研究將傳統(tǒng)的測試儀器軟件化，實現(xiàn)更高的測試效率
由于現(xiàn)代軍事裝備日趨大型化、集成化、高速化、自動化，同時綜合化程度也不斷提高，因此，在裝備故障診斷中快速準確地提取故障信號非常重要。但在信號的采集、傳輸與處理過程中，因外界或電路內(nèi)部的干擾，使信號被噪聲污染，即有用的緩變信號被夾雜到所處理的噪聲或高頻信號中。為此，筆者設(shè)計出一種虛擬小波信號提取儀，可將緩變的有用信號從中識別出來，并將其應用于某裝備的測試系統(tǒng)中，以進行故障報警與診斷，獲得了較好效果。小波信號提取原理應用小波分析進行信號提取主要涉及到小波的分解與重構(gòu)，下面以一維信號為例來介紹小波信號提取的原理。小波變換在信號提取中的思想為：信號中的低頻部分代表信號的發(fā)展趨勢，在小波分析中，對應為大尺度小波變換的低頻系數(shù)。隨著尺度的增加，時間分辨率的降低，信號的變化趨勢更明顯。從頻率角度理解，隨著分解層次的增加，低頻部分也會增加，高頻部分減少，信號中有用的低頻部分就會顯現(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/監(jiān)控現(xiàn)代制造工程的提取算法可按照如下步驟進行：對信號進行小波分解；高頻系數(shù)的濾波處理；用分解的低頻系數(shù)對信號進行重構(gòu)。虛擬小波信號提取儀設(shè)計虛擬儀器技術(shù)虛擬儀器是現(xiàn)代計算機技術(shù)和儀器技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物，是當今計算機輔助測試（CAT）領(lǐng)域的一項重要技術(shù)。其基本功能主要有：文件管理、參數(shù)設(shè)置、信號發(fā)生、信號采集、信號處理、顯示等。虛擬儀器由通用儀器硬件平臺和應用軟件兩大部分構(gòu)成。虛基于PC-DAQ的虛擬儀器測試系統(tǒng)結(jié)構(gòu)擬儀器技術(shù)的核心強調(diào)軟件，并且軟件的編程要建立在硬件的設(shè)計功能之上。采用LabVIEW開發(fā)平臺設(shè)計的基于PC-DAQ的虛擬儀器測試系統(tǒng)如所示。其工作流程如下：傳感器測量被測信號，將其轉(zhuǎn)換為電量信號；信號處理器將傳感器輸出的電量信號進行整形、轉(zhuǎn)換、濾波處理變成標準信號；數(shù)據(jù)采集卡采集信號處理器電壓信號，并轉(zhuǎn)換為計算機能處理的數(shù)字信號；通過設(shè)備驅(qū)動程序，數(shù)字信號進入計算機，在LabVIEW平臺上，調(diào)用信號處理子模板，編寫儀器功能流程和功能算法，設(shè)計虛擬儀器前面板，形成具有不同功能的應用程序。
其中，應用程序包括實現(xiàn)虛擬面板功能的軟件程序和定義測試功能的流程圖軟件程序，I/O接口儀器驅(qū)動程序完成待定外部硬件設(shè)備的擴展、驅(qū)動與通信。在LabVIEW平臺上，一個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)測試儀器的前面板，流程圖的功能等效于傳統(tǒng)測試儀器與前面板相聯(lián)系的硬件電路。儀器前面板的設(shè)計指在虛擬儀器開發(fā)平臺上，利用各類子模板圖標創(chuàng)建用戶界面，即虛擬儀器的前面板。在設(shè)計時要考慮它的實用性，不能一味追求華麗的外表，要注重簡潔和適用性。儀器流程或算法的設(shè)計是根據(jù)儀器功能要求，利用虛擬儀器開發(fā)平臺所提供的子模板，確定程序的流程圖、主要處理算法和所實現(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準。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)備與計算機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，建立計算機與儀器設(shè)備之間的通信渠道；如果使用計算機來控制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算機。虛擬小波信號提取儀設(shè)計虛擬小波信號提取儀的設(shè)計思路為：在LabVIEW平臺上，通過數(shù)據(jù)采集或仿真生成含有噪聲或高頻信號的低頻緩變信號，通過儀器前面板設(shè)置信號提取處理的參數(shù)，將參數(shù)通過接口傳遞給Matlab相應的功能函數(shù)，完成信號分析與處理功能，最后將處理結(jié)果回傳給LabVIEW進行顯示，虛擬小波信號提取儀的原理框圖如所示。虛擬小波信號提取儀的原理框圖虛擬小波信號提取儀前面板虛擬小波信號提取儀面板中主要的控件有6個，如所示。儀器前面板中相應控件的主要屬性設(shè)置如所示。中控件的具體使用方法如下：單擊低頻緩變信號頻率按鈕，選擇仿真緩變正弦信號的頻率；單擊高頻信號頻率按鈕，選擇仿真高頻正弦信號的頻率；單擊采樣頻率按鈕，選擇仿真正弦信號的采樣頻率；含噪聲或高頻信號波形顯示屏中顯示含高頻信號的正弦信號；提取后的緩變信號波形顯示屏中顯示低頻緩變信號波形；單擊動態(tài)波形按鈕，動態(tài)顯示波形。
前面板控件屬性設(shè)置編號控件類型名稱功能低頻緩變信號頻率設(shè)置緩變有用的正弦波信號頻率高頻信號頻率設(shè)置高頻正弦波信號頻率采樣頻率設(shè)置正弦波信號的采樣頻率含噪聲或高頻信號波形顯示待處理的正弦波信號提取后的緩變信號波形提取后的低頻緩變正弦波信號動態(tài)波形是否動態(tài)顯示波形小波信號提取儀流程圖設(shè)計過程如下：在儀器前面板窗口中選擇如下路徑進入流程圖數(shù)據(jù)流向的連接虛擬小波信號提取儀運行結(jié)果在軟件設(shè)計中，數(shù)據(jù)傳遞是通過節(jié)點方式完成。
按照如所示的連線圖，進行數(shù)據(jù)流向的連接。最后，運行虛擬儀器的VI文件，調(diào)用Matlab工具箱中小波函數(shù)對含高頻的正弦信號進行提取處理，并將消噪后的正弦信號在提取后的緩變信號波形顯示屏中顯示出來，得到虛擬小波信號提取儀的運行結(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，右邊框內(nèi)為提取出的低頻緩變信號。結(jié)語虛擬儀器是計算機仿真技術(shù)在儀器測試方面的應用，目的是將傳統(tǒng)的測試儀器軟件化，以實現(xiàn)更高的測試效率和更強的測試功能。利用該技術(shù)開發(fā)的小波信號提取儀已經(jīng)成功應用于某裝備的虛擬測試系統(tǒng)中，經(jīng)過實際使用表明：可以提高部隊裝備測試的自動化和標準化，降低裝備維修保障的成本，在武器裝備的測試領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。http://www.yoshikomatsuura.com
