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关键词： 虚拟仪器技术   阻抗测量   FPGA   LabVIEW  

摘要： 随着计算机技术的发展,仪器仪表领域也开始发生巨大的变化,从传统仪器、智能仪器开始向虚拟仪器发展。虚拟仪器以其强大的存储、数据显示和数据分析优势,逐渐受到重视。虚拟仪器技术通过软件将计算机与仪器硬件相结合,很好地将计算机强大的数据处理能力和仪器硬件的现场测量、控制结合在一起。不仅降低了仪器的生产成本,还提高了仪器的性能,从而得到广泛的应用。另外,随着现代科学技术的进步,阻抗的测量逐渐成为各类电子产品的研究基础。目前,阻抗测量技术已在生物医学、工业测控、电力控制等领域有广泛的应用。为了满足高校实验室对电子元器件及其附属参数的测量需求,本文设计了一种基于虚拟仪器的阻抗测量系统。本文通过将虚拟仪器技术与传统硬件相结合,设计实现了一种通过伏安法对阻抗参数进行测量的系统。其主要工作原理为:将阻抗的测量转换为矢量电压的测量,再利用获得的矢量电压的实部和虚部的数字量与被测参数之间的关系,将其转换为待测量。本系统主要由硬件和软件两部分构成,硬件部分主要包括通过FPGA设计实现的信号源模块、阻抗/矢量电压转换模块、相敏检波模块、A/D转换模块和通信模块。其具体的实现主要为利用FPGA设计实现系统正弦激励信号与基准信号的产生;通过相敏检波将采集到的矢量电压信号进行实部和虚部分离;利用低通滤波器滤除干扰信号;再通过A/D转换芯片将采集到的模拟电压信号转换为数字信号;通过系统总线将数据传输到计算机,并对数据进行处理和显示。软件部分是利用虚拟仪器软件Lab VIEW设计实现仪器的数据处理、显示和控制界面,并通过动态链接库的调用来执行仪器操作。

关键词： 虚拟仪器技术   SOPC系统   频谱分析技术   实验教学  

摘要： 频谱分析仪在通信、雷达监测等领域的科学研究中,发挥日益重要的作用。具有宽带信号采样、深存储捕获、实时宽带谱分析、高速数据传输等技术的实时数字频谱分析仪逐渐成为研究热点。随着计算机性能和嵌入式技术飞速发展,传统的大型、高集成化的仪器正逐渐朝着小型化和虚拟化的方向发展,而将PC机与硬件器件结合的虚拟仪器技术日益成为主流方式。本文主要讨论了虚拟仪器技术与SOPC技术相结合,实现高性能实时频谱分析仪的设计方案。首先从阐述频谱分析仪的技术理论,总结了频谱仪的技术特点及要求,并根据实时频谱分析仪的工作原理和系统所要求的技术指标,设计了以FPGA为硬件基础,Lab VIEW为软件核心的高性能虚拟频谱分析仪系统,并分析了相关技术中可能存在误差的关键技术指标。在此基础上结合宽带数字中频系统的应用需求,提出了适用于LabVIEW与FPGA高速协同处理数据的方案:首先射频前端根据带通采样定理对模拟高频信号采样,接着采用数字下变频将信号从高频转为中频,保证有效信号不失真的情况下,对信号数据进行抽取滤波处理,得到低速率基带信号,在此基础上完成后续的FFT处理,提取所需的频谱信息,实现整个频谱仪的频谱测量功能。接下来文章论述了虚拟频谱分析仪的硬件系统架构。总体介绍了数字中频的硬件结构和在FPGA数据传输中各模块的设计,包括数字中频信号处理模块、大容量数据存储模块、高速数据传输模块及Qsys系统的构建。并给出了各个模块的算法原理与仿真测试结果。此外,虚拟频谱分析仪应用软件程序是在计算机硬件环境下进行设计开发,将计算机作为硬件设备和LabVIEW软件来实现传统仪器设备的分析和处理机制。在数据传输设计上,通过USB端口连接下位机FPGA板卡完成数据采样和存储控制,利用自主开发的API和LabVIEW中丰富的库函数,实现上位机数据接收。在功能模块和子VI的设计上,结合虚拟仪器技术优势,采用特有的G语言进行开发,对采集到的信号或已存储好的信号文件进行分析,通过不同的控件和函数实现对输入信号的时域分析、频域分析、信号处理分析和显示功能等等。本文介绍的虚拟频谱分析仪,具有操作简单、良好的UI、频谱分析效率高、性能功能强大等特点,且支持二次开发。仪器的界面通过计算机的显示器显示,比传统频谱仪的LCD显示更加清晰和多样化,各类控制器件设计与实物相似,用户通过前面板进行分析逻辑操作,实现频谱仪的功能。系统具有较高的传输性能,测试结果误差即分辨率带宽在2%范围内,频谱范围覆盖至1.5GHz,且最大信号带宽达56MHz,因此满足工程应用使用需求。且采用的SOPC技术能保证分析平台具有体积小、成本低、自主可控、配置灵活等特点,具备工程创新价值。

