范永亮

（山東省交通科學(xué)研究所，山東 濟(jì)南 250031）

人們隨時(shí)間的重要性的認(rèn)識(shí)日愈加深，人們對(duì)出行方式及時(shí)間的要求也越來(lái)越高，工程師們也在努力的尋求新的技術(shù)方法來(lái)縮短運(yùn)行時(shí)間，使得軌道交通這一交通方式在不斷尋求新的方向。軌道交通的主要特點(diǎn)是運(yùn)行速度快、運(yùn)輸量大、運(yùn)營(yíng)安全系數(shù)高、運(yùn)行時(shí)間可確定性。此外，軌道交通相對(duì)公路交通更加環(huán)保。這些都優(yōu)點(diǎn)已經(jīng)被世界各國(guó)所公認(rèn)。所以，軌道交通的質(zhì)量則成為了一項(xiàng)重要的大事。為了保障日后軌道運(yùn)輸?shù)陌踩?，必須要在運(yùn)營(yíng)之前經(jīng)過(guò)各種相關(guān)測(cè)試，所有測(cè)試數(shù)據(jù)首先要被傳感器轉(zhuǎn)化成為電信號(hào)，然后被儀器整理后傳送到將機(jī)器的記錄系統(tǒng)進(jìn)行智能分析，這些智能分析工作，近年來(lái)已經(jīng)被計(jì)算機(jī)虛擬儀器所取代。

所謂的虛擬儀器指的是先進(jìn)的軟件技術(shù)與模塊化硬件有機(jī)的結(jié)合在一起，充分利用的計(jì)算機(jī)計(jì)算性能強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，從而形成性能強(qiáng)、計(jì)算便利、準(zhǔn)確的測(cè)試控制系統(tǒng)。通過(guò)虛擬儀器，使得測(cè)試儀器的硬件不論從占地體積還是從儀器成本方面都得到了有效的減小。此外，虛擬儀器對(duì)所測(cè)試的數(shù)據(jù)所進(jìn)行的計(jì)算、儲(chǔ)存、分析性能都得到了提高。值得一提的是，虛擬儀器的更新十分便利，它可以隨時(shí)保持最新?tīng)顟B(tài)，依托互聯(lián)網(wǎng)的便利使得軟件升級(jí)更加實(shí)時(shí)。用戶(hù)在使用時(shí)可以用更低的成本得到更高的技術(shù)服務(wù)。

近幾年來(lái)，技術(shù)人員為了將虛擬儀器運(yùn)用到與日常生活息息相關(guān)的軌道交通工程上，進(jìn)行了無(wú)數(shù)次的實(shí)驗(yàn)，這本文中將主要介紹LabVIEW6.1，通過(guò)講解其技術(shù)原理，使得更多的人了解虛擬儀器，以便大力推廣其在軌道交通中的使用。

1 虛擬儀器的優(yōu)點(diǎn)

現(xiàn)在，出現(xiàn)在市場(chǎng)上的傳感器品種繁多，大部分傳感器是可以滿(mǎn)足技術(shù)人員對(duì)測(cè)試精準(zhǔn)度的要求的，并且各個(gè)生產(chǎn)廠(chǎng)家也在大力的創(chuàng)新提高其精準(zhǔn)度，同時(shí)放大器也隨之出現(xiàn)在市場(chǎng)之上。光線(xiàn)示波器、模擬磁帶機(jī)等一套老式的儀器不僅價(jià)格昂貴，使用不方便，不利于攜帶，而且性能較差，很多情況下不能夠滿(mǎn)足人們對(duì)數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度的要求，技術(shù)更新不方便，不及時(shí)，不是全智能化，還需要人工進(jìn)行記錄存儲(chǔ)。這樣一來(lái)就大大加長(zhǎng)了計(jì)算周期和精準(zhǔn)效率。而現(xiàn)在，計(jì)算機(jī)被廣泛的在各個(gè)工作領(lǐng)域中使用，新的虛擬儀器終將取代傳統(tǒng)的記錄分析儀器。

2 虛擬儀器的軟件平臺(tái)

為了在日后的工作中虛擬儀器使用起來(lái)更方便和保持軟件更新，技術(shù)人員選用了LabVIEW6.1作為軌道動(dòng)力學(xué)測(cè)試軟件的開(kāi)發(fā)平臺(tái)。使用更高版本LabVIEW的部門(mén)只需對(duì)已開(kāi)發(fā)的VI進(jìn)行重新編譯即可。

3 LabVIEW的采集程序

在此環(huán)節(jié)，應(yīng)當(dāng)盡量進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，這樣才能將更多的軟件資源留給后面更需要資源的步驟。系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)的有效分析之后將其重新數(shù)組拆分后，然后將其送入制定的窗口，此時(shí)數(shù)據(jù)的流轉(zhuǎn)過(guò)程是可監(jiān)控的，這樣就可以再第一時(shí)間對(duì)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行定位以及修改。

4 LabVIEW的處理程序

在處理程序上，分為自動(dòng)回放處理和手工回放處理兩種。一些數(shù)據(jù)較為規(guī)整且有規(guī)律大多可以選用自動(dòng)回放處理，相反則選用手動(dòng)回放處理。在手動(dòng)回放程序中需要有“磁吸”的配合，來(lái)獲取峰谷數(shù)值。軟件的更新和性能方面的拓展則滿(mǎn)足了一些特殊的需求，比如需要現(xiàn)場(chǎng)分析數(shù)值的情況，F(xiàn)FTPowerSpectralDensity“函數(shù)模塊就發(fā)揮了重要的作用。

