虚拟仪器在测试领域中的应用

摘 要： 虚拟仪器的问世改变了仪器由厂家定义的方式，用户可以根据实际需要设计软件。通过软件提供的用户界面窗口，创建和编辑等完成操作面板的设计，通过A/D卡实现信号的采集，并能以多种形式输出测试结果。本文以虚拟仪器用于风速测试、汽车ECU测试和噪声测试为例，说明其应用的广泛性。

关键词： 虚拟仪器 风速检测 ECU 噪声

虚拟仪器（Virtual Instrument）的概念由美国仪器公司于1986年提出，它是由仪器硬件、数据通信、计算机软件测试平台构成。虚拟仪器与传统仪器相比，具有开发周期短、费用低、数据存储灵活、技术更新快、网络接口便捷、无环境污染等优点。由于虚拟仪器软件不断升级，功能得到了相应的扩展。利用A/D接口设备完成与信号的驱动和通信，计算机软件的特定功能实现信号数据的运算、分析和处理，从而完成测试功能。虚拟仪器利用软件进行编程，因其拥有良好的图形用户界面，操作简便，后期维护费用低，应用比较广泛，如在农业、汽车、机械等诸多领域。

一、 虚拟仪器系统

虚拟仪器系统主要由两部分构成，一部分由硬件系统构成，它又分为计算机硬件和测控功能硬件；另一部分由软件系统构成，它的框架包括VISA库、仪器驱动程序、应用软件。

虚拟仪器的软件开发环境：一是图形化的编程语言，如HPVEE、LabVIEW等。其中LabVIEW的优点是利用流程方框图实现数据通信，具有直观、开发效率高的优点。二是编程语言，如C、Visual C++、Lab Windows/CVI等。其中Lab Windows/CVI具有交互式开发平台，通过编程和调用函数实现过程通信，运行速率比较高。

二、虚拟仪器在测试中的应用

1.风速检测

由于我国干旱、半干旱地区范围较广，特别是北方地区受气候、土壤类型、植被的影响，土壤风蚀呈地带性规律变化。传统测量风速选用的是热球式风速仪，它的使用受环境影响较大，而且耗费人力，不能实时监测风速值，数据记录靠人工手工完成。为了对土壤风蚀更好地研究，需测出地表不同高度的风速值，以便研究土壤风蚀变化。测试系统采用虚拟仪器，软件开发环境选择文本式的编程语言Lab Windows/CVI，它拥有图形用户界面，其中，用户需对控件属性进行设置，生成回调函数源代码，编辑相应源代码实现风速数据通信，从而完成实时风速测试。系统图见图1。

实验所需硬件设备包括传感元件，感应地表不同高度的气流总压和静压，并将信号输入气压差变送器组形成压差信号并转换成模拟电信号，再经数据采集卡将模拟电信号转换成数字电信号，输入计算机，由计算机软件计算出地表不同高度的风速值。

风速测试系统，需考虑到气压和温度对气流密度的影响？首先，输入采样频率/采样缓冲；其次，确定计数间隔/采样次数；第三，选择通道号，用户可以自行选择系统设定的通道号，如单通道测试，则选择单通道号，如多通道同时测试，则选择多通道进行测试。最后，设定灵敏系数，根据微压差变送器设定不同的灵敏系数，实验中的数据采集卡共有16个通道，每个通道有不同的传感器压差信号。系统还设置数据存储功能，用户根据需要设置存储路径。系统采集到的瞬时风速值是在用户设定的上述参数的基础上，实时测试并显示出来的，软件内部将会计算采样时间内风速的平均值，并将结果显示于平均风速对应的控件。

数据采集的实现采用Easy I/O for DAQ函数，在安装NI-DAQ程序后，就可以使用Easy I/O for DAQ函数库。采集实现过程，见图2。

2.汽车ECU测试

ECU是负责发动机控制功能的电子控制模块。由于近些年购买汽车的人越来越多，对汽车的内质需求越来越高，一辆汽车装有ECU的个数由十几个甚至更多个组成，对测试人员来说，测试的难度大大提高。由于虚拟仪器软件测试功能的优势，引入汽车发动机ECU测试系统，测试系统采用LabVIEW设计的汽车发动机测试平台，测试系统由发动机ECU、PC机、数据采集卡、辅助测试电路、模拟执行器等部分构成，对发动机中的燃油和点火系统进行闭环控制，从而提高燃油经济性并减少发动机产生的气体污染物。

