测试与分析系统

测试与分析系统（共12篇）

测试与分析系统 篇1

摘要：近年来, 随着我国光缆通信的发展速度不断加快, 光缆工程日益增多, 一旦光缆发生故障, 势必会给正常通信造成影响, 轻则会影响用户的正常使用, 重则会给企业带来巨大的经济损失。为此, 必须采取有效地措施确保光缆线路的安全可靠运行。基于此点, 本文首先阐述了建设光缆自动监测系统的必要性, 并在此基础上提出光缆自动监测系统的设计与测试。

关键词：光缆,自动监测系统,设计,测试

1 建设光缆自动监测系统的必要性

光缆自动监测系统的提出, 主要是针对现阶段光缆应用的不断增长以及各种故障问题的日益突出。该系统能够对光缆线路进行实时、动态的监测、管理和维护, 并通过故障快速定位、缩小故障历时和及时故障隐患排除等, 有效地提高了光缆日常维护及管理工作的效率和可控性, 从而使原本被动的光缆维护转变为主动维护, 进一步降低了企业运行维护成本。

1.1 有助于确保光缆安全、高效、稳定运行

目前, 随着我国光缆通信的发展速度越来越快, 光缆通信工程也随之不断增多, 大量新技术的应用使得传输系统的容量也越来越大。由于光缆本身的通信容量非常大, 而且故障的查找及维修也较为困难, 一旦出现光缆线路故障极有可能导致系统长时间阻断, 这样不仅会影响用户的正常使用, 同时也会给企业带来巨大的损失。而光缆自动监测系统能够及时、准确地对线路中的故障进行定位, 并以最快的速度进行维修, 有效地确保了光缆的安全、高效、稳定运行。

1.2 有利于提高经济效益

光缆自动监测系统最主要的作用是能够有效地预防线路阻断或是全阻故障的发生, 通过实时监测可以发现光缆中可能出现的故障征兆, 并在其未形成严重故障前及时解决处理。系统可对光缆线路中某些缓慢变化的情况进行监测, 如光缆接头盒进水等, 这对于防止尚无防水防潮性能的接头盒发生故障是极其重要的。同时, 系统还可以缩小故障历时, 从而有效降低了经济损失。通过对光缆容易发生阻断的地点进行实时监测, 可以为抢修提供及时准确的信息, 这样不仅使光缆故障历时缩短, 而且还降低了各种难以预防的风险给光缆通信带来的损失。

2 光缆自动监测系统的设计与测试

2.1 光缆自动监测系统的设计

(1) 系统的总体结构框架。本系统是由监测中心、监测站以及通信网络三部分构成。通常情况下, 一个监测中心能够对个多监测站进行管理和控制, 以此来达到分散测量、集中管理的目的。监测中心与监测站之间主要是通过网络连接实现通信。这两个部分既相互关联, 又相对独立, 当通信中断时, 监测站能够按照预先配置的数据独立完成测试。其中每个部分所负责完成的功能均不相同, 各部分的具体功能如下: (1) 监测中心。这部分的主要功能是负责对本管区内的监测站进行管理; (2) 监测站。一般按照管区可将监测站分为市级和县级两类, 具体负责对网络中的光缆进行监测, 并对整个网络的运行状况实施监控, 可将告警及时传给监测中心; (3) 通信网络。即数据传输通道, 其主要作用是将中心与监测站之间进行连接, 借此来实现数据传输。

(2) 各部分的具体设计。 (1) 监测中心。该部分一般采用的是主备用方式, 主要由GIS服务器、控制器、路由器、网络适配器、集线器、显示器、MODEM、打印机以及一些相关软件等构成; (2) 监测站。该部分通常都是安装在传输机房中的机架内, 其具体负责对光缆进行远程自动监测, 主要由网络适配器、滤光器、路由器、程控光开关、MODEM、波分复用器和告警监测、控制、OTDR、电源等模块以及相关软件构成; (3) 通信网络。该部分能够实现中心与各站之间的数据交换, 从而达到远程管理的目的。本系统支持多种类型的通信线路。

(3) 系统软件结构。本系统软件的结构采用的是面向对象的设计, 并按照模块的方式构成, 其中各个模块均以独立的形式存在, 单个模块的升级或变更不会对其它模块造成影响。其具有性能控制、安全管理、备份以及容错等能力。根据软件的具体功能可将其分为以下三层: (1) 监测数据采集层。该层主要负责完成光缆光功率的实时采集和OTDR测试, 处理之后的数据信息通过通信网络回传给监测中心; (2) 数据处理层。主要负责实现各类数据的存储备份、分析处理、通信调度以及系统告警等功能; (3) 应用层。负责为用户提供操作及维护工具, 该层采用的是模块化结构, 其中主要应用了以下技术:GIS故障定位、实时监测、性能统计、曲线分析、对外接口以及告警等等。

(4) 软件特点。本系统采用的软件具有以下特点:便于维护、良好的开放性、模块修改方便简单、易于升级。

2.2 系统测试

(1) 软件测试。目前针对光缆自动检测系统软件的常用测试方法主要有以下两种: (1) 黑盒测试。该测试方法又被称之为数据驱动测试或功能测试。其最大的优点是无论系统采用的是何种软件程序, 它都是从客户的角度出发, 并按照产品所要实现的功能及预先设计好的规格等内容, 来检验产品是否符合用户要求。在具体测试的过程中, 测试者仅需要在软件程序的接口上进行测试即可, 它只检查程序功能是否与使用说明书中的有关规定相符。利用该方法进行测试能够发现如下问题:应具备的功能是否有遗漏或是不正确、各种性能是否与用户的要求相符、人机界面是否美观正确、接受到的输入数据是否正确、产出的输出信息结果是否准确等; (2) 白盒测试。又称逻辑驱动测试或是结构测试。该方法主要是从设计开发者的角度进行测试。具体是指已知产品的内部工作流程, 然后检测其内部动作是否与预定的工作要求相符, 这种方法所关心的是软件程序的使用, 而并不注重软件的功能。

(2) 性能测试。 (1) 点名测试。首先, 由监测中心发出指定的点名测试口令, 然后对数据传输的过程及其分析结果进行观察, 如果测试结果的回传率能够达到100%则表示合格; (2) 周期测试。可将每条光缆的测试周期设定为24h, 并进行10次反复测试, 如果在这一周期内, 测试回传率能够达到100%即为合格; (3) 故障告警测试。可采用人工测试法对故障告警进行测试, 具体做法为在监测系统的范围内, 选择一条备用的光缆, 通过人为弯曲的方式造成其衰耗增加, 如果系统能够及时准确发现故障, 则表示合格。

3 结语

总而言之, 随着光缆的覆盖范围越来越广, 其运行的安全性和可靠性也受到人们越来越多的关注, 为了进一步确保光缆的稳定运行, 光缆自动监测系统的建设已经势在必行。这不仅能够保障用户的正常使用, 而且还能够降低运行维护成本, 从而为企业带来巨大的经济效益和社会效益。

参考文献

[1]郭平元.光缆自动监测系统在城域网设计中的初探[J].内蒙古科技与经济, 2009 (11) .

[2]李平.基于GIS的光缆自动监测系统探讨[C].中国电机工程学会电力通信专业委员会第七届学术会议论文集, 2008 (11) .

