要由硬件和软件两部分组成。硬件以传感器、PC机和数据采集卡为核心,辅以信号调理电路和实验台架;软件由应用程序和硬件驱动程序构成。应用程序用于完成信号的采集、显示、打印和数据回放,硬件驱动程序用于数据采集卡工作模式的设置。 在硬件设计方面,文章详细介绍了ABS实验台架、信号调理电路、测控面板的设计。采用三相异步电动机驱动车轮旋转模拟车轮在不同初速度条件下的制动情况,用CAD2007设计出ABS实验台架结构图。根据传感器输出信号的特点,设计出轮速信号、压力信号和电磁阀信号的调理电路,经理论仿真和实际应用,结果表明信号调理电路工作可靠。在测控面板设计中,通过单片机AT89C2051对轮速脉冲进行定时计数计算出轮速值,由芯片MAX7219驱动共阴极数码管显示轮速值。在故障设置部分,采用双排两档开关实现轮速传感器和液压泵等6处故障的设置。 在软件设计方面,本文选用LabVIEW作为软件开发平台,运用虚拟仪器思想和面向对象的设计方法,设计出主控菜单、登陆模块、辅助模块和数据采集模块。数据采集系统可以实时测试轮速、制动压力等信号,并根据轮速信号计算出参考车速、制动减速度、滑移率等参数的大小,同时实现数据流分析、波形打印、波形存储和数据离线处理等功能。文章设计了轮速、压力、减速度、滑移率等参数的采集程序。 最后,对ABS测控实验系统的软、硬件进行调试,结果表明ABS测控实验系统工作可靠,该系统具有人机界面友好、操纵方便、可靠性强等优点,可以用于教学、实验等方面,实现了系统的设计目标。

关键词： 土木工程结构   健康监测系统   损伤诊断   小波分析   虚拟仪器  

摘要： 大型土木工程结构的使用期长达几十年、甚至上百年,环境侵蚀、材料老化和荷载的长期效应、疲劳效应与突变效应等灾害因素的耦合作用将不可避免的导致结构的损伤积累和抗力衰减,从而抵抗自然灾害甚至正常环境作用的能力下降,极端情况下引发灾难性的突发事件,造成极为恶劣的社会影响。 对重大工程结构的结构性能进行实时的监测和诊断,及时发现结构的损伤,并评估其安全性,预测结构的性能变化和剩余寿命并做出维护决定,对提高工程结构的运营效率,保障人民生命财产安全具有极其重大的意义。结构健康监测系统可以实时采集反应结构服役状况的相关数据,采用一定的损伤识别算法判断损伤的位置与程度,及时有效地评估结构的安全性,预测结构的性能变化并对突发事件进行预警,是近年来国际学术研究的热点问题之一。结构健康监测系统涉及许多不同的研究领域,如数据采集系统、信号处理、结构分析等。本文对结构健康监测系统设计和集成中的一些关键技术进行了以下几个方面的研究: (1)开发了光纤光栅传感器和传统电力式传感器同步数据采集系统。该系统采用虚拟仪器开发软件LabVIEW作为开发平台,基于美国MOI公司的Si425光纤光栅解调仪和NI公司的PXI-1044及SCXI-1314数据采集模块,实现了光学传感器和电学传感器的同时同步测量,采用TCP/IP协议进行远程数据传输。 (2)开发了基于LabVIEW和MATLAB混合编程技术的数据处理、分析和损伤识别系统。该系统实现了对采集的信号进行小波消噪、计算信号的单边自功率谱、自相关函数、互相关函数以及利用小波分解识别损伤等功能。 (3)建立了以大型网络数据库SQL Server2000为中心数据库的数据管理系统。利用NI公司的数据库连接工具包Database Connectivity Toolkit实现了LabVIEW和SQLServer 2000间的数据通信,可以方便地实现数据存储以及历史数据查询等功能。 (4)将数据采集系统应用于某大厦模型的地震模拟试验中,试验结果验证了该软件工作的稳定性;以一个二层的钢框架结构为例对监测系统进行了测试,结果表明系统运行稳定可靠,损伤识别准确有效,适合在线的损伤监测、识别和预警。

关键词： 滚动轴承   故障诊断   虚拟仪器   包络解调   冲击脉冲  

摘要： 滚动轴承是发电企业设备中应用最广泛的零部件之一,它的运行状态直接影响到整台机器的功能,所以正确检测轴承故障,对延长其使用寿命、节省使用费用有很大的实际意义。本文首先分析了滚动轴承典型故障的故障机理及其振动特征,详细介绍了滚动轴承振动信号分析与故障诊断的方法;然后针对滚动轴承故障缺陷的特点,分别设计了基于包络解调分析的滚动轴承故障诊断方法、基于振动幅域参数指标的诊断方法和基于冲击脉冲法的滚动轴承故障诊断方法。最后,采用LabVIEW7.1语言,设计研发了基于虚拟仪器技术的滚动轴承故障诊断系统,融合了包络解调分析、振动幅域参数指标、冲击脉冲三种方法,该系统有效地提取了滚动轴承的故障特征,诊断识别出了滚动轴承的故障缺陷。