测试系统以LabVIEW进行设计，它以图形方式组装软件模块，生成专用仪器，它由面板、流程方框图、图标/连接器组成，其中面板是用户界面，流程方框图是虚拟仪器源代码，图标/连接器是调用接口。信号的采集通过I/O部件直接与数据采集板通信，计算机内部完成数学或其他运算，子VI部件调用其他虚拟仪器完成。

3.噪声测试

传统测量噪声的仪器选用的是声级计，它的原理是用电容式传声器接收信号，并将信号转换为电压信号，经阻抗变换，前置放大器输出低阻电压信号，输入衰减/输入放大信号至计权网络，之后，再经输出衰减/放大器，将处理的信号输入至均方根检波器，得出噪声的均方根声压值。如果想要对噪声做进一步的分析，可接示波器、记录仪和信号分析系统，进行信号的监测、分析和存储。若进行再细致的分析，则还需外接其他设备，比较烦琐。

噪声测试系统采用虚拟仪器进行设计，开发环境选用LabVIEW。测试系统的原理是电容式传声器负责接收被测声压信号，并将接收到的信号转换为电压信号，经放大器对信号滤波，数据采集卡完成电信号到数字信号的转换，传送给计算机，由编程软件完成对所采信号的分析、处理、存储和显示。

三、结束语

虚拟仪器同时也可基于计算机总线和模块化仪器总线，它可以大大缩小系统尺寸，而且具有计算机网络技术和接口技术，可方便地与互联网相连，可以广泛支持如CAN、FieldBus、PROFIBUS等各种工业总线标准，可构建自动测试系统，实现测量和控制过程的网络化，意味着它将在各个测试领域得到广泛的应用。

参考文献：

[1] 季韶红，盛立峰，侯天伟.虚拟仪器的构成与发展.吉林广播电视大学学报，2008（2）

[2] 赵芳.基于虚拟仪器的风洞数据检测与分析系统的研究.内蒙古农业大学硕士学位论文，2009

[3] 薛雯，徐洋，胡彬.虚拟仪器技术在汽车测试中的应用.重庆工学院学报（自然科学），2009，23

[4] 吴伟斌，洪添胜，李震.基于虚拟仪器技术的汽油发动机EUC仿真测试系统.微计算机信息，2006，22（2）

[5] 周明光，马海潮.计算机测试系统原理与应用.电子工业出版社，2005

[6] 刘君华. 虚拟仪器编程语言LabWindows/CVI教程. 电子工业出版社， 2001

[7] 尹秉奎，徐敏，黄镇昌.基于LabVIEW 噪声测试分析仪.现代制造工程， 2006（9）endprint

摘 要： 虚拟仪器的问世改变了仪器由厂家定义的方式，用户可以根据实际需要设计软件。通过软件提供的用户界面窗口，创建和编辑等完成操作面板的设计，通过A/D卡实现信号的采集，并能以多种形式输出测试结果。本文以虚拟仪器用于风速测试、汽车ECU测试和噪声测试为例，说明其应用的广泛性。

关键词： 虚拟仪器 风速检测 ECU 噪声

虚拟仪器（Virtual Instrument）的概念由美国仪器公司于1986年提出，它是由仪器硬件、数据通信、计算机软件测试平台构成。虚拟仪器与传统仪器相比，具有开发周期短、费用低、数据存储灵活、技术更新快、网络接口便捷、无环境污染等优点。由于虚拟仪器软件不断升级，功能得到了相应的扩展。利用A/D接口设备完成与信号的驱动和通信，计算机软件的特定功能实现信号数据的运算、分析和处理，从而完成测试功能。虚拟仪器利用软件进行编程，因其拥有良好的图形用户界面，操作简便，后期维护费用低，应用比较广泛，如在农业、汽车、机械等诸多领域。