[3]孟嗣仪.电力系统光缆自动监测系统的设计及实现[J].北方交通大学学报, 2010 (2) .

[4]苑金勇.某光缆线路自动监测系统的实现方案[D].天津大学, 2008 (12) .

测试与分析系统 篇2

《国家学生体质健康标准》(20xx年 7 月 7 日修订，以下简称《标准》)是国家学校教育工作的基础性指导文件和教育质量基本标准，是评价学生综合素质、评估学校工作和衡量各地教育发展的重要依据，是《国家体育锻炼标准》在学校的具体实施，本课题的设计主要依据《标准》出发，设计出合理的体质健康咨询系统，让学生能通过本系统能了解自己的身体形态、身体机能和身体素质等方面，并且综合评定学生的体质健康水平，是促进学生体质健康发展、激励学生积极进行身体锻炼的教育的辅助手段，是国家学生发展核心素养体系和学业质量标准的重要组成部分的辅助部分。

1 研究对象与方法

1.1 研究对象

主要包括哈尔滨金融学院、哈尔滨师范大学、哈尔滨体育学院三所学校的大学生。 本次调查样本含量为 160 人，回收问卷 150 份，回收率为 93.75%,有效问卷 148 份，有效率为 98.67%. 经信度效度检验，《黑龙江省大学生体质健康测试问卷》信度和效度较高，符合本课题研究的要求。

1.2 研究方法

(1)文 献资料法 . 通过查阅国内外有关教育理论 、体育健身理论、体能训练理论、健身方法理论、网络咨询理论、教育心理学等方面的文献资料，并且对其进行了有效的阅读、分析和利用。 根据课题的要求，利用哈尔滨金融学院图书馆、哈尔滨师范大学图书馆，广泛查阅了体育与计算机书籍 40 余本和近几年相关硕博士论文 50 余篇，并登录相关体育网站，阅读有关体育与计算机等方面的理论期刊和文献资料。

(2)问卷调查法。 问卷调查法：根据本研究的目的和内容 ,设计出符合问卷设计基本原则和标准化要求的问卷。 根据本课题要求，设计了《黑龙江省大学生国家学生体质健康标准问卷》，设计了十二个问题。 直接发放到学生手中，然后回收。 保证了问卷的回收数量和信度。 样本含量为 160 人，回收问卷 150 份，回收率为 93.75%,有效问卷 148 份，有效率为 98.67%. 其中男生 80 份，女生 68 份。

(3)数理统计法。 对问卷的结果运用统计和电子表格进行数理统计分析，得出结论和建议。

2 系统模块的设计与分析

2.1 大学生体质测试调查与分析

(1)调查的样本数据中男女生的比例。 这次所调查的样本中男生是 80 人，占样本含量的 54.05G，女生 68 人，占 45.94G。

(2)对自己的体质的评价 . 在所调查的 148 人中 ,仅仅只有 15人认为自己的体质是优秀的，占 10.14G，而认为自己体质较好的有28 人，占 18.91G，而认为一般的有 60 人，占总含量的 40.54G，在这60 人中，虽说是一般，但是对自己的体质状况也不是太满意，我相信大部分的体质应该处于亚健康状态，而剩余的 15 人，则是身体有各种自己了解的疾病等。

(3)大学生对国家学生体质健康标准(20xx年修订)的内容了解程度

20xx年教育部公布了国家学生体质健康标准 (20xx年 修订)的内容，大学生现在可以说每人都有一部智能手机(持有三星或苹果手机的人大学可以占到一半左右)，上网非常方便，但是他们的.有意注意没有放在这一方面，从调查数据可以看到，只有 10 人比较关心国家体侧方面的规定，只占整体的 6.75G，这让人很担忧，他们是祖国的未来，祖国的发展繁荣富强要靠他们，这种态度怎么能行，应该有所改变。 而通过体育老师等渠道了解一点的有 48 人， 占全体的32.43G，而恰恰一点不了解不关心的人有 90 人，占整体百分比超过一半以上即 54.05G。

(4)身体锻炼情况

2.2 体育健身网络咨询系统模块

该系统由六个模块组成。 即：登录、体质测试内容、历史资料、测试知识、帮助、退出。 其中，体质测试模块是整个系统的核心部分，也是关系到本系统设计成败的关键所在。

3 结论与建议

(1)结论。 构建大学生这个体育健身网络咨询系统放在哈尔滨金融学院校内网上，面向全体学生。 每个测试项目有相关的视频资料，使学生一目了然的掌握测试方式方法，在实践操作时，节约了测试时间，提高了测试的效率，同时对学生的体质状况作出了评价，并针对每个学生的弱项制定运动处方，从而促进学生自觉锻炼的积极性，对培养学生终生体育意识有一定的作用。

(2)建议。 ①大学尽可能给学生创造网络环境，对学生免费开放wifi,让所有的学生都能上网，随时能了解自己的体质状况 ,随时调节健身方案，从而使学生在大学就能建立起一套适合自己的、比较科学而实用的体育健身方案，具有一定的益处。 ②积极创造条件，改善校园体育场馆和体育设施，使学生有一个良好的锻炼环境，同时开展阳光体育运动，买年都举行校内体育项目的竞赛，以激发学生的体育兴趣与动机，使其逐步养成经常锻炼的好习惯，提高了学生的体质同时，为学生养成终身体育意识奠定了基础。

参考文献：

[1]教 育部关于 《国家学生体质健康标准 》(20xx年 7 月 7 日 修订 )的通知[R].教体艺〔〕5 号。

[2]韩洪侠。大学生体育健身网络咨询系统的构建[J].哈师大边疆经济与文化，(12)。

[3]单 太林。黑 龙江省大学生体育健身咨询服务系统设计研究 [D].长春：东北师范大学，.

关于有线传输系统进行测试分析 篇3

【关键词】有线电视网络；互动数字电视； 有线传输系统

【中图分类号】TN949.197【文献标识码】A【文章编号】1672-5158（2013）07-0499-02

随着数字电视业务不断发展， 广播式数字电视、数据广播、互动数字电视等业务越来越多， 在HFC 网络中数字电视占用的带宽资源也会不断增加， 同时由于各种原因， 很多网络中原有的模拟电视也将在一定时间内要保留。按国家的安排，原一个750MH z系统中能传送99套8MH z带宽的节目， 在原有模拟系统中一般只有30～50套模拟电视节目，只占系统的1/3～1/2，系统有较大裕量， 射频通道指标并不是很突出的问题。但在模数兼容的系统中， 可能存在30～50套的模拟电视节目、20个左右的广播式数字电视频道、20个左右的互动数字电视频道， 这样750MHz系统中就达到70～90套8MH z电视频道，HFC网络的通道指标问题就十分突出。

HFC传输系统本身是一个宽带的系统， 并没有模数之分， 影响信号传输质量的主要因素是网络中的噪声、非线性产物及阻抗匹配等， 在模拟电视HFC 网络中，通道指标主要有C/N、CSO、CTB， 通过上述3个指标可以确定网络中各有源器件的工作窗口， 即最大输出电平和最小输入电平， 网络调试时主要采用场强仪测信号强度， 采用频谱分析仪测C/ N、CSO、CTB等。

