专利名称：大型虚拟测试仪器库及其形成方法
技术领域：
本发明涉及测试仪器领域，尤其涉及一种虚拟测试仪器的大型虚拟测试仪器库及其形成方法。
背景技术：
经检索，有如下涉及虚拟仪器的公开专利文献[1]Virtual instrumentation system and method for controlling a number ofinstruments，专利申请号WO200159406-A，WO200159406-A1，AU200138113-A[2]A virtual instrument bus using network programming，专利申请号G06F-003/02；G06F-003/14；G06F-003/147；G06F-015/403近10余年，由于信息技术快速、密集的渗透和扩展，使机械测试技术和测试仪器受到深刻的影响和严峻的挑战。测试系统中的新原理、新方法和新的制造工艺在信息学的影响下不断涌现，特别是测试技术、仪器技术与软件技术之间的响应更是日益快速、交融日益紧密，使测试系统在大型、复杂、高精度、多功能等方面出现了一次又一次的跨越。从目前世界趋势来看，机械测试系统的测试手段正在被快速发展的、与信息技术联系十分紧密的智能测试和虚拟测试技术逐渐取代。
在测试技术的发展过程中，当智能测试还主要是依靠硬件化仪器作为测试手段时，智能测试技术先进性的体现还不能认为是充分的和全局性的，只有当以软件技术为主导的虚拟测试技术出现后，智能测试技术通过软件技术这一桥梁与虚拟测试仪器紧密地结合为一体时，智能测试才使其先进性全方位地在测试技术中体现出来。
测试测量仪器发展至今，大体可分为三个阶段第一个阶段为传统硬件化仪器，第二个阶段为现在流行的以软件为主体的虚拟仪器，第三个阶段为智能控件化虚拟仪器。20世纪80年代中期首先出现于美国的虚拟仪器，是仪器技术及计算机技术相互渗透相互融合而成的结果，至今已产生了LabVIEW、HPVEE等这样国际上流行的开发系统，在虚拟智能测试方面积累了一定的资源。20世纪90年代末至21世纪初，本申请人发明了一种全新的虚拟仪器模式——智能控件化虚拟仪器和智能虚拟控件的利记博彩app，并研制成功“VMIDS”开发系统，其专利号分别为2003101041922、2003101041918，该“VMIDS”开发系统连接输入装置和输出装置，把虚拟仪器的设计理论方法和资源开发积累提高到一个新的高度。同时，本发明人申请有一种智能虚拟显示器的利记博彩app专利，其申请号为2003101041918，能够体现出虚拟仪器所要显示的技术参数图形，如图6至图11所示。
但现行虚拟智能测试技术的缺点是在原理上尚无更新的突破，因此使得这些资源在数量上还不可能形成强有力的、遍行学科和行业的技术资源，还不足以提供全方位的系统测试手段。出现上述情况的深层原因之一是迄今为止虚拟智能测试系统尚未建立统一的模型，功能软件虽能够大部分取代硬件部件，但仍未摆脱硬件仪器单机系统的制造和调用形式；软件的功能虽然提高了仪器的灵活性和开放性，但在制造上没有引入深度集成的原理和方法，所以还难以从根本上改变目前虚拟智能测试的模式。
发明内容
本发明的目的是提供一个大型虚拟测试仪器库及其形成方法，具有开放系统，能为机械科学的研究和机械产品提供全方位的测试手段和质量保证，可以满足不同用户的测试需求。
为达到上述目的，本发明所述的一种大型虚拟测试仪器库，包括输入装置和输出装置，其关键在于还包括有仪器资源库和仪器库开发系统，仪器资源库由非智能控件库、功能库、智能控件库和仪器库组成，所述仪器库开发系统分别与非智能控件库、功能库、智能控件库双向连接，进行数据传输；非智能控件库、功能库、智能控件库之间相互独立，仪器库开发系统接收输入装置的数据信息，发送数据信息给输出装置；所述仪器库由至少一层智能控件化仪器开发平台，以及层开发平台组成，其中各智能控件化仪器开发平台及层开发平台之间相互独立，并分别与所述仪器库开发系统双向连接；其中各智能控件化仪器开发平台的输入端还连接所述智能控件库的输出端。
所述智能控件化仪器开发平台由智能控件化仪器开发系统和智能控件化仪器库组成，二者双向连接；其中智能控件化仪器开发系统作为输入输出口与所述仪器库开发系统双向连接，与所述智能控件库单向连接。
一种大型虚拟测试仪器库的形成方法，其关键在于，包括有如下步骤步骤1，搭建一个仪器库结构，并对其进行数学建模搭建仪器资源库和仪器库开发系统，该仪器资源库由非智能控件库、功能库、智能控件库和仪器库组成，所述仪器库开发系统分别与非智能控件库、功能库、智能控件库双向连接，进行数据传输；非智能控件库、功能库、智能控件库之间相互独立；数学建模是采用了“岩石模型”概念“岩石”是指具有很多岩层的石头，“有界无限”种测试仪器的物理模型，正是建立在类似“岩石”一样的多层结构内的，因此称此模型为“岩石模型”。“岩石模型”也即是测试仪器的统一模型，亦即各类测试仪器都将集成于这一模型之内；