一、 虚拟仪器系统

虚拟仪器系统主要由两部分构成，一部分由硬件系统构成，它又分为计算机硬件和测控功能硬件；另一部分由软件系统构成，它的框架包括VISA库、仪器驱动程序、应用软件。

虚拟仪器的软件开发环境：一是图形化的编程语言，如HPVEE、LabVIEW等。其中LabVIEW的优点是利用流程方框图实现数据通信，具有直观、开发效率高的优点。二是编程语言，如C、Visual C++、Lab Windows/CVI等。其中Lab Windows/CVI具有交互式开发平台，通过编程和调用函数实现过程通信，运行速率比较高。

二、虚拟仪器在测试中的应用

1.风速检测

由于我国干旱、半干旱地区范围较广，特别是北方地区受气候、土壤类型、植被的影响，土壤风蚀呈地带性规律变化。传统测量风速选用的是热球式风速仪，它的使用受环境影响较大，而且耗费人力，不能实时监测风速值，数据记录靠人工手工完成。为了对土壤风蚀更好地研究，需测出地表不同高度的风速值，以便研究土壤风蚀变化。测试系统采用虚拟仪器，软件开发环境选择文本式的编程语言Lab Windows/CVI，它拥有图形用户界面，其中，用户需对控件属性进行设置，生成回调函数源代码，编辑相应源代码实现风速数据通信，从而完成实时风速测试。系统图见图1。

实验所需硬件设备包括传感元件，感应地表不同高度的气流总压和静压，并将信号输入气压差变送器组形成压差信号并转换成模拟电信号，再经数据采集卡将模拟电信号转换成数字电信号，输入计算机，由计算机软件计算出地表不同高度的风速值。

风速测试系统，需考虑到气压和温度对气流密度的影响？首先，输入采样频率/采样缓冲；其次，确定计数间隔/采样次数；第三，选择通道号，用户可以自行选择系统设定的通道号，如单通道测试，则选择单通道号，如多通道同时测试，则选择多通道进行测试。最后，设定灵敏系数，根据微压差变送器设定不同的灵敏系数，实验中的数据采集卡共有16个通道，每个通道有不同的传感器压差信号。系统还设置数据存储功能，用户根据需要设置存储路径。系统采集到的瞬时风速值是在用户设定的上述参数的基础上，实时测试并显示出来的，软件内部将会计算采样时间内风速的平均值，并将结果显示于平均风速对应的控件。

数据采集的实现采用Easy I/O for DAQ函数，在安装NI-DAQ程序后，就可以使用Easy I/O for DAQ函数库。采集实现过程，见图2。

2.汽车ECU测试

ECU是负责发动机控制功能的电子控制模块。由于近些年购买汽车的人越来越多，对汽车的内质需求越来越高，一辆汽车装有ECU的个数由十几个甚至更多个组成，对测试人员来说，测试的难度大大提高。由于虚拟仪器软件测试功能的优势，引入汽车发动机ECU测试系统，测试系统采用LabVIEW设计的汽车发动机测试平台，测试系统由发动机ECU、PC机、数据采集卡、辅助测试电路、模拟执行器等部分构成，对发动机中的燃油和点火系统进行闭环控制，从而提高燃油经济性并减少发动机产生的气体污染物。

测试系统以LabVIEW进行设计，它以图形方式组装软件模块，生成专用仪器，它由面板、流程方框图、图标/连接器组成，其中面板是用户界面，流程方框图是虚拟仪器源代码，图标/连接器是调用接口。信号的采集通过I/O部件直接与数据采集板通信，计算机内部完成数学或其他运算，子VI部件调用其他虚拟仪器完成。

3.噪声测试

传统测量噪声的仪器选用的是声级计，它的原理是用电容式传声器接收信号，并将信号转换为电压信号，经阻抗变换，前置放大器输出低阻电压信号，输入衰减/输入放大信号至计权网络，之后，再经输出衰减/放大器，将处理的信号输入至均方根检波器，得出噪声的均方根声压值。如果想要对噪声做进一步的分析，可接示波器、记录仪和信号分析系统，进行信号的监测、分析和存储。若进行再细致的分析，则还需外接其他设备，比较烦琐。

噪声测试系统采用虚拟仪器进行设计，开发环境选用LabVIEW。测试系统的原理是电容式传声器负责接收被测声压信号，并将接收到的信号转换为电压信号，经放大器对信号滤波，数据采集卡完成电信号到数字信号的转换，传送给计算机，由编程软件完成对所采信号的分析、处理、存储和显示。

