中國(guó)虛擬儀器DASP與INV移動(dòng)試驗(yàn)室獲八項(xiàng)重大技術(shù)突破

   　為慶祝2008年8月8日北京奧運(yùn)會(huì)勝利召開(kāi)，同時(shí)慶祝中國(guó)虛擬儀器之父——北京東方振動(dòng)和噪聲技術(shù)研究所（簡(jiǎn)稱(chēng)東方所）籌建25周年，東方所市場(chǎng)部于2008年10月10日召開(kāi)新聞發(fā)布會(huì)，對(duì)東方所前身中國(guó)科協(xié)咨詢(xún)中心振動(dòng)技術(shù)咨詢(xún)部從1983年1月開(kāi)始籌建及研發(fā)PC卡泰虛擬儀器25年來(lái)東方所應(yīng)懷樵教授課題組經(jīng)過(guò)軟硬件自主創(chuàng)新所取得的100余項(xiàng)創(chuàng)新技術(shù)進(jìn)行回顧，特別是近期取得的有關(guān)中國(guó)虛擬儀器DASP與INV移動(dòng)試驗(yàn)室的八項(xiàng)國(guó)內(nèi)首創(chuàng)、國(guó)際領(lǐng)先的重大創(chuàng)新成果進(jìn)行發(fā)布和演示。公開(kāi)發(fā)布的具有民族自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的八項(xiàng)科技創(chuàng)新成果新聞如下：

　　1.振動(dòng)全息AVD實(shí)時(shí)測(cè)試分析創(chuàng)新技術(shù) 

　　我所獨(dú)創(chuàng)的新算法和虛擬儀器技術(shù)，僅使用一個(gè)傳感器、一路采集通道，即可同步連續(xù)獲取振動(dòng)信號(hào)的加速度（A）、速度（V）和位移（D）三路信號(hào)，同時(shí)實(shí)時(shí)顯示頻譜和阻尼比值，實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)的“全息測(cè)量”。經(jīng)仿真與實(shí)際振動(dòng)校準(zhǔn)對(duì)比的嚴(yán)格考驗(yàn)，效果良好，其意義是振動(dòng)測(cè)試界的“嫦娥奔月”。

　　2.四通道24位“雙核”A/D高精度超量程160dB數(shù)采儀專(zhuān)門(mén)技術(shù)  

　　在許多工程動(dòng)態(tài)測(cè)試領(lǐng)域，被測(cè)信號(hào)的強(qiáng)弱大小是無(wú)法預(yù)知的，過(guò)大或過(guò)小的信號(hào)往往超出儀器的量程和測(cè)量范圍或降低測(cè)量的準(zhǔn)確性，甚至錯(cuò)過(guò)測(cè)量的機(jī)會(huì)。我所在數(shù)采和信號(hào)測(cè)試方面，首創(chuàng)了24位“雙核”數(shù)采儀，每通道采用獨(dú)立的雙24位Δ-Σ方式AD轉(zhuǎn)換，結(jié)合最新的FPGA技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了160dB的超寬量程范圍高精度測(cè)試分析，不再需要考慮量程切換問(wèn)題，也不用為信號(hào)過(guò)載或欠載而擔(dān)心，從根本上解決了由于精度和量程帶來(lái)的諸多問(wèn)題。其意義是測(cè)試技術(shù)界的“神舟飛船”。

　　3.虛擬儀器VI和信號(hào)分析儀（SPI）的高精度軟件頻率分析技術(shù) 

　　自1965年FFT問(wèn)世、1983年虛擬儀器VI問(wèn)世以來(lái)，虛擬儀器VI和數(shù)采DAQ及信號(hào)分析儀SPI的卡脖子問(wèn)題就是軟件精度。我所研制的INV高精度頻率計(jì)、高性能的數(shù)采與信號(hào)分析軟件，其軟件頻率（單頻）精度達(dá)12～14位，比國(guó)內(nèi)外同類(lèi)儀器軟件精度3～4位提高1億倍以上。頻率測(cè)量精度達(dá)到了千億分之一，比國(guó)家JJG834-2006動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀檢定規(guī)程規(guī)定的A級(jí)10-4指標(biāo)提高109～1010倍。

　　4.虛擬儀器VI和信號(hào)分析儀（SPI）高精度軟件幅值分析技術(shù)