但网络中混入QAM 调制的与模拟电视信号截然不同特性的数字信号时， 应当如何进行通道调试呢？原来模拟电视在图像载频 150 kHz内集中频道内的主要能量（98% 以上），C/N、CSO、CTB 的分析和测试都是基于这一情况的。同时在做系统指标计算时， 一般都是认为各频道信号电平（或功率）是一样的， 即通道总功率平均分配在各频道中。基于上述两点， 我们认为只要各个频道的功率是一样的， 同时总功率在系统指标要求的工作窗口范围之内， 不管传的是什么信号， 该HFC网络都是一个健康的网络。

目前QAM信号在HFC通道内的调试较为复杂，即QAM 信号的频谱类似于白噪声， 其相关的非线性产物也有类似白噪声的特性， 这样在系统输出口测量时会产生一种疑惑， 即误码率或MER下降到底是信号过低造成的S /N下降，还是信号过高导致非线性指标下降造成的S /N 下降。而纯模拟信号系统有完整的通道指标分析系统，通过HP8591C等仪器可以明确信号质量下降是C /N 还是非线性指标下降造成的，从而可以有针对性地调整网络工作参数。

模拟场强仪测的是图像载频150 kH z内的一个包络功率， 而数字场强仪测的是信道平均功率， 两者不能混为一谈。从测试带宽角度来分析上述问题时， 采用模拟场强仪测QAM 数字频道时用如下公式修正： S=S测+10 lg（BW occ/RSBW）+ k，当带宽为8MH z，k为1.7时，S=S测+10 lg（8MHz/300 kHz）+1.7=S测+16。但由于设备性能不一致、滚降因子不同、模数测试原理不同等原因， 实际测试结果差异较大， 不能简单认为该数值为信道平均功率

实际工作中关于模数混传信号通道调整模数信号间电平的方式， 一般有3种方法，第一种为如上所说，用模拟场强仪测，QAM 频道信号要比模拟频道信号低16 dB； 第二种为用模拟场强仪测模拟频道， 用数字场强仪测数字频道，两者电平值一样； 第三种为考虑QAM信号平均功率和峰值功率的关系， 在用模拟场强仪测模拟频道、用数字场强仪测数字频道时，数字频道电平值要比模拟频道电平值低10 dB。

综合上述分析，我们在调试一个模数混传的网络时， 一种较为可行的方法是模拟和QAM 数字信号分别用专用仪器同步监测指标， 然后综合调整各项参数，使网络达到较为合理的工作状态， 即在网络混入QAM数字信号前先进行纯模拟信号的通道指标调试， 使网络的C /N、CSO、CTB 指标全部达到国标或高于设计值， 同时CTB、CSO 一定要留有足够的裕量，C /N 可以适当留部分裕量， 因为CTB、CSO 指标在通道内是随频道数增加而同步劣化， 所以CTB测> CTB标+20 lg（满频道数/实用频道数） ， 然后在通道内加入QAM 信号，同时在系统输出口同步监测C /N、CSO、CTB、MER 指标，在模拟信号电平不变的情况下，改变QAM信号电平， 直到得到一个较为合理的模数信号电平组合参数。如下为1310nm一级光链路的光缆到楼750MH z的HFC系统，实际在传30个模拟信号，拟混入18个64QAM 调制的数字频道，远期还将混入20个左右的64QAM 调制的互动数字频道。按照上述方法， 参照当地接入网的技术要求， 先参照模拟频道的通道指标进行调试， 调试后参数如下：光发的驱动电平为模拟信号77dBLV，光工作站输入光功率为-1.1dBmW，4路108dBLV高电平输出，6dB均衡。系统输出口各频道通道指标如表1所示（列8个代表性频道），测试仪器为TEK151、HP8591C。

混入16个64QAM 调制的数字频道经调试后系统输出口参数如表2所示（列8个代表性模拟频道和8个数字频道），测试仪器为TEK151、HP8591C、SDA4040D，数字频道名采用中心频率方式列出。

限于仪器和测试能力， 有许多参数未能得到， 但我们认为经过上述调试后， 网络工作在一个较为理想的状态， 对测试结果和数据分析如下：

（1）光工作站采用高电平输出， 系统对非线性指标较为敏感， 所以可以先用模拟通道指标调试法， 使网络工作于较合理的状态后， 再混入数字电视信号进行调试。

（ 2）当模数频道电平关系采用上述的模拟场强仪测模拟频道、数字场强仪测数字频道、两者电平值一样这一方式时， 模拟频道将出现

明显的典型的CIN噪声，表明这一方式并不适用该网络，同时光工作站的推动和放大输出模块采用砷化镓等非线性指标高的模块， 将对系统指标有较大帮助。

（3）当采用模拟场强仪测QAM 频道信号要调整到比模拟频道信号低16 dB 的方式时，网络的部分系统输出口的部分数字频道的MER降到25，有马赛克现象。

（4）本网络实际调试结果为模拟场强仪测模拟频道，数字场强仪测数字频道，数字频道低6～7dB，或模拟场强仪测QAM 频道信号要比模拟频道信号低12～13dB（不同场强仪需修正）， 除了仪器自身的原因，不同的网络结构、不同工作状态也会造成网络工作参数和通道指标不一致， 因此实际工作中针对不同的网络不能照搬参数， 要仔细寻找最佳工作点。

参考文献

[1] 余兆明.数字电视测量[M].北京：人民邮电出版社，2008

[2] 姜秀华.数字电视原理与应用[M].北京：人民邮电出版社，2003

测试与分析系统 篇4

1 联合站集输工艺流程

(1) 油系统:中转站来油->进站阀组->游离水脱除器->一段加热炉->沉降罐->含水油缓冲罐->脱水泵->二段加热炉->脱水器->净化油缓冲罐->外输泵->计量->外输。 (2) 水系统:游离水脱除器-污水站-注水站。沉降罐-污水缓冲罐-污水泵-污水站。 (3) 天然气系统:中转站来气-收球配气间-除油器-增压站-计量-外输。 (4) 加药系统:调配罐-加药罐-加药泵-阀组汇管。

2 我国集输系统联合站的整体状况

联合站效率测算采用黑箱分析模型, 能量的来源包括来液代入能, 外输原油带出能, 污水代储能, 联合站供给燃料能, 联合站供给能, 联合站总能耗, 通过能量公式Ei=Eli+Epi, 能够计算出各项能量的总量, 包括供给能量、有效能量、系统能损等数据, 计算出能量的利用率以及能损系数, 通过数据进行整体的评估。

一些西方国家在对原油进行脱水, 是在矿场等环境下进行的, 原油的脱水工艺根据不同的系统特点, 不同的含水量、不同的伴生水的矿化程度以及不同的开采气候条件等来决定。

随着计算机技术的不断发展和进步, 加之计算机价格的不断下降, 使得计算机被广泛的应用到了石油工业中, 我国著名的三大盆地油田更是引进了计算机控制, 油田的生产过程较之于过去的陈旧式开发, 有了很大程度上的提高。近年来, 我国的油田大多实现了自动化的发展, 油气田自动化使我国的油田产业由单井、单个装置、单站的自动化向全面的自动化转变, 计算机控制下的原油集输系统对联合站集输系统的控制水平在很大程度上得到了提高。