关键词： 物理实验   虚拟仪器   信号采集  

摘要： 大学物理实验是全国各大高等院校开设的公共课,传统的仪器设备已无法满足实验的要求。本文在分析实验课程存在的问题的基础上,阐述了虚拟仪器的概念、组成和特点,探讨了在实验教学中引入虚拟仪器技术的可行性,并以声波信号采集的实验为例子,搭建了基于虚拟仪器的声波采集系统并进行了相关的物理实验,实验结果表明虚拟仪器可以很好的代替传统仪器设备在大学物理实验中的作用。

关键词： 单片机   IAP15W4K58S4   LabVIEW   加速度计   标定   采样  

摘要： 本文介绍用新型51单片机IAP15W4K58S4作为下位机,用NI虚拟仪器技术为上位机编程,自制桥梁钢索测振仪。文章对压阻式加速度计工作原理和新型单片机特点作了描述。给出了单片机用中断方式进行系统标定和数据采集的C51编程语句,在Lab VIEW上位机信号分析处理图形语言框图中,显示了各功能模块被调用的过程。对采样数据的滤波效果作了比较。文章最后给出了该自制设备在使用中的人机界面和下位机外形图片。

关键词： 电阻率   电动势率   改进的RANSAC算法   虚拟仪器技术  

摘要： 半导体热电材料的电阻率和电动势率是判断其热电性能好坏的重要标准,通过测量电阻率和电动势率,可以得到半导体热电材料的功率因子,从而分析材料的热电转换效率。为了对半导体热电材料的热电性能做出快速而精准的判断,检测材料的电阻率和电动势率是十分必要的。针对测试系统测量过程中偏差数据对测量数据的干扰现象,本文在深入研究均值数据处理方法和最小二乘直线拟合方法的基础上,提出了归一化加权平均算法和改进的RANSAC算法对电阻率和电动势率的测量数据进行优化处理,提高了系统的测试速度和测量精度。本文采用LabVIEW虚拟仪器技术完成了半导体热电材料性能测试系统的设计和制作任务,测试系统采用直线直流四探针法测量半导体材料的电阻率。通过对半导体材料一端进行快速加热,使半导体两端产生温差,从而测得半导体材料的温差电动势率。系统使用USB-6009数据采集卡作为硬件电路的核心,实现多路电压信号的采集,采集到的数据传到LabVIEW虚拟仪器平台进行显示及保存,不需要仪器操作者进行过多的干预。测试系统已经在冶金实验室得到了成功的应用,在测试过程中实现了温度、电压等各项数据的实时处理、显示及保存。根据实验结果可知,测量曲线稳定,电动势率测量相对误差≤3%,电阻率测量相对误差≤2%。

关键词： 石油测试   虚拟仪器   技术应用  

摘要： 将虚拟仪器技术应用于石油测试系统中,可进一步提升系统的智能性与灵活性。基于此,本文通过阐述虚拟仪器技术及其优点,并具体分析虚拟仪器技术在石油测试设备中的具体应用,有效提升虚拟仪器技术在石油测试设备中的应用效率。