5 虛擬儀器在軌道交通中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)

5.1 可以滿(mǎn)足軌道交通對(duì)時(shí)間方面的要求

眾所周知，軌道交通是一項(xiàng)極其復(fù)雜且需要各個(gè)部門(mén)緊密配合的工程。時(shí)間的精準(zhǔn)必須嚴(yán)格掌控。所以需要技術(shù)人員對(duì)其作出極其精準(zhǔn)的測(cè)試。虛擬儀器的運(yùn)用可以實(shí)時(shí)查看畫(huà)面，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)隱患并進(jìn)行排除。

5.2 虛擬儀器所需的資源小

使用LabVIEW軟件，WriteToSGLFile.vi可以直接將收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換后存盤(pán)，大大節(jié)約了資源，等待中的數(shù)據(jù)將不被存儲(chǔ)。

5.3 虛擬儀器完成了初步自動(dòng)化

虛擬儀器在采集后立即對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步分析，檢測(cè)出所需的數(shù)據(jù)，按實(shí)驗(yàn)要求計(jì)算出結(jié)果，調(diào)用MicrosoftWord(等)形成報(bào)表。整個(gè)初步的分析過(guò)程由計(jì)算機(jī)自動(dòng)完成更為快捷和可靠。

5.4 虛擬儀器軟件的更新更加及時(shí)，性能更加可拓展

LabVIEW采用模塊化的開(kāi)發(fā)方式，由“流”驅(qū)動(dòng)軟件的運(yùn)行，功能強(qiáng)大的模塊化函數(shù)庫(kù)，使現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)擴(kuò)展成為可能.另外，由于條件所限，各實(shí)驗(yàn)部門(mén)使用的計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)有可能會(huì)是 Windows9x、WindowsME、Win dows2000、WindowsXP 甚 至是Linux等.以常見(jiàn)的Windows系列操作系統(tǒng)為例，這些系統(tǒng)下同一種硬件的驅(qū)動(dòng)方式可能大不相同.如果在選購(gòu)采集卡時(shí)統(tǒng)一選擇NationalInstruments公司的產(chǎn)品，那么，即使由于條件所限，各部門(mén)的采集卡型號(hào)不同，也可以通過(guò)NationalInstruments提供的NI-DAQ使程序達(dá)到G語(yǔ)言源代碼級(jí)兼容。NI-DAQ為硬件驅(qū)動(dòng)與頂層調(diào)用提供了一個(gè)接口層，在LabVIEW中表現(xiàn)為一些函數(shù)模塊.無(wú)論什么操作系統(tǒng)下，這些函數(shù)模塊在G語(yǔ)言源代碼級(jí)兼容，開(kāi)發(fā)者在編寫(xiě)VI時(shí)通過(guò)調(diào)用NI-DAQ操作硬件，完全不必考慮底層的驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，在使用不同硬件以及跨平臺(tái)維護(hù)擴(kuò)展時(shí)也不存在任何問(wèn)題。

5.5 使用虛擬儀器的成功案例

2002年9月山海關(guān)秦沈鐵路客運(yùn)提速實(shí)驗(yàn)，測(cè)試地點(diǎn)在野外，空氣溫度在35℃以上，采集卡等儀器的工作溫度可達(dá)80℃，個(gè)別工況的連續(xù)測(cè)試時(shí)間超過(guò)2小時(shí)。要求每趟試驗(yàn)車(chē)通過(guò)后立即將有關(guān)的安全運(yùn)營(yíng)指標(biāo)的分析結(jié)果上報(bào)，以幫助決策部門(mén)指導(dǎo)后續(xù)試驗(yàn)，確保人身財(cái)產(chǎn)安全。2003年4月齊齊哈爾鐵路測(cè)試，除通常實(shí)驗(yàn)特點(diǎn)外，適逢全世界人民共同抵抗非典之際，為保障實(shí)驗(yàn)者的人身安全，要求參加人員盡可能少，實(shí)驗(yàn)周期盡可能短。

結(jié)語(yǔ)

虛擬儀器運(yùn)用到軌道運(yùn)輸中是必然的趨勢(shì)，先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)必將進(jìn)一步帶動(dòng)軌道運(yùn)輸行業(yè)。大大降低工程成本，同時(shí)又提高了其工作性能。軟件平臺(tái)LabVIEW采用圖形化的開(kāi)發(fā)方式，配以功能強(qiáng)大的函數(shù)工具箱以及各種專(zhuān)業(yè)軟件包，開(kāi)發(fā)效率很高，會(huì)進(jìn)一步引導(dǎo)軌道運(yùn)輸走向全自動(dòng)化發(fā)展。

[1]張煥增，柴曉冬，馬子彥，楊明來(lái)，梁鑒如.基于LabVIEW軌道交通車(chē)地通信系統(tǒng)FSK信號(hào)檢測(cè)裝置[J].上海工程技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào).2010(02).

[2]付海峰，馬修真，李文輝.虛擬儀器在內(nèi)燃機(jī)測(cè)試中的開(kāi)發(fā)應(yīng)用 [J].大連鐵道學(xué)院學(xué)報(bào).1999(01).

[3]劉東，王利清，溫偉雄.基于虛擬儀器的移頻信號(hào)檢測(cè)系統(tǒng)[J].鐵道通信信號(hào).2004(12).