随着油田开发的不断深入, 一些油田在经过长时间的开采后, 进入了高含水的阶段, 开采处的石油含水量越来越高, 使得原来较具优势的计算机控制系统不能适应新状况的发生, 通过对脱水器的调解来控制放水阀, 已达到控制油水界面的高度。

国内外在对联合站技术系统在进行研究时发现, 联合站技术系统控制效果不佳的原因在于联合站集输系统的多变量以及时延性等问题得不到很好的解决, 从而无法使油田安全、平稳、高效、高质的生产, 因此, 为真正适应油田开发的实际发展, 使集输系统控制系统获得真正满意的效果, 就必须在已有的基础上加快对方案的改进。

3 中国的集输系统联合站效率的提升状况分析

我国在集输系统联合开发上, 结合了中高含水期对技术改造的需要, 对低能耗油田的技术系统进行了有效探究, 在对原油的处理上, 研究出一套不加热脱水获得合格的净化油新技术, 工艺配套了阀组加药、管道破乳和高效沉降分离技术, 研制出的HNS型高效三相分离器, 采用了预脱气技术、水洗破乳技术等多项新工艺, 停留时间10分钟条件下, 出口原油平均含水≤0.5%, 达到了净化油标准。

我国的油田联合集输系统在生产的基础上遵循着在油田初期制定的一些方案, 对于一些固定模式的操作, 例如对于仪表的控制基本上是采用一些手动的或者是较为简单的模拟仪表来操作, 随着油田开发进入中后期, 原油的含水逐渐上升, 采用初期制定方案给技术系统在有形与无形中增加了控制难度, 使得原油的控制策略不能很好的满足现实生产的需要。

4 讨论

世界上的一些国家在设备应用开发方面, 已设计出很多种形式, 其优势在于处理效率较高, 应用较为广泛, 这些设备的除油率能达到98%以上, 很好的节省和利用了石油资源精细过滤设备对悬浮物的控制含量<1mg/l, 颗粒直径<1μm。精细过滤器PE、PEC微孔过滤器的使用, 使2μm颗粒的控制在85%~95%, 基本对各种地层的注水水质满足了其要求。

近些年, 较多的石油公司对旋流分流器进行了技术研究, 形成了较为完整的理念和方法。从对旋流分离器的应用上来看, 由于其体积小, 处理量大且分离效率一般在50%~80%部分油田已将旋流分流器技术应用于污水处理中。内防腐涂料的主要成分由煤焦油环氧、催化环氧聚合物、纤维玻璃加强聚脂等组成, 根据相关文献的数据表明煤焦油层寿命可达50年以上。

一些国家在防腐材料种类、施工技术、补口工艺等方面遥遥领先于我国, 在油田开发的中后期, 由于污水的循环使用导致水质的不断恶化, 我国的部分油田在面临着日趋严重问题的同时, 要加强对新型技术和新型材料的研究与创新。

5 结语

油田开发后期集输系统改造与节能降耗是一项系统工程, 既要有针对性地解决关键问题, 又要较全面地把握和研究各系统环节技术的特点规律;既要积极借鉴国外的经验和技术, 又要研发具有本国特色的拳头产品, 如河南油田研发成功的移动洗井车 (专利产品) , 在多个油田得到了较好的应用效果就是最好的例证。只有这样, 才能较好地解决我国油田开发后期所面临的一系列难题, 从而达到油田开发经济与效益俱佳。

摘要：我国对地面工艺的各个系统进行了有效的探究, 结合相关理论和实际研究, 对一些新技术、新设备以及新材料进行了开发与应用, 文章结合我国目前的石油联合站的效率以及能耗分布, 找出系统效率低、能耗高的原因和影响因素, 给出改造的效益。

关键词：联合站,集数,效率,能耗

参考文献

[1]项新耀.工程分析方法[M].北京:石油工业出版社, 1990.

信号与系统测试实验心得体会 篇5

姓名：武庆豪

学号：10210922 经过四周的时间，我们的信号与系统测试实验课画上了一个句号。可以说，信号与系统测试实验课是我们真正的开始接触这个学科，因为以前学的都是理论知识，学懂得仅仅是理论，而信号与系统测试实验课就给了我们这样一个将理论付诸于时间的机会，在这四周的实验课中，我收获了很多很多，也许会了很多很多。

可以说，这是我们第一次真正的进实验室，初中的实验室都是那些很简单的器材，以前也对大学的实验室充满了好奇，很想亲自送到实验室去体验体验。然而，进了实验室我才发现，实验室并不像我的那样好玩，恰恰相反，实验室需要很严肃认真，来不得丝毫的玩笑。每一个实验都要求很严格，只有认真的预习好实验的原理与具体操作方法，然后在实验时按照要求完成每一个步骤，才能够完成实验任务。每一个微小的错误都有可能导致数据不准备，得不到正确的结论，所以在做实验的时候必须有一个严谨的态度。

在这短短的四周时间了，我们一共做了四个实验。分明是“信号的观察与分类”、“非正弦周期信号的频谱分析”、“信号的抽样与恢复（PAM）”、“模拟滤波器实验”。通过这四个实验，我们基本上将所学的信号与系统的知识得到了全面的应用。

“信号的观察与分类”实验中各种常用的信号，这就要求对常用信号的波形特点及产生方法有所了解。经过第一次的实验课，我不仅对各个常用信号的波形有了更深刻的了解，也对信号的产生有了一定的认识。在这个试验中，还用到了示波器，进过这次试验，基本了解了示波器的使用方法，各个按钮的功能，还有如何利用示波器显示出需要的信号。

“非正弦周期信号的频谱分析”实验中要求我们队非正弦周期信号的离散型、谐波性、频谱特性等有一定的了解，以及如何测试非正弦周期信号。在这个实验中，我接触到了频谱仪和DDS信号源。频谱仪是一个很精密专业的仪器，能在本科阶段就接触到频谱仪我们真的很幸运，经过老师的讲解，对频谱仪的使用有了初步了解，并借助频谱仪得到了非正弦周期信号的频谱；DDS信号源也是以前所没有见到的，现在了解了这是一个产生各种信号的信号源。经过这个实验，对非正弦周期信号的频谱有了深刻的了解，也了解了傅里叶变换的本质。

“信号的抽样与恢复”实验中，了解到了抽样信号的产生过程，以及如何从抽样信号恢复到原信号。在其中还对理想低通滤波器的知识起到了复习的作用。通过实验，了解了完整的PAM电路组成和抽样与恢复的进行过程。

“模拟滤波器实验”实验中，涉及到了有源低通滤波器、高通滤波器、带阻滤波器、带通滤波器，以及各种无源滤波器。在这个实验中主要应用的是巴特沃兹滤波器。通过实验，清楚地认识了各种滤波器的结构还有滤波特性，以及频响特性。

信号与系统测试实验，看似没有什么难度，应用的知识也都是学习过的知识。但是真正的操作起来却一点都不简单，或者说有很多很多的困难。第一次做实验时，连最简单的示波器的使用都不清楚，想要将实验做出来简直不可能，示波器上的按钮很多，只有清楚地了解了每个按钮的功能和应该什么时候使用，才能够正确的使用示波器，同样，在第二次试验中用到了频谱仪，这是我们以前听都没听说过的，现在就要用来进行实验，虽然老师讲解了使用方法，但是初次使用还是会犯各种错误，甚至一些很低级的错误。很多的时候仅仅是一个按钮的错误，就会根本观察不到输出信号，或者输出的信号并不是我们所需要的信号，可见要正确的使用一个仪器是多么的不容易。

