虛擬儀器在電子技術(shù)試驗(yàn)中的有效運(yùn)用

摘 要：近年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的提高，社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電子技術(shù)也隨之迅猛發(fā)展。文章在電子技術(shù)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上對虛擬儀器的使用方式進(jìn)行了分析與研究，概述了電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中虛擬電子技術(shù)試驗(yàn)平臺的構(gòu)建方式，在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ头治龅幕A(chǔ)上驗(yàn)證了電子技術(shù)試驗(yàn)中虛擬儀器的使用結(jié)果。

關(guān)鍵詞：電子技術(shù)試驗(yàn);虛擬儀器;有效應(yīng)用

0 ? 引言

現(xiàn)如今，電子技術(shù)試驗(yàn)室包含傳統(tǒng)儀器與試驗(yàn)箱等內(nèi)容，但對于傳統(tǒng)的試驗(yàn)箱以及傳統(tǒng)儀器來說，其功能特征較為傳統(tǒng)、固定，因此只能開展規(guī)定項(xiàng)目的電子技術(shù)試驗(yàn)，無法擴(kuò)展電子功能[1]。在開展電子技術(shù)試驗(yàn)的過程中都需要對單獨(dú)的試驗(yàn)箱進(jìn)行使用，因此擁有較多的儀器臺數(shù)，具有接線復(fù)雜程度高以及體積大的特點(diǎn)，因此明顯提高電子技術(shù)試驗(yàn)的效果[2]。因此，對電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)中虛擬儀器的使用方式進(jìn)行研究與分析具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

虛擬電子技術(shù)試驗(yàn)平臺主要包含硬件與軟件兩個(gè)部分，其中硬件具有系列化試驗(yàn)?zāi)０?、外置式通用測試平臺以及個(gè)人計(jì)算機(jī)PC等，而軟件具有系列化示范程序軟件包以及基于Windows環(huán)境下虛擬儀器軟件開發(fā)平臺LavView與虛擬儀器庫等[3]。PC計(jì)算機(jī)而言可快速、穩(wěn)定地運(yùn)行圖形化編程軟件。外置的測試平臺包含數(shù)據(jù)通信、信號產(chǎn)生以及數(shù)據(jù)采集等多樣化功能[4]。對于系列化的數(shù)字模板而言，其基本單元具有內(nèi)部模擬與數(shù)字電路等內(nèi)容，在對硬件測試平臺進(jìn)行連接后，應(yīng)嚴(yán)格測試相關(guān)試驗(yàn)算法所得到數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。開發(fā)平臺LavView與虛擬儀器庫是基于Windows環(huán)境進(jìn)行運(yùn)行與測試的，并且其中具有的虛擬儀器軟件包含信號源、示波器等多種驅(qū)動程序。

1? 虛擬化電子技術(shù)試驗(yàn)平臺設(shè)計(jì)

1.1 虛擬化電子技術(shù)試驗(yàn)平臺硬件設(shè)計(jì)

對于計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序來說，在對硬件程序開展設(shè)計(jì)工作的過程中，工作人員可針對試驗(yàn)箱、電路板以及自身需求進(jìn)行分析與整合，使用數(shù)據(jù)采集卡的方式連接計(jì)算機(jī)和試驗(yàn)電路，從而對電子技術(shù)試驗(yàn)電路板進(jìn)行合理設(shè)計(jì)[5]。

1.2 平臺軟件設(shè)計(jì)概述

相關(guān)工作人員在開展電子技術(shù)試驗(yàn)硬件設(shè)計(jì)工作的過程中，可對已有設(shè)備例如電子線路板等設(shè)備進(jìn)行使用，在對電子技術(shù)試驗(yàn)軟件模塊開展實(shí)際工作時(shí)，可將Web制作技術(shù)融入LavView開發(fā)平臺，幫助設(shè)計(jì)工作人員開展測量試驗(yàn)設(shè)計(jì)工作與仿真試驗(yàn)的設(shè)計(jì)工作[6]。同時(shí)，其核心內(nèi)容為Web服務(wù)，可使用服務(wù)器來控制對電子技術(shù)試驗(yàn)的所有流程。隨后可對充足的冗余空間進(jìn)行設(shè)置，從而確保虛擬電子技術(shù)試驗(yàn)系統(tǒng)在后期運(yùn)行過程中的安全、穩(wěn)定。