“岩石模型”中表达各种元素“量”的多项式是一个简单的宏观数学模型，由这一模型可以窥见本模型所描述的大型仪器库的规模M+D=Σj=1JΣk=1Kk-1Mjk+Σj=1JDj=(M1,1+M1,2+Λ+M1,(K1-1)+D1)+(M2,1+M2,2+Λ+M2,(K2-1)]]>+D2)+Λ+(Mj,1+Mj,2+Λ+Mj,(Kk-1)+DJ)]]>式中M——测试仪器集；D——测试仪器开发系统集；j——“岩石”层数的序号；k——每层上的输出档位数的序号；J——“岩石”的层数，为“有界无限”(足够大)的正整数；K——“岩石”的每层上输出的档位数，为“有界无限”(足够大)的正整数；Mj，k——第j层第k位上集成的虚拟测试仪器；Dj——第j层上集成的虚拟测试仪器开发系统(每层的开发系统内均含有测试功能库)。
步骤2、组建非智能控件库(5)、功能库(6)和智能控件库(7)，其步骤为“岩石模型”的主要思想就是要将“有界无限”种测试仪器集成于一个系统之内，例如一个大型虚拟仪器库内，而实现这个思想的前提是系统中应该包含尽可能多的仪器资源。将“有界无限”种测试仪器集成于一个系统之内，例如一个大型虚拟仪器库内，首先需要对所有测试仪器的功能运用数学方法对它们一一进行数学建模，并通过研究得到一个一个与模型对应的算法，然后对相应测试功能进行软件开发，最后将仪器、功能模块和控件资源集成到本系统之中。其步骤为(一)、分别对不同类型仪器的功能和智能虚拟控件进行模块化分解对不同类型仪器中不同的控件进行模块化分解，按照不同控件的仪器功能和控件构架，分为功能模块和非智能控件模块；分别对各类仪器的功能和智能虚拟控件进行合理的模块化分解，这是模块化建模的关键。模块划分的方式决定了模块的连接形式，往往与解决问题的侧重点和软件使用的对象有关。模块的划分结果应保证系统的模块化分解和模块的连接组合过程容易进行，同时可使任意一个模块的删除和插入不给其它模块的组合过程带来影响。
(二)、对分解了的功能模块和非智能控件模块进行数学建模；对功能库内的各个功能模块的功能以及非智能控件库中的非智能控件进行数学模型描述，生成不同的数学模型；(三)根据建立的数学模型对功能模块和非智能控件进行软件开发，并分别装入非智能控件库和功能库。软件开发应遵循相同的接口规则，开发所得的模块应以独立的动态库的形式存在，方便调用，且实现代码应对用户来说是透明的。非智能控件库内装有的控件包括标签、智能显示器、二层选择开关、数码显示管、旋钮、按钮等多种控件形式。
(四)仪器库开发系统从非智能控件库和功能库中提取仪器功能，将功能赋予给非智能控件并融合形成智能控件，然后装入智能控件库；步骤3、利用“岩层模型”的数学理论，搭建仪器库，在仪器库内组建至少一层智能控件化仪器开发平台和层开发平台仪器库的分层规则是用来对“岩层模型”进行分层，并为分出来的每个“岩层”形成相应的仪器模板。在该模板中，可以对仪器的各种功能和物理属性进行修改。对包括机械参量测量仪、几何量测量仪、结构动态测试仪、物理参量测量仪，常规信号分析仪、特殊信号分析仪、机械信号显示仪等用途繁多的测试仪器的原理、功能、性能、精度指标、使用对象，使用环境等逐一进行分类研究，将仪器分类的结果作为“岩石”分层的依据。其步骤为(一)、制定分层规则，按测试仪器的原理、功能、性能、精度指标、使用对象，使用环境的不同，逐一进行分类；确定“岩层”的层数和各个“岩层”的描述信息，也就是智能控件化仪器开发平台的数量和信息描述。如果有新的分类，仍可添加到上述分类中，由层开发平台相应地增加“岩层”数，也就是增加新的智能控件化仪器开发平台。
(二)、确定分层规则以及分层方法；生成的智能控件化仪器开发平台包括机械参量测量仪开发平台、几何量测量仪开发平台、结构动态测试仪开发平台、物理参量测量仪开发平台，常规仪器库平台、特殊信号仪器库平台、机械信号仪器库平台等多种形式；