我们以前几乎没有进过实验室，刚刚做实验，对一些实验中的技巧还不是很了解，对如何才做不是很熟悉，因此每个实验都要做很长时间，这是对我们耐心的考验，很性情，我们都经受住了考验，我也觉得经过每次三个多小时的实验，我更有耐性了，我知道，做实验要耐得住性子，做任何的科学研究都需要耐得住性子，所以在信号与系统测试实验中得到的锻炼对我们以后的发展很有好处。上理论课是学习知识，上实验课是对动手能力的考察，也是对所学知识的考察，只有掌握了学习过的知识，才能够将学过的知识很好的运用到实验中，并且经过实验对所学知识有更深刻的了解。我认为，实验课比理论课的收获更大，因为理论课基本上是老师一个人在讲，我们是在被动的接受，而在实验中，我们每个人都要亲自动手去做，必须要掌握一定的知识才能进行实验，所以我们会去主动的学习知识，来将实验完成，这样的方式学得的知识更能够牢固的掌握。实验课还锻炼了我们的动手能力，每一个电路的连接，每一个实验器材的使用，每一个数据的记录，每一张图的画出，都需要我们亲自动手去做，这都极大地锻炼了我们的动手能力。在这个过程中，我发现了自己的动手能力很差，画出来的波形图或是频谱图等等都很难看，我也在不断的改进自己，是自己能够有所提升。

理论总是理想化的模型，实验才是真正的实际。在每个实验中，都会出现误差，在这几次的实验中，我学会了数据的处理，学会了误差分析。通过将实验数据与理论值的比较，对一个数据的准确性有了判断。当然，在操作过程中会出现一些错误，得到一些错误的数据，经过理论分析，我知道了要舍去错误数据，保留有效数据。每一次实验的误差分析总能叫自己收获一些，或是学着如何将数据处理求均值，或是将器材如何的改进会使测量更精确。

可以说，实验课是很累的，同时，也是收获最大的。每次实验课都要将近三个半小时，每次的三个半小时，都是对我们对知识的了解程度和动手能力的考察和提升，也是对我们耐性的锻炼。每次上完实验课我都会有很累的感觉，但同时也有很充实的感觉，因为通过这几次的实验课，我对学过的信号与系统的知识有了更加深刻的认识，对很多以前不理解的东西有了一定的理解，也加深的对所学知识的印象。信号与系统的实验课使我第一次对实验室有了了解，对科学实验有了了解，对很多实验器材有了了解，我从中收获了许多许多，有些是知识层面的，有些是其它层面的，但它们无疑会对我以后的发展有很大的帮助。

普通话测试训练系统设计与开发 篇6

关键词：普通话测试；普通话训练课件；普通话水平；Ado.stream

中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2007)12-21626-02

Designing and Developing the Training System of Standard Chinese Test

XIE Lai-fu,WANG Zhi-ping,YI Su-jun

(East China Institute of Technology,Fuzhou 344000,China)

Abstract:Standard Chinese level test is an important act to popularize standard Chinese. And one important thing of this act is to develop the training courseware of the standard Chinese teaching. This paper presents the whole process of developing the training courseware of the standard Chinese teaching practically.

Key words:standard Chinese test;the courseware of training standardChinese;standard Chinese level;Ado.stream

普通話水平测试（简称为PSC）是我国推广普通话，提高全社会普通话水平而设置的一种语言测试制度。开展普通话水平测试工作，将使推广和普及普通话工作走上制度化、规范化、科学化的道路，从而极大地提高全社会的普通话水平和汉语规范化水平。笔者从实际出发，开发了一套普通话水平测试训练系统，本文拟介绍系统开发过程。

1 系统研制与开发

1.1 进行系统分析，确定功能模块

结合普通话水平测试、普通话教学的特点，对现有的普通话教学课件和普通话训练软件进行了综合分析与比较，我们确立了开发此系统的基本思路。本系统的设计思想为：根据普通话测试的要求，对字词进行分类、收集、整理，由国家语委普通话培训测试中心审定的专业发音员，采用数字录音设备，录制标准语音样本，通过构筑语料库技术平台，建立覆盖全面的普通话标准语音数据库。在此基础上，利用面向对象开发工具开发普通话测试训练系统。本系统既可作为普通话的自主学习系统，也可以作为教师教学的辅助系统。最终软件成果有两个版本，其一采用VB+SQL技术开发C/S系统，另外利用ASP.NET+SQL技术开发可以在互联网上发布的网络版本。

系统主要有两大功能模块组成：一是系统管理模块，主要是管理员对测试训练系统中的字词进行维护。二是学习模块，供用户练习使用的模块。如图所示：

1.1.1系统管理模块包括以下子模块

数据初始化：对系统数据库中的数据进行清空处理，一般是初次录入数据时使用，或更新系统数据时使用。

字词维护：是系统管理模块中的主要模块，通过此模块，可以增加、删除、更改字词类型；可以维护系统中的字词各种元素（文字、拼音、类型及读音等）。

模拟测试设置：管理员可以设置各种类型的字词在“模拟测试练习”时出现的个数。

系统数据更新：通过此功能模块，可以更新、升级系统数据库。

1.1.2学生练习模块包括以下子模块：

模拟测试练习：根据系统管理模块中“模拟测试设置”中的设置，从库中随机抽出相应个数的字词供用户练习。练习时用户可以收听标准样本语音，也可以通过系统内嵌录音模块把自己读音录入系统中，与标准样本语音进行比较。

分类随机练习：从某种类型中随机抽取相应数量的字词供练习使用，类型与字词数量都可自行设定。

分类固定练习：从某种类型中提取固定序号的字词供练习使用，类型与序号可由用户自定。

即时查询：用户可以在输入框中输入字词，或把文档拷贝至输入框，来获取字词对应样本语音或拼音。

1.2数据库设计

数据库设计是系统成败关键，它的优劣直接影响系统的开发和系统执行效率。根据系统设计思想，我们精心设计了数据结构，主要包含以下数据表：

(1)字词类型表用以存放系统中字词类型及在模拟测试中各类型字词出现的数量。

(2)字词总表用以存放系统中所有字词相应信息，结构如下：

(3)各类型字词表用以存放某类型中字词信息（包括其声音信息）。

1.3字词收集整理及录音

由普通话测试站的测试人员，对测试标准中规定字词进行收集、整理、分类。我们把其分为六类，分别是单音节、双音节、儿化、轻声、上加非上、上加上，总共收集了上万个字词。然后由国家语委普通话培训测试中心审定的专业发音员对字词声音进行录制，为保证录音的质量，采用了专业的声音录制卡，使用专业的录音软件Cool Edit Pro，并对录制声音进行了降噪处理，保存成波形文件（WAV文件），尽可能保持声音逼真效果。

1.4软件开发

根据教学需要，我们开发了两套版本，采用VB+SQL技术开发C/S版，既可以方便快捷地在单机上使用,也可以在局域网内作为客户机/服务系统（C/S）使用。另外，我们结合当前网络教学的特点，采用新型动态网页制作技术（ASP.NET+SQL）开发了一套网络版本，发布至校园网上，学生可以通过互联网方便使用此系统。

