虚拟仪器的硬件是计算机和为其配置的各种传感器 互感器 信号调理器 数
据采集器等 计算机及其配置的电子测量仪器硬件模块组成了虚拟仪器测试硬件平 台的基础
软件是虚拟仪器的灵魂 NI 公司在提出虚拟仪器概念时用 软件就是仪器 Software is Instrument 的口号来表达虚拟仪器的特征 强调了软件在虚拟仪器中 极为重要的位置 虚拟仪器的软件包括 虚拟仪器的前面板 信号采集模块 信号
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计算机
虚拟仪器软 件工作平台
第一章 绪论
处理模块和数据存储模块等
因此测量信号是在软件的控制下 经由电子测量硬件平台的采集 再经电子计
算机的处理 得到最终的测试结果 并以数据 曲线 图形等显示在电子计算机的 终端显示屏上
1.3.5 虚拟仪器采用的总线方式
虚拟仪器的突出成就不仅是可以利用 PC 机组建成为灵活的虚拟仪器 要的是它可以通过各种不同的接口总线 组建不同规模的自动测试系统 它可以借 助不同的接口总线的沟通 将虚拟仪器 带接口总线的各种电子仪器或各种插件单 元 调配并组建成为中小型或大型的自动测试系统
虚拟仪器系统开发所采用的总线包括传统的RS232总线 GPIB通用接口总线 VXI总线 PCI总线以及已经被PC机广泛采用的USB通用串行总线和IEEE1394总 线(也叫做火线)
更为重
RS232 总线是 PC 机早期采用的串行总线
或测试系统 GPIB仪器总线已经风行多年 由于它只有8位并行仪器总线
率和传输距离有限 已经跟不上当今大规模自动测试系统的需求 但是采用 GPIB
总线的仪器或插件仍然大量存在 一直在使用 因此 GPIB 总线仍然是组建中等规
模自动测试系统所普遍采用的总线技术 VXI总线是在VME总线的基础上发展起
来的仪器总线 是当今国际上测量仪器总线的主流技术 它可以满足当代科学技术
发展的测试要求 成为世界各国开发虚拟仪器最重视的开发对象 PCI 总线是通用
计算机总线 也是测量仪器主流总线之一
也很注意 USB 通用串行总线和 IEEE1394 串
行总线虚拟仪器的开发
机已经更多的采用USB总线和IEEE1394总线 二是因为USB总线已经得到微软公
一是因为虚拟仪器系统主控制单元常采用 PC 机
而当今 PC
司 SUN公司 Digital公司的全面支持 因为它是一种高速串行总线 能够以100
而 IEEE1394 串行总线也很有发展前途 200 或 400Mb/s 的速率传递数据
本课题通过USB总线进行数据采集 USB总线的出现 很好地解决了以往数据
采集总线速度慢 易扩展性差等缺陷
提高了40倍,即达到480Mbit/s 使得USB在高速数据采集方面大有用武之地 已逐步
成为现代数据传输的发展趋势,有效地解决了传统数据采集系统的缺陷 本课题的硬
2000年4月发布的USB2.0把USB的传输速率
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件器件UA301A采集器在设计上采用Philips公司生产的USB接口芯片PDIUSBD12 该芯片严格遵循USB1.1协议 USB1.1的全速模式可以提供12Mb/s的传输速率 低速 方式传输速率为1.5Mbit/s
综上所述 虚拟仪器是计算机技术
结合 它已被愈来愈多的技术人员所接受 成为当今测量测试领域中一支重要的力
量
1.4 课题的提出及研究意义
对于实时性高 测试要求多样的电力系统测试来说 将虚拟仪器的设计思想用 于电力系统测试仪的开发具有重要意义 它使得测试仪可以充分利用标准的硬件和 软件资源 使用户通过一种测试仪器完成大型电力设备的多种项目测试 并且减少 了由硬件电路工艺结构差异带来的误差 可显著提高电力系统测试仪器的技术水平 测试质量和测试效率 同时又能提高电力系统测试服务质量 具有显著的社会效益 和经济效益
目前国内开发的虚拟仪器大多采用台式计算机和插卡式数据采集设备 用极为不便 近年来 便携式计算机及支持的USB外设技术逐渐成熟 开发研制工 业现场实用的高性能便携式测试分析仪器已成为可能 目前国内冶金 电力 测试
仪器技术 测量技术
软件等技术的完美
现场使
计量等行业应用的谐波信号分析仪 主要依赖进口且价格昂贵
式谐波测试分析仪 具有较大的现实意义和经济意义 有专家指出
和网络时代 利用计算机和网络技术对传统的产业进行改造 已是大势所趋 而虚
拟仪器系统正是计算机和网络技术与传统的仪器技术进行融合的产物 因此 在21
世纪 虚拟仪器将大行其道 日渐受宠 本论文围绕便携式虚拟谐波分析仪的开发与研究这一课题展开工作 利用 USB
接口数据采集器对所测信号进行数据采集 采用该采集器提供的准同步采样方式和 同步采样方式对基于实验系统的电网信号进行数据采集 谐波分析采用基于傅立叶 变换的谐波测量方法 构成了便携式虚拟谐波分析仪
因此 对电网中的谐波含量进行实时测量
对于防止谐波危害 维护电网的安全运行是十分必要的 研究谐波分析仪的价值在
确切掌握电网中谐波的实际状况
于可采用它对各种负荷产生的谐波进行测量 分析
的时间 地点 原因及规律 并在生产运行中采取适当的措施
使运行人员及时掌握谐波产生
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第一章 绪论
1.5 本文主要工作
本文是基于便携式虚拟谐波分析仪的开发与研究这一项目展开工作的 侧重于 硬件电路搭建和采集器分析以及软件体系的分析与设计
具体工作内容如下:
1.对课题研究的背景 谐波的危害 谐波的测量方式以及虚拟仪器开发技术作 了较全面的论述
2.详细阐述本课题主要依据的理论 包括数据采集的理论基础和谐波分析理论
3.介绍基于本课题的虚拟仪器软硬件开发平台 分析课题所采用的数据采集器 结构和其性能指标
4.完成虚拟谐波分析仪系统的软件设计 重点描述了数据采集程序的设计和应 用程序各子模块的设计和实现方法
5.进行仿真和实验电路的搭建以及实验系统的参数测量 并对实验结果进行了 误差分析以及对误差产生的原因进行了讨论