(三)、按照拟定的分层规则和分层方法对仪器库进行分层；生成层开发平台和不同的智能控件化仪器开发平台；其中智能控件化仪器开发平台由智能控件化仪器开发系统和智能控件化仪器库组成，且二者之间双向连接；智能控件化仪器开发系统作为输入输出口与所述仪器库开发系统双向连接，与所述智能控件库单向连接；层开发平台与所述仪器库开发系统双向连接；步骤4、仪器资源分层入库，其步骤为(一)、对步骤2装配成的具有部分仪器功能的智能控件进行分类；(二)、从智能控件库内提取智能控件，并在智能控件化仪器开发系统中进行分类组合后，灌注到各个智能控件化仪器开发平台中的智能控件化仪器库里；步骤5、采用智能控件化仪器开发系统对智能控件化仪器库进行合成，其步骤为(一)、根据分层规则的不同，获取各智能控件化仪器库的分类描述信息，建立查询机制；(二)、建立仪器库开发系统与仪器库中各个智能控件化仪器库的通信机制；步骤6、硬件平台的建立，生成完整的虚拟测试仪器库安装上适配的输入装置和输出装置，并分别建立与仪器库的连接关系。
步骤2中，所述不同的控件进行模块化分解的规则是将功能分为用户操作接口、数据获取接口、分析处理功能、结果输出接口、仪器自诊断接口，模块化分解的手段即先确定仪器中各功能的属性，然后将其分别纳入相应的功能库中；而对于仪器中的控件，则是分析操作的需要，将控件分为旋钮、按钮、显示器、信号灯、开关、电位器，然后将其分别纳入相应的非智能控件库。
步骤2中在仪器库开发系统将功能模块和智能虚拟控件模块装配成具有完整仪器功能的虚拟仪器的方法是
(1)、从非智能控件库中选取合适的非智能的虚拟控件；(2)、从功能库中选取合适的功能模块，对选取的非智能的虚拟控件进行功能赋予，生成智能化虚拟控件；(3)、对选取的智能化虚拟控件进行测试融合，也就是对制造好的智能虚拟控件进行自检，检查控件中的功能是否赋予正确且满足性能和精度要求；(4)、拼搭智能化虚拟控件，构成虚拟仪器，检查有无错误或软件冲突，并保存生成正确无误且具有完整仪器功能的虚拟仪器。
步骤3中、利用“岩层模型”的数学理论对仪器库进行分层制定的分层规则是，按照工程应用的分类规则进行分层，生成至少一个智能控件化仪器开发平台，同时，还生成有层开发平台。
所述层开发平台生成至少一个新的智能控件化仪器开发平台，并将其安装入所述仪器库，实现与已有各智能控件化仪器开发平台之间的相互平行，互不干扰。
虚拟仪器库中已经存在大量的仪器、功能模块和控件资源，为了方便管理、调用该仪器库中已经存在的仪器以及利用现有的功能和控件资源开发新的仪器，需要对“岩石”进行分层。“岩石”分层要实现对仪器资源实现分类管理，使其中的软件资源支持各种维护动作，如增加、删除以及修改，且维护动作不影响“岩石”的层次结构，要对仪器的应用领域有较强的描述能力和描述精度，要方便开发系统对其中资源的调用。其主要步骤有a、由智能控件化仪器开发系统输入拼搭规则，开发新的仪器；b、由层开发平台创建“岩层”，并搭接在仪器库内；c、创建“岩层”链表，包括层开发平台和智能控件化仪器开发平台两种状态下的链表；
d、创建在层开发平台中创建的岩层节点，如Rock.B-k，岩层节点结构如下所示struct ROCKiRockNo；//“岩层”IDRockInfo；//“岩层”信息ICVIList；//仪器链表dExtend；//扩展(保留)系统根据已有岩层信息自动分配一个岩层ID号，然后该ID号写入Rock.B-k.iRockNo，用户通过仪器库开发系统输入拼搭规则，并将拼搭规则写入Rock.B-k.RockInfo；如果上述操作成功，则生成新的智能控件化仪器开发平台，并根据智能控件化仪器开发平台的岩层信息，修改岩层序号，如得到Rock.A-(k+2)，然后将Rock.A-(k+2)插入到智能控件化仪器开发平台岩层链表；e、将“岩层”节点加入“岩层”链表。
本发明的显著效果是提供一个大型虚拟测试仪器库及其形成方法，具有开放系统，能为机械科学的研究和机械产品提供全方位的测试手段和质量保证，可以满足不同用户的测试需求，对于它已有的资源可以立即满足用户的测试需求，它还没有的资源可以很快地在模型内自动生成或开发，从而可以继续满足用户任何新的要求。
本发明还具有统一性本发明方法所研制的模型将机械测试仪器都集成于该模型之内，也即是测试仪器的统一模型。
广泛性与系统性只要在“机械测试”这一界内，任何测试功能或仪器都可以被包含或可添加至“岩石模型”之中，同时对这一包含大量虚拟测试仪器的大型虚拟测试仪器库建立了系统的体系结构，可以实现有序、高效的管理。
便捷性本发明方法所研制的模型层次分明内容系统，其设置便于用户对丰富的仪器资源进行查询等操作，系统地进行了解，便于管理。
绿色性本发明方法所产生的“岩石模型”在资源、能源的消耗以及对生态环境的保护方面，具有绿色产品的一切特点。
附图1是本大型虚拟测试仪器库的结构示意图；附图2是岩石模型的结构图，表示“岩层模型”中包含着“有界无限”个截面，这些截面的总体包含着N个“有界无限”种虚拟测试仪器。