1.5数据录入

按照功能设置，软件设计好后，利用“系统管理”中“字词维护”模块，组织专门人员对收集整理好的字词进行录入。

1.6系统试运行

为检验系统效果，我们把其安装在学校普通话测试工作站的机房内，由测试站工作人员和学生对系统进行反复测试，根据反馈，我们对系统进行了多次修改，直到满意为此。

2 技术关键

2.1声音的存取

如何有效地把文字声音存入数据库中，并且快速从数据库把声音还原，是系统设计的一个关键问题。在设计中，我们使用Ado.Stream技术把声音文件以二进制数据的方式存入传统关系型数据库系统（ACCESS及SQL）的二进制字段中。播放时，再利用ADO.Stream技术把二进制数据还原成声音文件。

把声音存入数据库中的主要代码如下：

Set rs = New ADODB.Recordset

Set c = New ADODB.Stream

c.Mode = adModeReadWrite

c.Type = adTypeBinary

c.Open

If Right(File1.Path, 1) <> "" Then

c.LoadFromFile File1.Path + "" + File1.FileName

Else

c.LoadFromFile File1.Path + File1.FileName

End If

rs.Open "select * from 类型名", cnn, 1, 2

rs.AddNew

rs("声音") = c.Read()

rs.Update

2.2 声音的播放

播放声音时，先把字词对应声音字段还原成WAV文件，然后调用API函数播放此WAV文件。在此过程中，没有使用第三方播放控件，减化了程序代码，提高了程序的执行效率。数据库内声音字段还原成WAV文件时，不是每次都还原成同一个文件，而是第一次还原成“0.wav”，第二次还原成“1.wav”,第三次再还原成“0.wav”,在两个文件中交替进行，很好地解决了快速连续播放问题。

定义API函数：

Public Declare Function sndPlaySound Lib "winmm.dll" Alias "sndPlaySoundA" (ByVal lpszSoundName As String, ByVal uFlags As Long) As Long

Dim fil As String

从数据库中还原声音并播放声音代码如下：

Set rs = New ADODB.Recordset

rs.Open "select * from 类型名 where 编号='序号'", cnn, 1, 2

Set c = New ADODB.Stream

c.Mode = adModeReadWrite

c.Type = adTypeBinary

c.Open

c.Write (rs("声音"))

p = p + 1

If p = 2 Then p = 0

c.SaveToFile "c:" & p & ".wav", adSaveCreateOverWrite

fil = "c:" & p & ".wav"

X = sndPlaySound(fil, &H1 Or &H2)

2.3拼音輸入

为方便拼音的输入与修改，我们在系统中设计了拼音模板，各功能模块都可调用拼音模板。拼音模板的使用极为方便，可以用鼠标直接选取或者使用字符对应的快捷键，如需输入“ā”可直接使用Ctrl+A键即可。

3 小结

本系统有实用性、易用性、灵活性的特点，在校内学生中试运行，效果良好。另外此系统有很好的延展性，其语音库可以进行更新或升级，也可以在此系统的基础上进行第二次开发，使之成为普通话测试出题系统或设计成其他语言练习系统。

参考文献：

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[4]卢昌荆.普通话等级测试软件的系统设计[N].河南科技大学学报（自然科学版）,2004.

[5]李宇明.论普通话培训测试手段的现代化（代序）[J].语言文字应用,2005.

[6]陈海燕.普通话水平测试题目应有全面的语音覆盖标准——谈普通话水平测试的信度[J].海南广播电视大学学报,2006.

测试与分析系统 篇7

关键词：热电偶,动态建模,特性分析

0 概述

热电偶以其测量范围广、精度高、结构简单等优点在工业上得到广泛的应用。然而,在瞬时温度测量中,由于热电偶具有热惯性,测出的温度与实际温度存在差别即动态误差。故而,在动态温度测量中,迫切需要解决由动态误差引起的测量失真问题。

为保证瞬态测试结果的准确性首先需要研究测试系统的动态特性,这也是测试系统动力学的核心问题之一。它采用了从实验研究入手研究测试系统的动态特性的方法。首先,对测试系统进行动态校准实验,其次对动态校准结果进行数据处理,建立全面描述系统动态特性的动态数学模型,由动态数学模型求出测试系统的各种特性和定量(按照规定失真度)的动态性能指标。

1 温度测试系统的动态标定试验

在对系统进行动态标定(校准)前,首先要选择适当的激励信号作为系统的输入信号,动态标定(校准)的目的是为了获得系统的动态特性,即动态性能指标或动态数学模型等,若所选择的激励信号不合适,就不能实现这个目标,所以选择合适的动态激励信号是非常重要的。

动态标定(校准)对动态激励信号的要求,主要是所选用的动态激励信号要能将被标定(校准)系统的全部模态频率都激发出来,以期能得到被标定(校准)系统完整的动态响应,即动态激励信号的频谱要都能充分覆盖被标定(校准)系统的全部模态,也就是说,大于被标定(校准)系统的通频带,才能将被标定(校准)系统的各种模态充分激励起来。

热电偶动态标定实验主要有以下几种方法:热水池或油池弹射法、经验法、电阻加热法、激光加热法和脉冲技术法等。本文采用投掷热水池的方法,即可将系统的输入信号视为理想阶跃信号。理想阶跃信号的低频成分最大,而高频的带宽很宽,完全可以覆盖被标定系统的主要模态频率,所以所选的激励信号是合适的。

测试系统由热水池、温度传感器、高频响直流放大器、瞬态波形存储器、数采软件及计算机组成,如图1所示。

本文对S型热电偶进行标定,其典型曲线如图2所示。由图2可以看出,信号由不变至逐渐上升的过程,符合本次实验将传感器由空气投掷入热水的过程。

2 温度测试系统的动态建模

根据标定实验结果进行数据处理,建立全面描述测试系统特性的动态数学模型,这种由实验结果建立动态数学模型的方法统称为建模方法。建立数学模型的方法有两大类:一类是分析法;另一类是系统辨识法。分析法是根据系统的工作原理,运用各种物理定理推导出描述系统的数学模型,但这种方法只能用于比较简单的系统。而系统辨识法是利用系统的输入输出的观测数据来建立数学模型。这类方法更适合用于较复杂的系统,通过给复杂系统输入一定的动态激励信号,记录下系统对该信号的瞬态响应,便可运用系统辨识的方法建立该系统的动态数学模型。模型建立的合适与否是通过检验模型计算值和动态校准实验结果值是否吻合。吻合较好的模型说明用该模型描述被校系统的动态特性是合适的。由于本文的系统较为复杂,故而本文采用系统辨识的方法建立温度测试系统的模型。

由于本文的激励信号视为理想阶跃信号,它属于典型的时域动态激励信号,故本文采用时域建模的方法建立模型。

2.1 时域建模的步骤

时域动态校准的数据处理方法的步骤如图3所示。由时域瞬态响应先求出差分方程模型和离散传递函数,然后采用输出响应不变法将离散传递函数化为连续传递函数,最后由传递函数计算频率特性和瞬态响应,以检查模型优劣情况。

