研究將傳統(tǒng)的測(cè)試儀器軟件化，實(shí)現(xiàn)更高的測(cè)試效率
由于現(xiàn)代軍事裝備日趨大型化、集成化、高速化、自動(dòng)化，同時(shí)綜合化程度也不斷提高，因此，在裝備故障診斷中快速準(zhǔn)確地提取故障信號(hào)非常重要。但在信號(hào)的采集、傳輸與處理過程中，因外界或電路內(nèi)部的干擾，使信號(hào)被噪聲污染，即有用的緩變信號(hào)被夾雜到所處理的噪聲或高頻信號(hào)中。為此，筆者設(shè)計(jì)出一種虛擬小波信號(hào)提取儀，可將緩變的有用信號(hào)從中識(shí)別出來，并將其應(yīng)用于某裝備的測(cè)試系統(tǒng)中，以進(jìn)行故障報(bào)警與診斷，獲得了較好效果。小波信號(hào)提取原理應(yīng)用小波分析進(jìn)行信號(hào)提取主要涉及到小波的分解與重構(gòu)，下面以一維信號(hào)為例來介紹小波信號(hào)提取的原理。小波變換在信號(hào)提取中的思想為：信號(hào)中的低頻部分代表信號(hào)的發(fā)展趨勢(shì)，在小波分析中，對(duì)應(yīng)為大尺度小波變換的低頻系數(shù)。隨著尺度的增加，時(shí)間分辨率的降低，信號(hào)的變化趨勢(shì)更明顯。從頻率角度理解，隨著分解層次的增加，低頻部分也會(huì)增加，高頻部分減少，信號(hào)中有用的低頻部分就會(huì)顯現(xiàn)出來。由于變換的基波不一樣，小波提取的效果也不一樣。在小波提取處理中，選用的小波不同，提取效果也不同。
儀器儀表/檢測(cè)/監(jiān)控現(xiàn)代制造工程的提取算法可按照如下步驟進(jìn)行：對(duì)信號(hào)進(jìn)行小波分解；高頻系數(shù)的濾波處理；用分解的低頻系數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)。虛擬小波信號(hào)提取儀設(shè)計(jì)虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)和儀器技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物，是當(dāng)今計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試（CAT）領(lǐng)域的一項(xiàng)重要技術(shù)。其基本功能主要有：文件管理、參數(shù)設(shè)置、信號(hào)發(fā)生、信號(hào)采集、信號(hào)處理、顯示等。虛擬儀器由通用儀器硬件平臺(tái)和應(yīng)用軟件兩大部分構(gòu)成。虛基于PC-DAQ的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)擬儀器技術(shù)的核心強(qiáng)調(diào)軟件，并且軟件的編程要建立在硬件的設(shè)計(jì)功能之上。采用LabVIEW開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)的基于PC-DAQ的虛擬儀器測(cè)試系統(tǒng)如所示。其工作流程如下：傳感器測(cè)量被測(cè)信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換為電量信號(hào)；信號(hào)處理器將傳感器輸出的電量信號(hào)進(jìn)行整形、轉(zhuǎn)換、濾波處理變成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)；數(shù)據(jù)采集卡采集信號(hào)處理器電壓信號(hào)，并轉(zhuǎn)換為計(jì)算機(jī)能處理的數(shù)字信號(hào)；通過設(shè)備驅(qū)動(dòng)程序，數(shù)字信號(hào)進(jìn)入計(jì)算機(jī)，在LabVIEW平臺(tái)上，調(diào)用信號(hào)處理子模板，編寫儀器功能流程和功能算法，設(shè)計(jì)虛擬儀器前面板，形成具有不同功能的應(yīng)用程序。
其中，應(yīng)用程序包括實(shí)現(xiàn)虛擬面板功能的軟件程序和定義測(cè)試功能的流程圖軟件程序，I/O接口儀器驅(qū)動(dòng)程序完成待定外部硬件設(shè)備的擴(kuò)展、驅(qū)動(dòng)與通信。在LabVIEW平臺(tái)上，一個(gè)VI由兩部分組成：前面板和流程圖（或稱后面板）。前面板的功能等效于傳統(tǒng)測(cè)試儀器的前面板，流程圖的功能等效于傳統(tǒng)測(cè)試儀器與前面板相聯(lián)系的硬件電路。儀器前面板的設(shè)計(jì)指在虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)上，利用各類子模板圖標(biāo)創(chuàng)建用戶界面，即虛擬儀器的前面板。在設(shè)計(jì)時(shí)要考慮它的實(shí)用性，不能一味追求華麗的外表，要注重簡(jiǎn)潔和適用性。儀器流程或算法的設(shè)計(jì)是根據(jù)儀器功能要求，利用虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)所提供的子模板，確定程序的流程圖、主要處理算法和所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方法等。