附图3表示岩石模型的某一层面，它包含着某一类测试仪器的智能控件化仪器平台内智能控件化仪器库的产品和一套可供任意添加注入新仪器的智能控件化仪器开发系统。
附图4是采用“岩层模型”大型虚拟仪器库的计算机表达。
附图5是“岩层模型”大型虚拟仪器库中主开发系统的界面。
附图6是单通道快速傅立叶变换FFT分析仪，属于常规仪器库平台层。
附图7是传递相干分析仪，属于常规仪器库平台层。
附图8是小波变换分析仪，属于特殊信号仪器库平台层。
附图9是旋转机械阶比分析仪，属于特殊信号仪器库平台层。
附图10是音频分析仪，属于常规仪器库平台层。
附图11是多通道记忆示波器，属于机械信号仪器库平台层。
具体实施例方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
如附图1、2、3、4所示一种大型虚拟测试仪器库，包括输入装置1和输出装置2，有仪器资源库3和仪器库开发系统4，仪器资源库3由非智能控件库5、功能库6、智能控件库7和仪器库8组成，所述仪器库开发系统4分别与非智能控件库5、功能库6、智能控件库7双向连接，进行数据传输；非智能控件库5、功能库6、智能控件库7之间相互独立，仪器库开发系统4接收输入装置1的数据信息，发送数据信息给输出装置2；具体来说，输入装置1包括键盘、鼠标等人机交互装置以及工程信号采集装置，包括传感器、数据采集卡。输出装置2包括显示器、网络终端、打印和绘图设备。
所述仪器库8由至少一层智能控件化仪器开发平台9，以及层开发平台10组成，其中各智能控件化仪器开发平台9及层开发平台10之间相互独立，并分别与所述仪器库开发系统4双向连接；其中各智能控件化仪器开发平台9的输入端还连接所述智能控件库7的输出端。
所述智能控件化仪器开发平台9由智能控件化仪器开发系统11和智能控件化仪器库12组成，二者双向连接；其中智能控件化仪器开发系统11作为输入输出口与所述仪器库开发系统4双向连接，与所述智能控件库7单向连接。
如附图1、2、3、4、5所示一种大型虚拟测试仪器库的形成方法，其关键在于，包括有如下步骤步骤1，搭建一个仪器库结构，并对其进行数学建模搭建仪器资源库3和仪器库开发系统4，该仪器资源库3由非智能控件库5、功能库6、智能控件库7和仪器库8组成，所述仪器库开发系统4分别与非智能控件库5、功能库6、智能控件库7双向连接，进行数据传输；非智能控件库5、功能库6、智能控件库7之间相互独立；
数学建模是采用了“岩层模型”概念“岩石”是指具有很多岩层的石头，“有界无限”种测试仪器的物理模型，正是建立在类似“岩石”一样的多层结构内的，因此称此模型为“岩层模型”。“岩层模型”也即是测试仪器的统一模型，亦即各类测试仪器都将集成于这一模型之内；“岩层模型”中表达各种元素“量”的多项式是一个简单的宏观数学模型，由这一模型可以窥见本模型所描述的大型仪器库的规模M+D=Σj=1JΣk=1Kk-1Mjk+Σj=1JDj=(M1,1+M1,2+Λ+M1,(K1-1)+D1)+(M2,1+M2,2+Λ+M2,(K2-1)]]>+D2)+Λ+(Mj,1+Mj,2+Λ+Mj,(Kk-1)+DJ)]]>式中M——测试仪器集；D——测试仪器开发系统集；j——“岩石”层数的序号；k——每层上的输出档位数的序号；J——“岩石”的层数，为“有界无限”(足够大)的正整数；K——“岩石”的每层上输出的档位数，为“有界无限”(足够大)的正整数；Mj，k——第j层第k位上集成的虚拟测试仪器；Dj——第j层上集成的虚拟测试仪器开发系统(每层的开发系统内均含有测试功能库)。
步骤2、组建非智能控件库5、功能库6和智能控件库7，其步骤为“岩层模型”的主要思想就是要将“有界无限”种测试仪器集成于一个系统之内，例如集成于一个功能库6或非智能控件库5内，而实现这个思想的前提是系统中应该包含尽可能多的仪器资源。将“有界无限”种测试仪器集成于一个系统之内，例如功能库6或非智能控件库5，首先需要对所有测试仪器的功能运用数学方法对它们一一进行数学建模，并通过研究得到一个一个与模型对应的算法，然后对相应测试功能进行软件开发，最后将仪器、功能模块和控件资源集成到本系统之中。其步骤为(一)、分别对不同类型仪器的功能和智能虚拟控件进行模块化分解对不同类型仪器中不同的控件进行模块化分解，按照不同控件的仪器功能和控件构架，分为功能模块和非智能控件模块，分别装入非智能控件库5和功能库6；
分别对各类仪器的功能和智能虚拟控件进行合理的模块化分解，这是模块化建模的关键。模块划分的方式决定了模块的连接形式，往往与解决问题的侧重点和软件使用的对象有关。模块的划分结果应保证系统的模块化分解和模块的连接组合过程容易进行，同时可使任意一个模块的删除和插入不给其它模块的组合过程带来影响。