图中:DE为差分方程;ZT为Z变换;ORIT为输出响应不变法;为实验数据;为模型计算值。

其中最重要的环节就是系统的辨识,即利用系统的输入输出数据建立系统最优数学模型的理论和方法。本文系统辨识的方法是采用一种特殊白化滤波器的广义最小二乘法。

2.2 一种特殊白化滤波器的广义最小二乘法[1]

在一般情况下,实验中获得的系统输入、输出观测量可能都会带有随机误差。在输入测量噪声可忽略的情况下,假设输出端的干扰是一个零均值白噪声,如图4所示。

对于输入、输出观测量可以写出

它使达到最小。然而,正是输出端观测噪声。因此,这种情况下就达到了输出误差平方和最小的效果。其系统框图如图5所示(参见右栏)。

这时,模型输出值就是实际系统被白噪声污染前的输出值。可见用这种算法求得的模型最接近于真实模型。

计算方法:将式(2)代入式(1),可得

令,,则上式变为

式中,e(k)为白噪声,故可用最小二乘法求得参数ai、bi=0,1,…,n(a0=1)的无偏估计。但由于在ai、bi尚未估计出来之前,、是未知的,因而需利用迭代法加以估计。

通过计算,得出离散函数为:

其仿真曲线如图6所示。

3 温度测试系统的动态特性分析

测试系统的动态特性常用动态性能指标来描述,而动态性能指标又可分为时域指标和频域指标两大类,二者之间可以相互换算。在热电偶测温系统中,因其它各环节具有足够宽的通频带,可视为纯放大环节,故在整个系统的动态特性主要取决于热电偶的特性。

3.1 时域动态性能指标

时域动态性能指标一般用阶跃响应曲线上的特性参数来表示。针对图2的图形,本文建立的离散传递函数如式(3)所示。

以理想阶跃信号为输入,可仿真计算出归一化的阶跃响应曲线。由曲线可以看出,尽管差分方程的阶次为3阶,然而其阶跃响应曲线仍然类似于一阶系统。即整个测试系统主要表现为一阶系统,热电偶的一阶性质起了主导作用。

类似一阶系统,时间常数指的是响应曲线上升到稳态值的63.2%所经历的时间。输出达到稳态值95%的时间定义为响应时间。由图7可见,,基本满足一阶非周期系统的换算关系。

3.2 频域动态性能指标

频域的动态特性指标中应用最广的是通频带宽

(即在对数幅频特性曲线上的3dB带宽)。对于测试系统使用的是测试系统工作频带(幅值误差为5%或10%)。时域指标与频域指标近似地成反比关系。粗略地说,频域宽几倍,响应速度就快几倍。

测试系统的动态特性,完整描述包括幅频特性和相频特性。在大部分情况下,由实验只能得到系统的幅频特性,幅频特性和相频特性在一定条件下可以利用希尔伯特变换相互变换。在多数实际情况下,幅频特性在符合要求的频域内,其相频特性一般也满足要求。因此描述系统频率响应特性的指标主要根据幅频特性曲线给出。

由系统辨识建出热电偶标定的差分方程形式的动态模型,之后对差分方程取z变换便可得到离散传递函数。由离散传递函数求连续传递函数的方法有双线性变换、输出响应不变法等方法。由于输出响应不变法在原理上保证从离散域变换到连续域时,在离散采样点处输出响应不会有任何变化,故本文采用输出响应不变法计算。经计算可求得热电偶测温系统的连续函数为:

其幅频特性曲线如图8所示,其通频带rad,工作频带rad(取幅值误差为±10%)。

4 小结

由于热电偶具有热惯性,当测量瞬态温度时会产生较大的动态误差,故而需要对热电偶的动态特性进行分析。本文采用投掷热水池的方法建立了动态标定实验,由于动态标定测试系统输入是典型的时域信号,故本文从时域角度建立时域模型,即选用一种特殊白化滤波器的广义最小二乘法对该系统进行系统辨识,建立数学模型。在此基础上,本文分别从时域和频域角度计算出热电偶测温系统的动态性能指标,为后续的改进动态特性等工作打下基础。

参考文献

测试与分析系统 篇8

冲击试验的目的是:(1)确定装备的易损性,以便设计包装来保护装备的结构和功能的完整性;(2)模拟产品在制造、运输、安装过程中所受的冲击,观察产品关键部位的响应[1,2];(3)产品加速寿命测试[3]。

产品从生产到市场的流通和销售,需要经历运输、卸载、搬运、堆放等过程,在上述过程中产品不可避免地要遭受振动、冲击甚至跌落的影响[4]。因此,事先对产品进行冲击试验,分析冲击因素传递给产品的动态力、加速度、位移等信息,有利于完善产品的内部功能及缓冲包装的设计[5],从而确保产品的质量和运输安全。

目前,国内冲击试验测控系统大多采用一般的嵌入式系统设计方法,即系统的处理器都属于硬核,不能根据实际需求进行配置,限制了外围设备的选型,如以ARM、DSP等为主控芯片的嵌入式系统。因此,一套测试系统通常只适用于一台冲击试验机,系统的灵活性、兼容性和可定制性会受到一定的限制,而且主控芯片的更新换代将不利于系统的二次开发以及产品的维护升级。

本研究提出并设计了一套适用于多种类型冲击试验机的测控系统。该系统采用Nios-Ⅱ软核处理器,可以根据实际需求动态配置处理器,选择合适的外设、存储器,可以灵活地复用外围接口,以满足不同类型冲击试验机的测量控制,节省产品的开发成本,延长产品的生命周期。

1 试验装置及系统的组成

冲击试验测控系统主要由冲击台体(机械系统)、硬件系统和软件系统3部分组成,某种冲击试验测控系统示意图如图1所示。

以单次冲击试验为例,试验过程如下:先将安放有产品及加速度传感器的工作台面提升到指定高度,到达指定高度后将台面锁住,然后在安全的情况下释放台面使其自由跌落,与底部铺设在基座上的缓冲垫(波形发生器)产生冲击碰撞,台面反弹后在一定高度被锁住,完成一次冲击试验过程。

在上述过程中,粘附在产品上的加速度传感器将获得一个加速力信号,该信号通过硬件系统处理后转化成数字信号传递给PC机,经过PC机的后续处理与分析,可以得到冲击试验的时域波形、冲击响应谱(SRS)等试验结果。

不同类型的冲击试验机,其工作原理不尽相同。例如,液压冲击试验机是靠液压泵提供动力源,通过油缸的升降来带动台面的运动,依靠编码器的转动来计算台面的当前高度;而气动冲击试验机是由气体压缩机提供动力源,通过气缸的提升与释放来控制台面的运动,依靠步进电机的转动带动光电管的升降来计算台面的当前高度。由于液压泵与气体压缩机的接口不同,编码器的控制与步进电机的控制也不一样,已有的冲击试验测控系统若要在这两种试验机下工作,往往需要更换主控芯片,单独设计控制电路,从而系统的兼容性及开发成本会受到一定的影响。基于此,本研究的测控系统采用Nios-Ⅱ处理器为主控芯片,可以根据多种类型冲击试验机的外围接口,配置相应的处理器,选择合适的外设,以满足对不同冲击试验机的测试与控制。