关键词： 防滑刹车控制盒   半实物仿真   模拟负载   虚拟仪器技术  

摘要： 防滑刹车控制盒是飞机刹车系统的重要控制部件,在飞机的安全起飞和平稳着落过程中,起着重要的作用。飞机在刹车过程中的会面临复杂多变的天气、跑道路况,以及降落过程的持续时间短等情况,这就要求刹车控制盒具有安全可靠,反应灵敏和抗干扰能力强等特点。各国对于刹车控制盒进行了大量的研究,研究阶段存在资金消耗大,试验周期长,并且对于刹车盒控制算法的验证是无法直接在飞机上进行的。针对以上现象,本文设计和实现了针对于该型飞机的半物理仿真平台,并在此基础上模拟飞机在实际情况下,刹车控制盒在刹车的各个阶段的控制特性。本文首先对某型飞机的刹车系统结构进行分析,结合刹车系统的工作原理和半物理仿真平台的需求分析后,运用半物理仿真技术对仿真平台进行总体设计。对机身及主要刹车系统部件进行受力分析,建立动力学方程。在此基础上,仿真平台引入德国SimulationX仿真软件,通过建立机轮模型,气液刹车系统模型来实现实时仿真,并分析仿真结果。其次,在对仿真平台进行总体分析与设计的基础上,搭建半实物仿真平台,完成对半物理仿真平台的软硬件设计。硬件部分主要采用NI公司的嵌入式PXI系统,并匹配相关的数据采集卡、单故障模拟继电器、模拟负载以及相应的硬件电路等。软件部分选取NI公司开发的LabVIEW语言来完成半物理仿真平台人机交互界面的开发,实现数据通信、刹车过程的各个阶段的正常和故障情况下的模拟测试、实时试验结果显示和存储,满足半物理仿真平台需要实时性和交互性高的要求。最后,在半物理仿真平台上演示飞机在刹车过程的各个阶段的参数变化,进而得到防滑刹车控制盒的控制特性。结果表明,本半物理仿真平台可以真实的反映飞机刹车过程的各个阶段,为刹理论研究提供了数据支持和保证,有重要的意义。

关键词： 虚拟仪器   液压元件   测试系统   LabVIEW  

摘要： 从帕斯卡提出静压传递原理到现在已经过去了三百多年。在这三百多年中液压技术不断地发展,特别是近年来随着制造业的飞速发展使液压新技术、新元件不断的涌现。液压系统由各液压元件组成,各液压元件的状态对整个液压系统的运行性能有着很大的影响,因此定期对重要液压元件进行性能检测就很重要。由于传统测试仪器大而笨重,并且测试效率低下,所以为了提高液压元件性能检测效率,需要选择合适的检测设备,这就是本论文研究的初衷。本论文是基于虚拟仪器技术对液压泵、液压马达、液压阀的性能测试系统进行研究设计。本论文主要的工作如下:1)对液压元件性能测试系统的设计需求进行分析;研究和设计液压元件性能测试系统的方案,并对系统安全边界进行分析。2)根据测试硬件的组成结构,结合测试系统稳态测试精度要求,对各测试硬件进行选型并确定其信号连接方式;最后分析测试系统的干扰与所采取的抗干扰措施。3)设计测试软件开发流程;划分并实现测试系统的功能模块;对测试软件的程序进行设计。4)在学校实验室搭建本液压元件性能测试系统,并对待测液压元件进行性能测试来验证本液压元件性能测试系统的准确性和可靠性。本论文设计的基于虚拟仪器技术的液压元件性能测试系统具有准确稳定、测试效率高、操作界面清晰简洁等优点。该测试系统不但能准确高效的完成液压元件性能测试的任务,而且也为其他测试系统的设计提供了参考。