(二)、对分解了的功能模块和非智能控件模块进行数学建模；对功能库6内的各个功能模块的功能进行数学模型描述，生成不同的数学模型；根据建立的数学模型对功能模块和控件进行软件开发。软件开发应遵循相同的接口规则，开发所得的模块应以独立的动态库的形式存在，方便调用，且实现代码应对用户来说是透明的。
非智能控件库5内装有的控件包括标签、智能显示器、二层选择开关、数码显示管、旋钮、按钮等多种控件形式。
(三)、仪器库开发系统4从非智能控件库5和功能库6中提取仪器功能，将功能赋予给非智能控件并融合形成智能控件，然后装入智能控件库7；步骤3、利用“岩层模型”的数学理论，搭建仪器库8，在仪器库8内组建至少一层智能控件化仪器开发平台9和层开发平台10如附图6、7、8、9、10、11所示仪器库8的生成规则是用来对“岩层模型”进行分层，并为分出来的每个“岩层”形成相应的仪器模板。在该模板中，可以对仪器的各种功能和物理属性进行修改。对包括机械参量测量仪、几何量测量仪、结构动态测试仪、物理参量测量仪，常规信号分析仪、特殊信号分析仪、机械信号显示仪等用途繁多的测试仪器的原理、功能、性能、精度指标、使用对象，使用环境等逐一进行分类研究，将仪器分类的结果作为“岩石”分层的依据。其步骤为
(一)、制定分层规则，按测试仪器的原理、功能、性能、精度指标、使用对象，使用环境的不同，逐一进行分类；确定“岩层”的层数和各个“岩层”的描述信息，也就是智能控件化仪器开发平台9的数量和信息描述。如果有新的分类，仍可添加到上述分类中，由层开发平台10相应地增加“岩层”数，也就是增加新的智能控件化仪器开发平台9。
(二)、确定分层规则以及分层方法；生成的智能控件化仪器开发平台9包括机械参量测量仪开发平台、几何量测量仪开发平台、结构动态测试仪开发平台、物理参量测量仪开发平台，常规仪器库平台、特殊信号仪器库平台、机械信号仪器库平台等多种形式；(三)、如附图1、2、3、4所示按照拟定的分层规则和分层方法对仪器库8进行分层；生成层开发平台10和不同的智能控件化仪器开发平台9；其中智能控件化仪器开发平台9由智能控件化仪器开发系统11和智能控件化仪器库12组成，且二者之间双向连接；智能控件化仪器开发系统11作为输入输出口与所述仪器库开发系统4双向连接，与所述智能控件库7单向连接；层开发平台10与所述仪器库开发系统4双向连接；步骤4、仪器资源分层入库，其步骤为(一)、对步骤2装配成的具有部分仪器功能的智能控件进行分类；(二)、从智能控件库7内提取智能控件，并在智能控件化仪器开发系统11中进行分类组合后，灌注到各个智能控件化仪器开发平台9中的智能控件化仪器库12里；步骤5、采用智能控件化仪器开发系统11对智能控件化仪器库12进行合成，其步骤为(一)、根据分层规则的不同，获取各智能控件化仪器库12的分类描述信息，建立查询机制；(二)、建立仪器库开发系统4与仪器库8中各个智能控件化仪器库12的通信机制；
步骤6、硬件平台的建立，生成完整的虚拟测试仪器库安装上适配的输入装置1和输出装置2，并分别建立与仪器库3的连接关系。
具体来说，输入装置1包括键盘、鼠标等人机交互装置以及工程信号采集装置，包括传感器、数据采集卡。输出装置2包括显示器、网络终端、打印和绘图设备。
步骤2中，所述不同的控件进行模块化分解的规则是将功能分为用户操作接口、数据获取接口、分析处理功能、结果输出接口、仪器自诊断接口，模块化分解的手段即先确定仪器中各功能的属性，然后将其分别纳入相应的功能库6中；而对于仪器中的控件，则是分析操作的需要，将控件分为标签B、按钮A、智能显示器Z、数码管S、开关K、旋钮S，然后将其分别纳入相应的非智能控件库5。
步骤2中在仪器库开发系统4将功能模块和智能虚拟控件模块装配成具有完整仪器功能的虚拟仪器的方法是(1)、从非智能控件库5中选取合适的非智能的虚拟控件；(2)、从功能库6中选取合适的功能模块，对选取的非智能的虚拟控件进行功能赋予，生成智能化虚拟控件；(3)、对选取的智能化虚拟控件进行测试融合，也就是对制造好的智能虚拟控件进行自检，检查控件中的功能是否赋予正确且满足性能和精度要求；(4)、拼搭智能化虚拟控件，构成虚拟仪器，检查有无错误或软件冲突，并保存生成正确无误且具有完整仪器功能的虚拟仪器。
步骤3中、利用“岩层模型”的数学理论对仪器库8进行分层制定的分层规则是，按照工程应用的分类规则进行分层，生成至少一个智能控件化仪器开发平台9，同时，还生成有层开发平台10。
所述层开发平台10生成至少一个新的智能控件化仪器开发平台9，并将其安装入所述仪器库8，实现与已有各智能控件化仪器开发平台9之间的相互平行，互不干扰。