三、结束语

虚拟仪器同时也可基于计算机总线和模块化仪器总线，它可以大大缩小系统尺寸，而且具有计算机网络技术和接口技术，可方便地与互联网相连，可以广泛支持如CAN、FieldBus、PROFIBUS等各种工业总线标准，可构建自动测试系统，实现测量和控制过程的网络化，意味着它将在各个测试领域得到广泛的应用。

参考文献：

[1] 季韶红，盛立峰，侯天伟.虚拟仪器的构成与发展.吉林广播电视大学学报，2008（2）

[2] 赵芳.基于虚拟仪器的风洞数据检测与分析系统的研究.内蒙古农业大学硕士学位论文，2009

[3] 薛雯，徐洋，胡彬.虚拟仪器技术在汽车测试中的应用.重庆工学院学报（自然科学），2009，23

[4] 吴伟斌，洪添胜，李震.基于虚拟仪器技术的汽油发动机EUC仿真测试系统.微计算机信息，2006，22（2）

[5] 周明光，马海潮.计算机测试系统原理与应用.电子工业出版社，2005

[6] 刘君华. 虚拟仪器编程语言LabWindows/CVI教程. 电子工业出版社， 2001

[7] 尹秉奎，徐敏，黄镇昌.基于LabVIEW 噪声测试分析仪.现代制造工程， 2006（9）endprint

摘 要： 虚拟仪器的问世改变了仪器由厂家定义的方式，用户可以根据实际需要设计软件。通过软件提供的用户界面窗口，创建和编辑等完成操作面板的设计，通过A/D卡实现信号的采集，并能以多种形式输出测试结果。本文以虚拟仪器用于风速测试、汽车ECU测试和噪声测试为例，说明其应用的广泛性。

关键词： 虚拟仪器 风速检测 ECU 噪声

虚拟仪器（Virtual Instrument）的概念由美国仪器公司于1986年提出，它是由仪器硬件、数据通信、计算机软件测试平台构成。虚拟仪器与传统仪器相比，具有开发周期短、费用低、数据存储灵活、技术更新快、网络接口便捷、无环境污染等优点。由于虚拟仪器软件不断升级，功能得到了相应的扩展。利用A/D接口设备完成与信号的驱动和通信，计算机软件的特定功能实现信号数据的运算、分析和处理，从而完成测试功能。虚拟仪器利用软件进行编程，因其拥有良好的图形用户界面，操作简便，后期维护费用低，应用比较广泛，如在农业、汽车、机械等诸多领域。

一、 虚拟仪器系统

虚拟仪器系统主要由两部分构成，一部分由硬件系统构成，它又分为计算机硬件和测控功能硬件；另一部分由软件系统构成，它的框架包括VISA库、仪器驱动程序、应用软件。

虚拟仪器的软件开发环境：一是图形化的编程语言，如HPVEE、LabVIEW等。其中LabVIEW的优点是利用流程方框图实现数据通信，具有直观、开发效率高的优点。二是编程语言，如C、Visual C++、Lab Windows/CVI等。其中Lab Windows/CVI具有交互式开发平台，通过编程和调用函数实现过程通信，运行速率比较高。

二、虚拟仪器在测试中的应用

1.风速检测

由于我国干旱、半干旱地区范围较广，特别是北方地区受气候、土壤类型、植被的影响，土壤风蚀呈地带性规律变化。传统测量风速选用的是热球式风速仪，它的使用受环境影响较大，而且耗费人力，不能实时监测风速值，数据记录靠人工手工完成。为了对土壤风蚀更好地研究，需测出地表不同高度的风速值，以便研究土壤风蚀变化。测试系统采用虚拟仪器，软件开发环境选择文本式的编程语言Lab Windows/CVI，它拥有图形用户界面，其中，用户需对控件属性进行设置，生成回调函数源代码，编辑相应源代码实现风速数据通信，从而完成实时风速测试。系统图见图1。

实验所需硬件设备包括传感元件，感应地表不同高度的气流总压和静压，并将信号输入气压差变送器组形成压差信号并转换成模拟电信号，再经数据采集卡将模拟电信号转换成数字电信号，输入计算机，由计算机软件计算出地表不同高度的风速值。

