彭长征，马怀祥，马冰玉
摘要：介绍了虚拟仪器的基本内容。在LabVIEW开发平台下，以NI公司的数据采集卡6259等数据采集设备为硬件基础，设计了一个机械设备测试诊断系统。使用结果表明，虚拟仪器系统在设备状态监测和故障诊断中的应用，具有直观、集成、方便等特点。
关键词：虚拟仪器；状态监测；故障诊断
1982年出现了一种与PC配合使用的模块式仪器，自动测试系统也从传统的机架层叠式结构发展成为模块式结构。与传统仪器不同的是，模块式仪器本身不带仪器面板，因此必须借助于PC强大的图形环境和在线帮助功能，建立图形化的虚拟仪器面板，完成对仪器的控制、数据分析与显示。这种与PC结合构成的、包含实际仪器使用与操作信息软件的仪器，被称为“虚拟仪器”。
一、虚拟仪器的构成、特点及其应用
1．虚拟仪器的构成
目前较常用的虚拟仪器是数据采集、GPIB控制系统、VXI仪器系统以及这三者之间的任意组合。其基本结构如图1所示。
2．虚拟仪器的特点
虚拟仪器将传统仪器由硬件电路实现的数据处理和显示功能，改由功能强大的计算机来执行，所以计算机是它的核心。虚拟仪器的测量功能可由用户根据需要定义或扩展。除示波器、任意波形发生器、数字表、频谱分析仪等通用测量与分析仪器外，各个领域都存在不计其数的特殊参量需求，如果建立了虚拟仪器平台，则只需按照测量原理，借助信号分析与处理技术编制软件程序，就能自己设计测试仪器。所以，仪器的使用者同时也是虚拟仪器的设计者与发展者。这样不仅大大节省了软件开发的成本，而且方便、省事、直观。
3．虚拟仪器的应用
虚拟仪器在航空、通信、汽车、半导体、生物医学等众多领域得到了广泛应用，从简单的仪器控制、数据采集到尖端的测试和工业自动化，从大学实验室到工厂，从探索研究到技术集成，都可以看到虚拟仪器应用的成果和开发的产品。从20世纪90年代中期以来，国内重庆大学、哈尔滨工业大学、西安交通大学、西安电子科技大学、成都电子科技大学、中科泛华电子科技公司等，在研究和开发仪器产品、虚拟仪器设计平台以及引进消化M公司、HP公司的产品等方面做了一系列有益的工作，取得了瞩目的成果。现在应用最多的虚拟仪器编程环境还是NI公司LabVIEWLabwindows/CVI，它们占有超过50％的全球市场份额。
(1)应用于测试与测量
LabVIEW已成为测试与测量领域的工业标准，它可以通过GPIB、VXI、PLC、串行设备和插卡式数据采集板构成实际的数据采集系统，提供工业界最大的仪器驱动程序库，支持通过Internet、ActiveX、DDE、SQL等交互式通信方式实现数据共享，其所提供的众多开发工具使得复杂的测试与测量任务变得简单易行。
(2)应用于过程控制和工业自动化
LabVIEW强大的硬件驱动、图形显示能力和便捷的快速程序设计，为过程控制和工业自动化应用提供了优秀的解决方案。对于更复杂的专门的工业自动化领域，在LabVIEW基础上发展起来的BridgeVIEW是更好的选择。
(3)应用于实验室研究与自动化
LabVIEW为科学家和工程师提供了功能强大的高级数学分析库，包括统计、估计、回归分析、线性代数、信号生成算法、时域和频域算法等众多科学计算模块，可满足计算和分析的需要。即使在联合时域分析、小波和数字滤波器设计等高级或特殊分析场合，LabVIEW也提供了专门的附加软件包。
二、虚拟仪器在设备状态监测和故障诊断中的应用
下面以某机械测试系统为例来说明虚拟仪器在设备状态监测和故障诊断中的应用。本设计开发的机械设备测试诊断虚拟平台以LabVIEW7.0为软件环境，以数采卡6259作为数据采集设备的硬件基础，是一个集成了内燃机、液压系统、旋转机械、齿轮箱、轴承及虚拟实验室等六个子系统，以及信号采集、信号保存、信号处理分析等诸多功能于一体的虚拟仪器系统。
软件是虚拟仪器的关键部分，本系统的软件由系统程序和应用程序两部分组成，用LabVIEW作为开发工具编写功能模块，软件的主要分层结构如图2所示。
平台采用可视化的下拉菜单和按钮两种形式调用。
用户接口采用图形方式，极为方便，可以像操作一台按键仪器一样选择测试功能，选择不同的数据处理和分析方法，使测试变得便捷、方便。
如果用户有通过网络实现远程控制的需要，在LabVIEW中有两种方法可以实现远程数据采集：(1)DAQ设备共享方式，即采用RDA技术实现DAQ设备的远程控制，从而实现远程数据采集。远程设备访问（RemoteDeviceAccess、RDA）技术是NI公司的一种很有特色的技术，它可以使DAQ设备在网络上共享，通过一系列的相关设置和连接之后，在客户机上控制位于远程服务器上的DAQ设备，控制方式和在本地控制DAQ设备完全一样。(2)数据共享方式，即利用DataSocket技术实现远程数据采集。LabVIEW6i以上的版本中，所有控件都增加了一个叫做DataSocketConnection的特殊属性，可以实现不同计算机上相对应的两个甚至多个同类型控件之间的DataSocket通信。
三、结束语
虚拟仪器是21世纪电测仪器的发展方向，而且有可能取代传统的硬件化仪器，以大大降低成本。在设备诊断平台上采用虚拟仪器技术，把计算机资源和仪器硬件的测控能力结合在一起，可实现智能诊断。
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