具体分层的工作原理是大型虚拟仪器库中已经存在大量的仪器、功能模块和控件资源，为了方便管理、调用该仪器库中已经存在的仪器以及利用现有的功能和控件资源开发新的仪器，需要对“岩石”进行分层。“岩石”分层要实现对仪器资源实现分类管理，使其中的软件资源支持各种维护动作，如增加、删除以及修改，且维护动作不影响“岩石”的层次结构，要对仪器的应用领域有较强的描述能力和描述精度，要方便开发系统对其中资源的调用。其主要步骤有a、由智能控件化仪器开发系统11输入拼搭规则，开发新的仪器；b、由层开发平台10创建“岩层”，并搭接在仪器库8内；c、创建“岩层”链表，包括层开发平台10和智能控件化仪器开发平台9两种状态下的链表；d、创建在层开发平台10中创建的岩层节点，如Rock.B-k，岩层节点结构如下所示struct ROCKiRockNo；//“岩层”IDRockInfo；//“岩层”信息ICVIList；//仪器链表dExtend；//扩展(保留)系统根据已有岩层信息自动分配一个岩层ID号，然后该ID号写入Rock.B-k.iRockNo，用户通过仪器库开发系统4输入拼搭规则，并将拼搭规则写入Rock.B-k.RockInfo；如果上述操作成功，则生成新的智能控件化仪器开发平台9，并根据智能控件化仪器开发平台9的岩层信息，修改岩层序号，如得到Rock.A-(k+2)，然后将Rock.A-(k+2)插入到智能控件化仪器开发平台9岩层链表；
e、将“岩层”节点加入“岩层”链表。
本发明的工作原理如下按照本发明的“岩层模型”大型虚拟仪器库形成方法，可设计制造出任何行业的大型虚拟仪器库。“岩层模型”大型虚拟仪器库是由众多岩层有机合成的，现以包含通用信号处理层一个“岩层”的虚拟仪器库为例来说明“岩层模型”大型虚拟仪器库形成过程。
仪器库8已经灌注的仪器包括多通道记忆示波器、单通道快速傅立叶变换(FFT)分析仪、双通道快速傅立叶变换(FFT)分析仪、传递相干分析仪、小波变换分析仪。如果组建包含上述仪器的仪器系统，需要分别购买单独的多通道记忆示波器、单通道快速傅立叶变换(FFT)分析仪、双通道快速傅立叶变换(FFT)分析仪、传递相干分析仪、小波变换分析仪，使得整个系统不仅体积庞大、耗能高，而且调试困难，操作复杂，出错率高，造成测试分析费时费力，效率低下，不易得到满意的结果，且维护不便，升级换代困难甚至不能实现。由于仪器库8只是虚拟仪器库中的一个部分，因此应首先建立起“岩层模型”的体系结构，再往其中灌注上述仪器。而如果用虚拟仪器组建上述仪器系统，同样存在占用计算机资源，硬件资源浪费等问题。而建立“岩层模型”，将上述仪器系统作为其中“岩层”之一，可以很好地解决软件冲突、计算机资源及硬件浪费的问题，相对于用纯硬件组建的硬件系统，更使空间占用率大为降低，耗能减少，且不存在各测试仪器之间的调试匹配问题，可操作性加强，维护方便，测试效率也得以提高，特别是价格大幅度削减至30倍以下，且升级换代容易。有鉴于此，发明人提出了本发明方法。下面介绍组建“岩石模型”大型虚拟仪器库所需完成的步骤
1、根据岩石模型的数学模型建立虚拟仪器库的体系结构。该结构中包括主开发系统和仪器库8，并对仪器库8分层，生成智能控件化仪器开发平台9和层开发平台10，并在各岩层中的建立子开发系统。分割“岩层”时系统首先在仪器库8中创建一个岩层节点，如Rock.B-(k+2)，系统自动分配一个岩层ID号，然后该ID号写入Rock.B-(k+2).iRockNo，及该岩层信息写入Rock.B-(k+2).RockInfo，然后将该节点插入仪器库8岩层链表；同样在层开发平台10中创建一个岩层节点，根据岩层与镜像的对应关系，改节点为Rock.A-(k+2)，将Rock.B-(k+2)的信息复制到Rock.A-(k+2)，然后将Rock.A-(k+2)插入到智能控件化仪器开发平台9的链表。如附图3所示。
2、确定多通道记忆示波器、单通道快速傅立叶变换(FFT)分析仪、双通道快速傅立叶变换(FFT)分析仪、传递相干分析仪、小波变换分析仪的功能类型和性能指标，设计多通道记忆示波器有1～16线的波形动态显示、记录与回放，存盘数据文件的回放，多通道数据文件分离成单通道数据文件，三通道以上数据文件分离成双通道数据文件，波形编辑或剔除，任意两通道数据的X-Y显示，双光标读数，屏幕位图输出彩色位图/黑白位图功能；单通道快速傅立叶变换(FFT)分析仪有时域统计分析、幅值域分析、相关分析、频谱分析、频谱细化分析、解调分析、数字滤波以及打印、位图输出等辅助功能；传递相干分析仪有传递函数、脉冲响应函数、赖奎斯特图、相干函数、相干输出谱、互谱函数、相关函数、窗函数、谱平均、峰值搜索、光标读数和编辑功能；小波变换分析仪有连续小波变换、离散小波变换、小波包变换、频谱分析功能；旋转机械阶比分析仪有瞬时频率估计、转速曲线拟合、转速阶比谱、跟踪阶比谱、阶比谱阵、阶比分量提取、Gabor变换分析功能；音频分析仪有时频分析、1/3倍频程、1/12倍频程平滑、总谐波失真曲线绘制、2阶谐波失真曲线绘制、3阶谐波失真曲线绘制、频率显示、直流电压显示、交流电压显示功能。接着确定所需的控件类型，设计有旋转开关、旋钮、按钮、显示器等。