　　國(guó)內(nèi)外信號(hào)分析儀器受泄漏的影響，幅值誤差最大為－36.3％（矩形窗）。國(guó)家動(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀檢定規(guī)程JJG834-2006中規(guī)定的幅值精度，A級(jí)為2％，B級(jí)為5％，東方所自主創(chuàng)新的YLS方法，使軟件幅值（單頻）精度達(dá)到12～14位，比國(guó)外同類(lèi)軟件幅值精度3～4位提高9～10個(gè)量級(jí)，提高1萬(wàn)倍以上，達(dá)到千億分之一的測(cè)量精度，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于國(guó)內(nèi)外同類(lèi)最好儀器的指標(biāo)。 

　　5.提高SPI和VI硬件頻率精度的DASP數(shù)字處理專(zhuān)門(mén)技術(shù)

　　受軟硬件技術(shù)的限制，國(guó)內(nèi)外信號(hào)處理儀SPI和虛擬儀器VI的硬件頻率精度均不超過(guò)6位字長(zhǎng)（十進(jìn)制，下同）。經(jīng)過(guò)軟硬件自主創(chuàng)新，使INV3018C和NI4472B數(shù)據(jù)采集DAQ硬件技術(shù)獲得重大突破，其頻率精度從5～6位字長(zhǎng)達(dá)到7～8位字長(zhǎng)，提高了2～3個(gè)數(shù)量級(jí)，從而使INV系統(tǒng)的高精度頻率計(jì)軟硬件聯(lián)合精度真正達(dá)到7～8位字長(zhǎng)的顯示精度，比國(guó)內(nèi)外同類(lèi)儀器精度提高了2～3個(gè)數(shù)量級(jí)（100～1000 倍）。通過(guò)軟件取代硬件，降低了硬件成本，有利于普及推廣，具有重大科學(xué)及經(jīng)濟(jì)意義。該技術(shù)可用于國(guó)內(nèi)外各種數(shù)采卡和虛擬儀器。

　　6.改進(jìn)SPI和VI系統(tǒng)幅值精度的INV頻響函數(shù)陣列反演恢復(fù)處理專(zhuān)門(mén)技術(shù)

　　通過(guò)獨(dú)創(chuàng)的INV頻響函數(shù)陣列處理技術(shù)創(chuàng)新，使信號(hào)處理儀SPI和虛擬儀器VI的幅值精度,如INV3018C和NI4472B系統(tǒng)的幅值精度，從1～2%提高到0.1～0.2%，提高了1個(gè)數(shù)量級(jí)（10倍），把現(xiàn)有SPI和VI儀器檢定規(guī)程中的等級(jí)從5～2%提高到0.2～0.1%，共提高5～6擋，使儀器從低端提高到中端準(zhǔn)精密級(jí)，標(biāo)志著SPI和VI儀器長(zhǎng)期存在的技術(shù)難題取得顯著的突破。用軟件取代硬件，極大地降低了硬件成本，有利于普及推廣。由于虛擬儀器VI應(yīng)用非常廣泛，因此具有巨大經(jīng)濟(jì)意義。該技術(shù)同樣適用于國(guó)內(nèi)外各種數(shù)采卡和虛擬儀器，意義非常重大。

　　7. 超低頻信號(hào)快速高精度測(cè)試分析技術(shù) 

　　對(duì)于超低頻信號(hào)（10－3 HZ ～10－6 HZ，周期T=1000～1000000秒），以往的測(cè)試分析所需時(shí)間很長(zhǎng)，本技術(shù)能實(shí)現(xiàn)頻率、幅值、失真度、相位差的快速高精度測(cè)量，提高測(cè)試速度幾十倍至幾百倍。分析一周天（86400秒）1024點(diǎn)邊采邊分析5分鐘就能得到滿(mǎn)意的結(jié)果。經(jīng)國(guó)家地震局有關(guān)單位應(yīng)用和鑒定認(rèn)為，用于地震甚低頻測(cè)試已達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

　　8.一鍵多功能自動(dòng)測(cè)試頻率、幅值、相位、失真度、阻尼比技術(shù)

　　采用一鍵高度自動(dòng)化測(cè)試的“自動(dòng)SF裝置”，實(shí)現(xiàn)了對(duì)超高帶寬頻率范圍為1×10－6 HZ ～2×1013 HZ的信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)跟蹤尋的快速測(cè)定。該軟件技術(shù)包括“一鍵高精度頻率技術(shù)”，“一鍵高精度幅值技術(shù)”，“一鍵高精度相位技術(shù)”，“一鍵高精度失真度技術(shù)”，“一鍵高精度阻尼比技術(shù)”，“一鍵同時(shí)高精度頻率、幅值、相位、失真度、幅值比綜合測(cè)量”等創(chuàng)新技術(shù)，居國(guó)內(nèi)外領(lǐng)先水平。