关键词： 自动检定系统   频谱分析仪   虚拟仪器技术   GPIB   VISA  

摘要： 虚拟仪器技术是现代仪器技术与计算机技术相结合的产物,它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。随着虚拟仪器技术的进步,由各种测量仪器组成的自动测试系统也得到飞速发展。频谱分析仪是信号频域测量的重要工具。在对其进行计量和检定的过程中,由于操作复杂,需要测试的参数多,手动测试相当耗时耗力。本课题在频谱分析仪检定装置的基础上,利用虚拟仪器技术,组建自动测试系统,实现了频谱分析仪的自动检定。 本论文首先介绍了虚拟仪器技术,利用虚拟仪器技术开发了频谱分析仪自动检定系统。论文第二章对自动检定系统的构成和主要功能作了总体描述,然后分别在第三章介绍了系统的硬件组成,在第四章介绍了系统应用软件的开发过程。论文对开发过程中遇到的关键问题比如自动测试中系统的同步问题,对目标点的定位问题等进行了深入探讨,分析问题出现的原因,提出了解决的方案。 最后,本文对课题成果进行了评价、总结,介绍了成果的推广应用情况,并提出了进一步研究和改进等想法。

关键词： 薄膜电阻率   双电测组合法   虚拟仪器技术   自动化测量系统  

摘要： 电阻率是电子材料的重要性能参数,薄膜电阻率的测量备受关注。采用传统四探针电阻率测量方法测量薄膜电阻率,需要加入较多的修正才能得到精确结果,而且手动四探针测量设备很容易划伤薄膜样品。因此,研究薄膜电阻率自动测量系统的测量原理、软硬件集成方法等具有重要意义和应用价值。 在综述比较各种电阻率测量方法的基础上,本研究采用双电测组合法测量薄膜电阻率。首先系统研究双电测组合法薄膜电阻率测量原理,根据自动化测量要求改进电阻率计算方法,极大的简化了相关修正,提高了测量结果的可靠性和精度。其次基于双电测组合法测量原理,使用虚拟仪器技术实现了基于PXI设备的自动测量系统;设计继电器组,结合数据采集卡,实现了电路连接的自动切换,满足了双电测组合法的测量需求;通过步进电机实现了探针位置的精确定位,解决了在测量过程中样品被探针划伤的问题。通过LabVIEW编程实现测量流程的精确控制,消除了电路切换对测量结果产生的影响;设计数据处理模块和误差分析模块,实现数据处理自动化并有效屏蔽仪器误差对测量结果产生的影响。 将本自动测量系统应用于纳米磁性薄膜等典型样品的测量,结果表明系统可以有效的测量电阻率在1μΩ?cm 1Ω?cm范围内的薄膜样品,测量结果可靠。边界条件,电流大小等环境参数对测量结果影响的规律与理论分析一致;采用双电测组合法不需要边界修正的特性也得到了验证。因此,系统适合应用于薄膜电阻率的测量,达到了设计要求。

关键词： 虚拟仪器技术   电子技术实验   仿真技术  

摘要： 虚拟仪器技术近年来在电子技术实验教学中初露端倪。通过分析虚拟仪器技术的内涵,提出了建立以虚拟仪器为基础的实验系统的设想,对虚拟仪器在电子技术实验教学中的应用进行了规划。

关键词： 虚拟仪器   LabVIEW   数据采集   信号调理   小波变换   数据库   电能质量  

摘要： 传统的电能质量参数测量系统以硬件为核心,功能单一、成本高,已经无法满足日益复杂的、多参数的测试要求。近年来,随着电子技术和计算机技术的飞速发展及其在测量技术和仪器上的应用,新的测试理论和方法、新的仪器结构不断出现,测量仪器的功能和使用发生了质的变化,其中最显著的一点就是虚拟仪器(Virtual Instrument,简称VI)的出现与发展。虚拟仪器是计算机技术与测试测量仪器技术相结合的产物,具有硬件结构简单、可自定义仪器功能、数据处理和分析功能强大的优点,同时可以实现历史数据管理和图形化显示等功能,在电力系统测量和控制方面具有极其广阔的应用前景。 因此,本论文通过分析国内外电能质量测试装置的发展现状,针对目前电能质量测试过程中所遇到的问题,研究开发出一种基于虚拟仪器的电能质量测试系统。该系统能够准确检测电网电压、电流、频率、三相不平衡度、电压波动、电网谐波等电力参数,并对其进行实时分析,将分析结果存储到LabVIEW SQL数据库中,以备之后的查询和再分析。在虚拟仪器开发工具方面,本文选用的是具有代表性的美国国家仪器(National Instrument,简称NI)公司的LabVIEW(Laboratory virtual instrument engineering workbench)开发软件及其高精度16位PCI-6220采集板卡;在算法上,本论文提出了同步检测与小波变换相结合的电压波动测量方法,测试结果表明此方法对于电压波动信号的检测和分析具有非常好的效果。 论文首先简要地介绍了虚拟仪器的概念及构成,针对虚拟仪器和电能质量检测的研究现状,论述了将虚拟仪器技术应用于电能质量测试的必要性,介绍了系统的测试原理及总体结构。 其次,论文对测试系统的设计及测试作了详细的阐述。主要从以下三方面展开:硬件设计、软件实现和结果测试。硬件设计部分,简要介绍了所选数据采集卡的参数、特性及安装配置,并在其基础上完成了信号调理电路的设计。软件实现方面,首先对虚拟仪器开发平台LabVIEW及其编程语言作了简要介绍,然后详细论述了软件总体结构和工作流程,并对数据采集、电能质量基本参数测量、数据分析和数据存储四大模块的实现作了详细的说明。在结果测试部分,对所采集信号进行测量,并对测试结果进行了分析。 该测试系统具有扩展性和复用性强的特点,可以显著提高电能质量测试的自动化程度。因此,使用虚拟仪器进行研究、设计、测试将成为电力系统测试领域的一种趋势。 最后,就本系统在研究中存在的不足和需要完善的地方做了总结,指出课题的进一步研究工作。