3、建立傅里叶变换、短时傅里叶变换与小波变换的统一模型。傅里叶变换、短时傅里叶变换与小波变换是三种不同的信号变换是最普通和最重要的信号变换，建立了他们的统一模型就为一切智能控件化仪器的功能提供了底层的资源。
4、建立智能控件库7。
(1)、建立所需的4类非智能虚拟控件，如旋转开关、旋钮、按钮、显示器的形态，编制成可调用的独立程序。
(2)、将制作完成的非智能虚拟控件存入库中，形成非智能虚拟控件库，供制作智能虚拟控件时调用。
(3)、建立功能库6，即完成仪器系统所需的各种功能和性能指标，功能库中应该包含步骤2所述的各个仪器功能，每个功能匹配有相应的工作范围和精度要求。
(4)、对非智能虚拟控件进行“功能赋予”和“测试融合”，形成智能虚拟控件，并存入智能虚拟控件库。
5、在主开发系统中利用步骤4和步骤5的资源拼搭形成多通道记忆示波器、单通道快速傅立叶变换(FFT)分析仪、双通道快速傅立叶变换(FFT)分析仪、传递相干分析仪和小波变换分析仪。拼搭出的仪器如附图6、7、8、9、10、11所示。其中主开发系统为现有技术，是本发明人研制出的虚拟测试仪器开发系统(VMIDS)。
6、在“岩层”中创建“触点”。创建“触点”在岩层的镜像中进行。首先拼搭开发仪器，然后在相应岩层的镜像中创建一个仪器节点，如图3所示，在Rock.B-k中创建仪器节点ICVI.B-k-n，系统在Rock.A-k中根据已有的触点状况，分配一个新的触点号，并将该触点号写入ICVI.B-k-n.iSwitchNo，将控件化仪器的形成开发等信息写入相应信息域。最后将该节点插入到Rock.A-k.ICVIList中，同时清除该节点在Rock.B-k中的信息。
7、建立主开发系统与信息处理岩层的通信机制，实现岩层的合成。
按照上述步骤，测试领域的研究人员即可建立机械测试行业的“岩石模型”大型虚拟仪器库。其它行业的“岩石模型”大型虚拟仪器库的制作过程同上，区别仅在于不同的仪器功能划分及建模，即步骤2。
权利要求
1.一种大型虚拟测试仪器库，包括输入装置(1)和输出装置(2)，其特征在于还包括有仪器资源库(3)和仪器库开发系统(4)，仪器资源库(3)由非智能控件库(5)、功能库(6)、智能控件库(7)和仪器库(8)组成，所述仪器库开发系统(4)分别与非智能控件库(5)、功能库(6)、智能控件库(7)双向连接，进行数据传输；非智能控件库(5)、功能库(6)、智能控件库(7)之间相互独立，仪器库开发系统(4)接收输入装置(1)的数据信息，发送数据信息给输出装置(2)；所述仪器库(8)由至少一层智能控件化仪器开发平台(9)，以及层开发平台(10)组成，其中各智能控件化仪器开发平台(9)及层开发平台(10)之间相互独立，并分别与所述仪器库开发系统(4)双向连接；其中各智能控件化仪器开发平台(9)的输入端还连接所述智能控件库(7)的输出端。
2.根据权利要求1所述的大型虚拟测试仪器库，其特征在于所述智能控件化仪器开发平台(9)由智能控件化仪器开发系统(11)和智能控件化仪器库(12)组成，二者双向连接；其中智能控件化仪器开发系统(11)作为输入输出口与所述仪器库开发系统(4)双向连接，与所述智能控件库(7)单向连接。
3.一种大型虚拟测试仪器库的形成方法，其特征在于，包括有如下步骤步骤1，搭建一个仪器库结构，并对其进行数学建模搭建仪器资源库(3)和仪器库开发系统(4)，该仪器资源库(3)由非智能控件库(5)、功能库(6)、智能控件库(7)和仪器库(8)组成，所述仪器库开发系统(4)分别与非智能控件库(5)、功能库(6)、智能控件库(7)双向连接，进行数据传输；非智能控件库(5)、功能库(6)、智能控件库(7)之间相互独立；步骤2、组建非智能控件库(5)、功能库(6)和智能控件库(7)，其步骤为(一)、分别对不同类型仪器的功能和智能虚拟控件进行模块化分解对不同类型仪器中不同的控件进行模块化分解，按照不同控件的仪器功能和控件构架，分为功能模块和非智能控件模块；(二)、对分解了的功能模块和非智能控件模块进行数学建模；对功能库(6)内的各