1.3 交互協(xié)議設(shè)計(jì)概述

對于平臺數(shù)據(jù)的交互過程來說，主要交互數(shù)據(jù)信息內(nèi)容為試驗(yàn)過程中所獲取的數(shù)據(jù)信息。因此工作人員可基于LabView網(wǎng)絡(luò)開發(fā)工具包并通過Internet Developer Toolkit的方式對電子技術(shù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的交互協(xié)議進(jìn)行合理、有效的設(shè)置。在使用公共網(wǎng)關(guān)接口的同時(shí)，應(yīng)基于TCP/IP協(xié)議來開展客戶機(jī)與服務(wù)器的數(shù)據(jù)信息交互活動。

2? 虛擬化電子技術(shù)試驗(yàn)平臺概述

2.1 機(jī)械結(jié)構(gòu)模態(tài)分析試驗(yàn)

機(jī)械結(jié)構(gòu)模態(tài)分析試驗(yàn)的主要分析內(nèi)容為機(jī)械結(jié)構(gòu)模型，對于LabView開發(fā)平臺來說，使用C++為面向?qū)ο蟮木幊陶Z言，隨后模態(tài)分析某剎車盤。在分析剎車盤的模態(tài)頻率、模態(tài)阻尼比等因素后，可使用虛擬儀器技術(shù)的方式來判定模態(tài)分析的有效性。在分析模態(tài)試驗(yàn)的過程中，可以使用LabView開發(fā)工具來進(jìn)行數(shù)據(jù)限制程序、數(shù)據(jù)控制程序以及數(shù)據(jù)采集程序進(jìn)行編寫，在對模態(tài)參數(shù)識別算法進(jìn)行編寫的工程中，可使用C++編程語言。隨后將該算法與LabView開發(fā)程序進(jìn)行嵌入，這種方式不僅可對電子技術(shù)試驗(yàn)程序進(jìn)行簡化，確保模態(tài)參數(shù)的有效識別，還可對電子技術(shù)試驗(yàn)的成本進(jìn)行科學(xué)降低。在對待測系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)的過程中，相關(guān)工作人員可使用軟件設(shè)計(jì)方案對數(shù)據(jù)儲存程序、數(shù)據(jù)限制程序、數(shù)據(jù)控制程序以及數(shù)據(jù)采集程序進(jìn)行編寫，隨后激振前兩個(gè)點(diǎn)位，并對模態(tài)參數(shù)識別算法進(jìn)行編寫。隨后通過力傳感器來幫助待測系統(tǒng)與激振器形成耦合反應(yīng)，從而幫助工作人員獲取合理的激振力信號數(shù)值，還可將加速度傳感器信號采集器通道與力傳感器信號進(jìn)行有效連接，在開展濾波調(diào)節(jié)、放大處理后開展A/D變換，最后通過計(jì)算機(jī)開展數(shù)據(jù)信息的分析工作與處理工作。

2.2 模態(tài)識別算法設(shè)計(jì)概述

為了確保LabView平臺可以有效應(yīng)用數(shù)據(jù)采集卡，工作人員可通過采集卡中具有的動態(tài)鏈接庫文件。LabView平臺可提供調(diào)用庫中的函數(shù)，隨后開展數(shù)據(jù)信息的采集工作。其中，在應(yīng)用調(diào)用庫函數(shù)之前工作人員應(yīng)對函數(shù)返回的數(shù)據(jù)類型進(jìn)行確認(rèn)，明確其是Void類型還是Integer類型，并對調(diào)用庫函數(shù)的調(diào)用規(guī)程進(jìn)行明確，應(yīng)了解是屬于Win32，DtdCall，C中的哪種。此外，還應(yīng)明確函數(shù)所需參數(shù)、調(diào)用庫的函數(shù)位置以及參數(shù)的傳遞順序等內(nèi)容。隨后，在應(yīng)用調(diào)用庫函數(shù)的過程中，相關(guān)工作人員可在程序框圖內(nèi)放置CLF節(jié)點(diǎn)，并在CLF節(jié)點(diǎn)配置兌換框中執(zhí)行點(diǎn)擊右鍵的操作，對選項(xiàng)“Browse？”選項(xiàng)進(jìn)行選擇。隨后將彈出文件選擇對話框，此時(shí)可對DLL文件進(jìn)行選擇，并對文件中所包含的函數(shù)庫進(jìn)行監(jiān)測，這時(shí)工作人員可手動設(shè)置函數(shù)相應(yīng)的輸入輸出參數(shù)，比如選擇相應(yīng)的API函數(shù)并編寫至FunctionName下拉列表中。隨后根據(jù)Windows API函數(shù)中的StsCall選項(xiàng)，設(shè)置對應(yīng)的ua300.dll函數(shù)的返回參數(shù)。在點(diǎn)擊Add a Parameter按鍵后可工作人員可添加新的輸入?yún)?shù)。