根據(jù)儀器的功能要求，還要確定儀器的接口標(biāo)準(zhǔn)。如果儀器設(shè)備具有RS-232串行接口，則直接用連線將儀器設(shè)備與計(jì)算機(jī)的串行接口連接即可；如果儀器是GPIB接口，則需要額外配備一塊接口板，建立計(jì)算機(jī)與儀器設(shè)備之間的通信渠道；如果使用計(jì)算機(jī)來控制VXI總線設(shè)備，則也需要配備一塊接口卡，通過GPIB與VXI總線、VXI主機(jī)箱零槽模塊通信，零槽模塊的GPIB-VXI翻譯器將GPIB命令翻譯成VXI命令，并把各模塊返回的數(shù)據(jù)以一定的格式傳回主控計(jì)算機(jī)。虛擬小波信號(hào)提取儀設(shè)計(jì)虛擬小波信號(hào)提取儀的設(shè)計(jì)思路為：在LabVIEW平臺(tái)上，通過數(shù)據(jù)采集或仿真生成含有噪聲或高頻信號(hào)的低頻緩變信號(hào)，通過儀器前面板設(shè)置信號(hào)提取處理的參數(shù)，將參數(shù)通過接口傳遞給Matlab相應(yīng)的功能函數(shù)，完成信號(hào)分析與處理功能，最后將處理結(jié)果回傳給LabVIEW進(jìn)行顯示，虛擬小波信號(hào)提取儀的原理框圖如所示。虛擬小波信號(hào)提取儀的原理框圖虛擬小波信號(hào)提取儀前面板虛擬小波信號(hào)提取儀面板中主要的控件有6個(gè)，如所示。儀器前面板中相應(yīng)控件的主要屬性設(shè)置如所示。中控件的具體使用方法如下：?jiǎn)螕舻皖l緩變信號(hào)頻率按鈕，選擇仿真緩變正弦信號(hào)的頻率；單擊高頻信號(hào)頻率按鈕，選擇仿真高頻正弦信號(hào)的頻率；單擊采樣頻率按鈕，選擇仿真正弦信號(hào)的采樣頻率；含噪聲或高頻信號(hào)波形顯示屏中顯示含高頻信號(hào)的正弦信號(hào)；提取后的緩變信號(hào)波形顯示屏中顯示低頻緩變信號(hào)波形；單擊動(dòng)態(tài)波形按鈕，動(dòng)態(tài)顯示波形。
前面板控件屬性設(shè)置編號(hào)控件類型名稱功能低頻緩變信號(hào)頻率設(shè)置緩變有用的正弦波信號(hào)頻率高頻信號(hào)頻率設(shè)置高頻正弦波信號(hào)頻率采樣頻率設(shè)置正弦波信號(hào)的采樣頻率含噪聲或高頻信號(hào)波形顯示待處理的正弦波信號(hào)提取后的緩變信號(hào)波形提取后的低頻緩變正弦波信號(hào)動(dòng)態(tài)波形是否動(dòng)態(tài)顯示波形小波信號(hào)提取儀流程圖設(shè)計(jì)過程如下：在儀器前面板窗口中選擇如下路徑進(jìn)入流程圖數(shù)據(jù)流向的連接虛擬小波信號(hào)提取儀運(yùn)行結(jié)果在軟件設(shè)計(jì)中，數(shù)據(jù)傳遞是通過節(jié)點(diǎn)方式完成。
按照如所示的連線圖，進(jìn)行數(shù)據(jù)流向的連接。最后，運(yùn)行虛擬儀器的VI文件，調(diào)用Matlab工具箱中小波函數(shù)對(duì)含高頻的正弦信號(hào)進(jìn)行提取處理，并將消噪后的正弦信號(hào)在提取后的緩變信號(hào)波形顯示屏中顯示出來，得到虛擬小波信號(hào)提取儀的運(yùn)行結(jié)果如所示。圖中左邊框內(nèi)為被污染的含有高頻噪聲的信號(hào)，右邊框內(nèi)為提取出的低頻緩變信號(hào)。結(jié)語虛擬儀器是計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)在儀器測(cè)試方面的應(yīng)用，目的是將傳統(tǒng)的測(cè)試儀器軟件化，以實(shí)現(xiàn)更高的測(cè)試效率和更強(qiáng)的測(cè)試功能。利用該技術(shù)開發(fā)的小波信號(hào)提取儀已經(jīng)成功應(yīng)用于某裝備的虛擬測(cè)試系統(tǒng)中，經(jīng)過實(shí)際使用表明：可以提高部隊(duì)裝備測(cè)試的自動(dòng)化和標(biāo)準(zhǔn)化，降低裝備維修保障的成本，在武器裝備的測(cè)試領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。http://18192.cn
