浅析虚拟仪器在轨道交通中的作用

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摘 要：上世纪八十年代末期，世界各国的科学家开始探索性能更高的模块化硬件，并运用有效的软件来完成各种高难度的测试、测量进行自动化应用。本文中，笔者介绍了虚拟仪器软件运用到产品设计的全部环节，大大提高了产品开发的效率，缩短了产品研发时间，实现了自动化。

关键词：虚拟仪器软件；轨道；测试平台

中图分类号：TP333.96 文献标识码：A

人们随时间的重要性的认识日愈加深，人们对出行方式及时间的要求也越来越高，工程师们也在努力的寻求新的技术方法来缩短运行时间，使得轨道交通这一交通方式在不断寻求新的方向。轨道交通的主要特点是运行速度快、运输量大、运营安全系数高、运行时间可确定性。此外，轨道交通相对公路交通更加环保。这些都优点已经被世界各国所公认。所以，轨道交通的质量则成为了一项重要的大事。为了保障日后轨道运输的安全性，必须要在运营之前经过各种相关测试，所有测试数据首先要被传感器转化成为电信号，然后被仪器整理后传送到将机器的记录系统进行智能分析，这些智能分析工作，近年来已经被计算机虚拟仪器所取代。

所谓的虚拟仪器指的是先进的软件技术与模块化硬件有机的结合在一起，充分利用的计算机计算性能强的优势，从而形成性能强、计算便利、准确的测试控制系统。通过虚拟仪器，使得测试仪器的硬件不论从占地体积还是从仪器成本方面都得到了有效的减小。此外，虚拟仪器对所测试的数据所进行的计算、储存、分析性能都得到了提高。值得一提的是，虚拟仪器的更新十分便利，它可以随时保持最新状态，依托互联网的便利使得软件升级更加实时。用户在使用时可以用更低的成本得到更高的技术服务。

近几年来，技术人员为了将虚拟仪器运用到与日常生活息息相关的轨道交通工程上，进行了无数次的实验，这本文中将主要介绍LabVIEW6.1，通过讲解其技术原理，使得更多的人了解虚拟仪器，以便大力推广其在轨道交通中的使用。

1 虚拟仪器的优点

现在，出现在市场上的传感器品种繁多，大部分传感器是可以满足技术人员对测试精准度的要求的，并且各个生产厂家也在大力的创新提高其精准度，同时放大器也随之出现在市场之上。光线示波器、模拟磁带机等一套老式的仪器不仅价格昂贵，使用不方便，不利于携带，而且性能较差，很多情况下不能够满足人们对数据精准度的要求，技术更新不方便，不及时，不是全智能化，还需要人工进行记录存储。这样一来就大大加长了计算周期和精准效率。而现在，计算机被广泛的在各个工作领域中使用，新的虚拟仪器终将取代传统的记录分析仪器。

2 虚拟仪器的软件平台

为了在日后的工作中虚拟仪器使用起来更方便和保持软件更新，技术人员选用了LabVIEW6.1作为轨道动力学测试软件的开发平台。使用更高版本LabVIEW的部门只需对已开发的VI进行重新编译即可。

3 LabVIEW的采集程序

在此环节，应当尽量进行简单处理，这样才能将更多的软件资源留给后面更需要资源的步骤。系统可以通过对各项数据的有效分析之后将其重新数组拆分后，然后将其送入制定的窗口，此时数据的流转过程是可监控的，这样就可以再第一时间对可能出现的故障进行定位以及修改。

4 LabVIEW的处理程序

在处理程序上，分为自动回放处理和手工回放处理两种。一些数据较为规整且有规律大多可以选用自动回放处理，相反则选用手动回放处理。在手动回放程序中需要有“磁吸”的配合，来获取峰谷数值。软件的更新和性能方面的拓展则满足了一些特殊的需求，比如需要现场分析数值的情况，FFTPowerSpectralDensity“函数模块就发挥了重要的作用。

5 虚拟仪器在轨道交通中的技术优势

5.1 可以满足轨道交通对时间方面的要求

众所周知，轨道交通是一项极其复杂且需要各个部门紧密配合的工程。时间的精准必须严格掌控。所以需要技术人员对其作出极其精准的测试。虚拟仪器的运用可以实时查看画面，第一时间发现隐患并进行排除。

5.2 虚拟仪器所需的资源小

使用LabVIEW软件，WriteToSGLFile.vi可以直接将收集到的数据进行转换后存盘，大大节约了资源，等待中的数据将不被存储。

5.3 虚拟仪器完成了初步自动化

虚拟仪器在采集后立即对数据进行初步分析，检测出所需的数据，按实验要求计算出结果，调用MicrosoftWord（等）形成报表。整个初步的分析过程由计算机自动完成更为快捷和可靠。

5.4 虚拟仪器软件的更新更加及时，性能更加可拓展

LabVIEW采用模块化的开发方式，由“流”驱动软件的运行，功能强大的模块化函数库，使现场维护扩展成为可能. 另外，由于条件所限，各实验部门使用的计算机操作系统有可能会是Windows9x、WindowsME、Win dows2000、WindowsXP甚至是Linux等.以常见的Windows系列操作系统为例，这些系统下同一种硬件的驱动方式可能大不相同.如果在选购采集卡时统一选择NationalInstruments公司的产品，那么，即使由于条件所限，各部门的采集卡型号不同，也可以通过NationalInstruments提供的NI-DAQ使程序达到G语言源代码级兼容。NI-DAQ为硬件驱动与顶层调用提供了一个接口层，在LabVIEW中表现为一些函数模块.无论什么操作系统下，这些函数模块在G语言源代码级兼容，开发者在编写VI时通过调用NI-DAQ操作硬件，完全不必考虑底层的驱动问题，在使用不同硬件以及跨平台维护扩展时也不存在任何问题。

5.5 使用虚拟仪器的成功案例

2002年9月山海关秦沈铁路客运提速实验，测试地点在野外，空气温度在35℃以上，采集卡等仪器的工作温度可达80℃，个别工况的连续测试时间超过2小时。要求每趟试验车通过后立即将有关的安全运营指标的分析结果上报，以帮助决策部门指导后续试验，确保人身财产安全。2003年4月齐齐哈尔铁路测试，除通常实验特点外，适逢全世界人民共同抵抗非典之际，为保障实验者的人身安全，要求参加人员尽可能少，实验周期尽可能短。

结语

虚拟仪器运用到轨道运输中是必然的趋势，先进的科学技术必将进一步带动轨道运输行业。大大降低工程成本，同时又提高了其工作性能。软件平台LabVIEW采用图形化的开发方式，配以功能强大的函数工具箱以及各种专业软件包，开发效率很高，会进一步引导轨道运输走向全自动化发展。

参考文献

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