风速测试系统，需考虑到气压和温度对气流密度的影响？首先，输入采样频率/采样缓冲；其次，确定计数间隔/采样次数；第三，选择通道号，用户可以自行选择系统设定的通道号，如单通道测试，则选择单通道号，如多通道同时测试，则选择多通道进行测试。最后，设定灵敏系数，根据微压差变送器设定不同的灵敏系数，实验中的数据采集卡共有16个通道，每个通道有不同的传感器压差信号。系统还设置数据存储功能，用户根据需要设置存储路径。系统采集到的瞬时风速值是在用户设定的上述参数的基础上，实时测试并显示出来的，软件内部将会计算采样时间内风速的平均值，并将结果显示于平均风速对应的控件。

数据采集的实现采用Easy I/O for DAQ函数，在安装NI-DAQ程序后，就可以使用Easy I/O for DAQ函数库。采集实现过程，见图2。

2.汽车ECU测试

ECU是负责发动机控制功能的电子控制模块。由于近些年购买汽车的人越来越多，对汽车的内质需求越来越高，一辆汽车装有ECU的个数由十几个甚至更多个组成，对测试人员来说，测试的难度大大提高。由于虚拟仪器软件测试功能的优势，引入汽车发动机ECU测试系统，测试系统采用LabVIEW设计的汽车发动机测试平台，测试系统由发动机ECU、PC机、数据采集卡、辅助测试电路、模拟执行器等部分构成，对发动机中的燃油和点火系统进行闭环控制，从而提高燃油经济性并减少发动机产生的气体污染物。

测试系统以LabVIEW进行设计，它以图形方式组装软件模块，生成专用仪器，它由面板、流程方框图、图标/连接器组成，其中面板是用户界面，流程方框图是虚拟仪器源代码，图标/连接器是调用接口。信号的采集通过I/O部件直接与数据采集板通信，计算机内部完成数学或其他运算，子VI部件调用其他虚拟仪器完成。

3.噪声测试

传统测量噪声的仪器选用的是声级计，它的原理是用电容式传声器接收信号，并将信号转换为电压信号，经阻抗变换，前置放大器输出低阻电压信号，输入衰减/输入放大信号至计权网络，之后，再经输出衰减/放大器，将处理的信号输入至均方根检波器，得出噪声的均方根声压值。如果想要对噪声做进一步的分析，可接示波器、记录仪和信号分析系统，进行信号的监测、分析和存储。若进行再细致的分析，则还需外接其他设备，比较烦琐。

噪声测试系统采用虚拟仪器进行设计，开发环境选用LabVIEW。测试系统的原理是电容式传声器负责接收被测声压信号，并将接收到的信号转换为电压信号，经放大器对信号滤波，数据采集卡完成电信号到数字信号的转换，传送给计算机，由编程软件完成对所采信号的分析、处理、存储和显示。

三、结束语

虚拟仪器同时也可基于计算机总线和模块化仪器总线，它可以大大缩小系统尺寸，而且具有计算机网络技术和接口技术，可方便地与互联网相连，可以广泛支持如CAN、FieldBus、PROFIBUS等各种工业总线标准，可构建自动测试系统，实现测量和控制过程的网络化，意味着它将在各个测试领域得到广泛的应用。

参考文献：

[1] 季韶红，盛立峰，侯天伟.虚拟仪器的构成与发展.吉林广播电视大学学报，2008（2）

[2] 赵芳.基于虚拟仪器的风洞数据检测与分析系统的研究.内蒙古农业大学硕士学位论文，2009

[3] 薛雯，徐洋，胡彬.虚拟仪器技术在汽车测试中的应用.重庆工学院学报（自然科学），2009，23

[4] 吴伟斌，洪添胜，李震.基于虚拟仪器技术的汽油发动机EUC仿真测试系统.微计算机信息，2006，22（2）

[5] 周明光，马海潮.计算机测试系统原理与应用.电子工业出版社，2005

[6] 刘君华. 虚拟仪器编程语言LabWindows/CVI教程. 电子工业出版社， 2001

[7] 尹秉奎，徐敏，黄镇昌.基于LabVIEW 噪声测试分析仪.现代制造工程， 2006（9）endprint