對于多頻率模態(tài)識別算法來說，主要針對已有的試驗(yàn)方式對系統(tǒng)動態(tài)特性進(jìn)行分析與研究，對于分析技術(shù)而言，其核心內(nèi)容為多點(diǎn)激振模態(tài)分析技術(shù)，其識別算法為多輸出與多輸入頻域正交多項(xiàng)式模式。可通過頻率相應(yīng)函數(shù)矩陣來科學(xué)有效的構(gòu)建矩陣多項(xiàng)式識別模型，并使用最小二乘法對模型系數(shù)矩陣進(jìn)行計(jì)算，對系統(tǒng)的極點(diǎn)進(jìn)行獲取，最終完成模態(tài)識別算法的設(shè)計(jì)工作。

3 虛擬儀器在電子技術(shù)試驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

3.1 通過虛擬儀器開展多媒體演示實(shí)驗(yàn)

對于電子技術(shù)試驗(yàn)教學(xué)來說，主要可對學(xué)生的實(shí)踐操作能力以及手動能力進(jìn)行培養(yǎng)，同時(shí)幫助其開發(fā)創(chuàng)造性思維，在教師的引導(dǎo)下，對試驗(yàn)問題與試驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行觀察與分析后提高學(xué)生的綜合素質(zhì)水平。在電子技術(shù)試驗(yàn)教學(xué)過程中，傳統(tǒng)的儀器無法讓學(xué)生觀察整體實(shí)驗(yàn)的操作過程，使教學(xué)達(dá)不到應(yīng)有的效果。而虛擬儀器的使用具備其獨(dú)特的優(yōu)勢之處，可很好地與實(shí)際課堂教學(xué)融合，不僅可提高教學(xué)效率和教學(xué)質(zhì)量，還可提升電子技術(shù)試驗(yàn)教學(xué)的現(xiàn)代化水平，并對學(xué)生的主觀性與能動性進(jìn)行了培養(yǎng)。

3.2 構(gòu)建學(xué)習(xí)興趣小組

但部分學(xué)生的學(xué)習(xí)能力較弱且基礎(chǔ)知識掌握程度不高，開展電子技術(shù)試驗(yàn)課程會讓該部分學(xué)生對學(xué)習(xí)產(chǎn)生相應(yīng)的抵觸心理。虛擬儀器的使用，不僅可提高教師的教學(xué)效率以及教學(xué)質(zhì)量，還可激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。學(xué)生通過虛擬儀器學(xué)習(xí)電子技術(shù)試驗(yàn)的過程中，可使用虛擬儀器來對部分試驗(yàn)進(jìn)行自主設(shè)計(jì)，不僅可對學(xué)生的創(chuàng)新能力進(jìn)行培養(yǎng)，還可有效激發(fā)起學(xué)習(xí)興趣。而學(xué)習(xí)興趣小組的構(gòu)建不僅可提高學(xué)習(xí)質(zhì)量以及學(xué)習(xí)效率，還可培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)合作能力，從而提高教學(xué)效果。

4? 結(jié)語

現(xiàn)如今，隨著我國科學(xué)技術(shù)水平的快速提高以及社會經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，各行各業(yè)都得到可快速發(fā)展。在電子技術(shù)試驗(yàn)的過程中，虛擬儀器的使用不僅可簡化電子技術(shù)的試驗(yàn)過程，還可提高電子實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的精確程度，縮小儀器硬件的體積，因此具備較強(qiáng)的實(shí)用性與經(jīng)濟(jì)性。在對電子技術(shù)試驗(yàn)開展設(shè)計(jì)工作的過程中，可針對傳統(tǒng)電子技術(shù)試驗(yàn)并使用LabView平臺，對其中所開發(fā)的虛擬實(shí)驗(yàn)工具進(jìn)行使用，從而對試驗(yàn)質(zhì)量以及試驗(yàn)效率進(jìn)行提升。

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（編輯 姚 鑫）

Effective application of virtual instrument in electronic technology test

Zhu Yanqin

（Zhengzhou Technician College， Zhengzhou 450000， China）

Abstract：In recent years， with the rapid development of society and science and technology level， electronic technology develops rapidly. This paper studies the use mode of virtual instrument in electronics technology test， summarizes the construction mode of virtual electronic technology test platform in electronics technology experiment， and verifies the application effect of virtual instrument based on the experimental model analysis.

Key words：electronic technology test; virtual instruments; effective application

作者簡介：朱艷芹（1982— ），女，湖北鄂州人，講師，碩士;研究方向：檢測技術(shù)與自動化裝置。