个功能模块的功能以及非智能控件库(5)中的非智能控件进行数学模型描述，生成不同的数学模型；(三)根据建立的数学模型对功能模块和非智能控件进行软件开发，并分别装入非智能控件库(5)和功能库(6)；(四)、仪器库开发系统(4)从非智能控件库(5)和功能库(6)中提取仪器功能，将功能赋予给非智能控件并融合形成智能控件，然后装入智能控件库(7)；步骤3、利用“岩层模型”的数学理论，搭建仪器库(8)，在仪器库(8)内组建至少一层智能控件化仪器开发平台(9)和层开发平台(10)(一)、制定分层规则，按测试仪器的原理、功能、性能、精度指标、使用对象，使用环境的不同，逐一进行分类；(二)、确定分层规则以及分层方法；(三)、按照拟定的分层规则和分层方法对仪器库(8)进行分层；生成层开发平台(10)和不同的智能控件化仪器开发平台(9)；其中智能控件化仪器开发平台(9)由智能控件化仪器开发系统(11)和智能控件化仪器库(12)组成，且二者之间双向连接；智能控件化仪器开发系统(11)作为输入输出口与所述仪器库开发系统(4)双向连接，与所述智能控件库(7)单向连接；层开发平台(10)与所述仪器库开发系统(4)双向连接；步骤4、仪器资源分层入库，其步骤为(一)、对步骤2装配成的具有部分仪器功能的智能控件进行分类；(二)、从智能控件库(7)内提取智能控件，并在智能控件化仪器开发系统(11)中进行分类组合后，灌注到各个智能控件化仪器开发平台(9)中的智能控件化仪器库(12)里；步骤5、采用智能控件化仪器开发系统(11)对智能控件化仪器库(12)进行合成，其步骤为(一)、根据分层规则的不同，获取各智能控件化仪器库(12)的分类描述信息，建立查询机制；(二)、建立仪器库开发系统(4)与仪器库(8))中各个智能控件化仪器库(12)的通信机制；步骤6、硬件平台的建立，生成完整的虚拟测试仪器库安装上适配的输入装置(1)和输出装置(2)，并分别建立与仪器库(3)的连接关系。
4.根据权利要求3所述的大型虚拟测试仪器库的形成方法，其特征在于步骤2中，所述不同的控件进行模块化分解的规则是将功能分为用户操作接口、数据获取接口、分析处理功能、结果输出接口、仪器自诊断接口，模块化分解的手段即先确定仪器中各功能的属性，然后将其分别纳入相应的功能库(6)中；而对于仪器中的控件，则是按分析操作的需要，将控件分为旋钮、按钮、显示器、信号灯、开关、电位器，然后将其分别纳入相应的非智能控件库(5)。
5.根据权利要求3所述的大型虚拟测试仪器库的形成方法，其特征在于步骤2中在仪器库开发系统(4)将功能模块和智能虚拟控件模块装配成具有完整仪器功能的虚拟仪器的方法是(1)从非智能控件库(5)中选取合适的非智能的虚拟控件；(2)从功能库(6)中选取合适的功能模块，对选取的非智能的虚拟控件进行功能赋予，生成智能化虚拟控件；(3)对选取的智能化虚拟控件进行测试融合，也就是对制造好的智能虚拟控件进行自检，检查控件中的功能是否赋予正确且满足性能和精度要求；(4)拼搭智能化虚拟控件，构成虚拟仪器，检查有无错误或软件冲突，并保存生成正确无误且具有完整仪器功能的虚拟仪器。
6.根据权利要求3所述的大型虚拟测试仪器库的形成方法，其特征在于步骤3中、利用“岩层模型”的数学理论对仪器库(8)进行分层制定的分层规则是，按照工程应用的分类规则进行分层，生成至少一个智能控件化仪器开发平台(9)，同时，还生成有层开发平台(10)。
7.根据权利要求6所述的大型虚拟测试仪器库的形成方法，其特征在于所述层开发平台(10)生成至少一个新的智能控件化仪器开发平台(9)，并将其安装入所述仪器库(8)，实现与已有各智能控件化仪器开发平台(9)之间的相互平行，互不干扰。
全文摘要
一种大型虚拟测试仪器库，包括输入装置(1)和输出装置(2)，其特征在于还包括仪器库开发系统(4)、非智能控件库(5)、功能库(6)、智能控件库(7)和仪器库(8)，仪器库开发系统(4)与各单元连接；仪器库(8)各智能控件化仪器开发平台(9)及层开发平台(10)相互独立，并分别与仪器库开发系统(4)连接。其形成方法的特点是搭建仪器库结构；组建非智能控件库(5)、功能库(6)、智能控件库(7)和仪器库(8)；对仪器库(8)分层，生成智能控件化仪器开发平台(9)和层开发平台(10)。本发明的显著效果是具有开放系统，能为机械科学的研究和机械产品提供测试手段和质量保证，可以满足不同用户的测试需求。
文档编号G06F9/44GK1959632SQ20061009519
公开日2007年5月9日 申请日期2006年10月11日 优先权日2006年10月11日
发明者秦树人 申请人:秦树人