关键词： 数模转换器   虚拟仪器   参数测试   粒计算   信号完整性  

摘要： 数模转换器(Digital to Analog Converter,DAC)的性能是评价现代化电子设备性能的一个关键因素,由于转换速率大于50MHz的高速DAC能够更加快速地进行数模转换,所以在各种现代化电子设备中得到了广泛的应用,其中如何准确、快速地测试和评价高速DAC的性能就显得非常重要。传统仪器应用于快速自动化测试需求的半导体测试领域暴露出了手动操作、独立使用的局限性,而虚拟仪器作为测量仪器发展的一个新的阶段,其总线模式和多仪器模块化组合的特点非常有利于高速DAC自动化测试,对高速DAC测试技术的发展具有非常重要的现实意义。本文对基于虚拟仪器的高速DAC测试技术和测试方法进行了研究,对高速DAC测试控制过程中的关键技术进行了改进,最后对基于虚拟仪器的高速DAC测试系统进行了设计。首先,分析了高速DAC测试的具体顺序控制步骤,介绍了高速DAC常会出现的异常状况,提出了基于粒计算的顺序控制算法设计思路,建立了高速DAC测试粒计算层次结构,利用改进后的加权粒度K近邻分类算法对测试结果进行分类,最后在虚拟仪器软件平台Lab VIEW上对基于粒计算的顺序控制算法进行了实现和验证。其次,分析了高速DAC静态误差主要来源,对比研究了几种常用的静态测试数字输入码选择方法,在主过渡态测试法基础之上再取其反码进行测试,增强了对高位数字码组合引起的非线性误差的测试,然后对信号与噪声失真比SINAD和有效位数ENOB进行了三参数正弦波最小二乘拟合方法的研究。再次,确定了基于虚拟仪器的高速DAC测试系统总体设计方案,搭建了测试系统硬件平台,介绍了测试板的主芯片测试电路、电源及时钟电路、小信号采集放大电路和接口电路的详细设计过程,确定了测试板PCB的层叠结构,分析了高速测试板PCB的信号完整性,研究了模拟输出信号走线相匹配的端接电阻,通过平面谐振分析添加了电源分配系统的去耦电容,设计开发了高速DAC测试系统软件。最后,在基于虚拟仪器的高速DAC测试系统的软硬件平台之上,对高速DAC样片进行了静态参数和动态参数的测试实验,验证了本文基于虚拟仪器的高速DAC测试控制算法和系统总体设计的准确性和实用性。

关键词： 新能源电动汽车   交流充电桩   控制引导   虚拟仪器技术   移动终端  

摘要： 新能源的应用已经涉及到生活的各个方面,本论文针对新能源电动汽车交流充电装置进行设计与研究。根据电动汽车常用充电模式,结合嵌入式系统和移动远程控制平台设计一种基于移动平台操作的小型充电桩系统。本论文确定以嵌入式控制系统为核心,外接智能电表、远程移动终端控制的整体设计方案。选用STM32F103ZET6型ARM主控芯片,外接DDZY22型单相交流智能电表作为电能计量模块,利用SIM900A型GPRS无线通信模块作为远程移动端通信方式。设计充电桩硬件控制电路,主要包括:控制单元电路、RS-485通信电路、CAN通信电路、温湿度检测电路、保护电路等,并根据交流充电桩接口要求,根据国标GB/T 20234.1-2015中规定的充电模式3、连接方式C的充电接口方式设计控制引导电路。利用LabVIEW软件设计交流充电桩的后台管理系统,包括充电桩系统管理和用户注册信息;基于Android平台在Android Studio环境中对移动终端手机APP进行设计开发,实现远程移动终端充电控制功能。最后,分别对充电桩下位机、后台管理系统、移动终端APP进行试验测试。下位机硬件测试包括:LCD显示功能、按键控制功能、指示灯显示以及交流接触器工作控制;后台管理系统测试包括:登录认证、充电桩设置、充电显示等,移动终端手机APP测试包括:用户登录、扫码充电、充电模式选择、充电显示和充电控制功能。经过实验测试验证,充电桩各项功能均达到设计要求。本文所设计的基于移动平台操作的小型充电桩系统功能完善,操作简便,易于管理,充电功率能满足一般慢充用户的需求。在新能源电动汽车不断普及的背景下,充电桩行业也将迎来一次大的机遇,本文所设计的交流充电桩对充电桩行业具有一定的推动作用。