2 测试系统的软、硬件设计

2.1 系统硬件实现

冲击试验测控系统硬件电路设计主要包括:中央处理器(CPU)配置模块、A/D采集模块、数据存储模块、PWM波输出模块(D/A模块)、网络通信模块等。其结构框图如图2所示。硬件系统主要涉及3方面的内容:

(1)机械系统的控制。包括控制台面的升降、光电开关、编码器、步进电机、防二次冲击等。系统主要通过主控芯片I/O口输出的PWM波来控制这些器件。

(2)数据的采集。以单次冲击试验为例,采集台面开始跌落至二次冲击开始前这段时间内的数据。采集过程中得到的数据将被存放到SDRAM内。

(3)下位机与上位机的网络通信。一方面,在冲击信号采集完成后,下位机CPU直接从SDRAM取走数据,通过网线将数据上传给上位机;另一方面,下位机获取PC机传递下来的参数及指令,如下位机要获取PC端界面上设置的台面上升高度、冲击次数、采集时间等参数,执行单次冲击、连续冲击、停止冲击等操作指令。

2.2 基于Nios-Ⅱ的SOPC设计

对于通常的嵌入式系统开发,CPU的硬件构成是不可更改的,因而外围设备的变动会受到CPU的限制。本研究设计的冲击试验测控系统要用于多种类型的冲击试验机,采用传统嵌入式系统设计方法显然不能满足要求。

Nios-II是一种面向用户的、可灵活定制的通用精简指令集架构(RISC)嵌入式CPU,也是一种专门为可编程片上系统(SOPC)设计应用而优化的CPU软核[6,7]。完整的基于Nios-II的SOPC是一个软硬件复合系统,开发时分为硬件开发和软件开发两部分。

该系统采用Altera公司的EP2C8处理器,硬件开发是在EP2C8上根据多种类型冲击试验机的外围控制接口定制合适的Nios软核和外设,利用Quartus II和SOPC Builder开发工具配置成一个高集成度的SOPC系统,适用于某种冲击试验机的基本SOPC系统如图3所示。

软件设计流程是在Nios-II IDE中进行的。所有软件开发任务都可以在Nios-II IDE下完成,包括编辑、编译和调试程序。在NIOS-II IDE中建立新的工程,IDE会根据SOPC Builder对系统的硬件配置自动生成一个定制的HAL(硬件抽象层)系统,它能为程序和底层硬件的通信提供接口驱动程序。工程经过编译调试后,可通过JTAG电缆线下载到Nios-II处理器系统。本研究根据冲击试验系统的需求,配置了一个适用于两种不同类型的冲击试验机的Nios软核,如图4所示。

本研究设计的冲击试验测控系统,需要完成对机械设备的控制、数据的采集、将采集得到的数据传输给PC机等工作,因此软核中配置了A/D采样模块、D/A模块、I/O口模块、DM9000A网络控制器模块、SDRAM模块以及UART串口调试模块。另外,clk＿0和reset＿n是SOPC系统的时钟和复位引脚。

2.3 系统软件设计

本研究的软件系统主要包括硬件设备与PC端的网络通信以及PC端界面设计两部分。

2.3.1 上、下位机间的网络通信

本研究采用基于TCP/IP的网络传输协议,在系统C/S构架中,硬件设备作为服务器,PC机作为客户端。一次完整的冲击试验过程需要传输的数据包括:操作指令、系统试验参数、离散点数据、状态信息等,服务器与客户端通信流程简图如图5所示。

本研究操作PC界面来执行整个冲击试验流程。PC界面一有命令请求操作,就会将相应命令添加到命令链表,然后按照自定义的通讯协议构造数据包并发送给服务器;服务器接收数据包成功后,解析该数据包,根据命令类型构造相应的数据包并发送给客户端;客户端接收成功后,解析数据包并提取相关信息用于后续处理。至此,服务器与客户端的一次通讯过程结束。

2.3.2 上位机软件界面设计

PC端软件主要实现对试验操作命令(如单次冲击、复位、停止冲击等)的执行、基本参数(如提升高度、采样时间、冲击次数等)的设置、冲击波形与冲击数据的显示和记录、冲击试验波形的分析(如容差分析、FFT、冲击响应谱分析[8]等)。从PC界面上获得的信息以及PC分析后的数据结果,可以用来考核产品的耐冲击性、结构完好性等指标,也可为改善产品质量或产品包装件设计提供依据。气动冲击试验测控系统主界面如图6所示。

3 实验结果与分析

本研究设计的冲击试验测控系统在两种不同的冲击试验机下进行了测试,试验现场如图7所示。试验用到的液压冲击试验机型号为SY10-5,最大负载为5 kg,半正弦冲击波形下的峰值加速度范围为20 G～1 500 G、脉冲宽度范围为0.5 ms～11 ms;气动冲击试验机型号为SY11-50,最大负载为50 kg,半正弦冲击波形下的峰值加速度范围为15 G～400 G、脉冲宽度范围为1.5 ms～40 ms。

本试验以单次冲击为例,试验条件如下:冲击高度为500 mm,采用电荷式加速度传感器、固定脉宽半正弦波形发生器(气动冲击试验机下的波形发生器刚度大于液压冲击试验机),采样频率为48 k Hz,采样时间为0.6 s,防二次冲击的反弹延时时间为0.4 s,单通道信号输入,容差标准采用GB/T2423.5规定的标称半正弦脉冲[9]。气动冲击试验机下的试验结果如图8所示,液压冲击试验机下的试验结果如图9所示。

由于两种冲击试验机的重量、台面质量以及台面能承受的最大负载不同,冲击产生的半正弦波波形特征也是不同的。从试验所得波形可以看出,主波形只有一个尖峰,遏制了二次反弹的出现;冲击信号处于标准容差线的上下限范围内,符合测试要求。

从试验获得的数据可以看出,峰值加速度和脉冲宽度符合两种不同冲击试验机所规定的范围。此外,根据冲击力学模型[10],冲击脉冲峰值加速度会随着冲击高度的增大而增大、随着缓冲器刚度的增大而增大[11];脉冲持续时间会随着缓冲器刚度的增大而减小,试验结果也验证了这一结论。

4 结束语

本研究设计并实现了一种基于Nios-Ⅱ的冲击试验测控系统。该系统能适用于多种类型冲击试验机的控制需求,进行多通道数据采集,获得精确的时域冲击波形,并且可以进行容差以及冲击响应谱分析等后续处理。实验结果表明,该系统的软、硬件设计满足冲击试验所需的功能,具有较高的应用价值。

摘要：冲击试验机根据其设计结构、动力源以及应用领域的不同,其测控系统均有不同。针对传统冲击试验测控系统一般只适用于某种特定冲击试验机的局限性,提出了一种基于Nios-Ⅱ处理器新型测控系统的设计方案。该系统根据试验机外围接口的不同,通过动态配置处理器、选择合适的外设,能够适用于多种类型的冲击试验机。最后,在冲击试验现场进行了时域波形的采集以及容差的分析。测试结果表明,该系统可以满足不同类型冲击试验机的测控需求,具有一定的推广应用价值。

关键词：冲击试验机,Nios-Ⅱ,测控系统

参考文献

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[10]李鸿儒.小型跌落冲击台的设计原理[J].气象水文海洋仪器,2002(1):19-30.

测试与分析系统 篇9

1 大庆油田天然气计量方式现状

天然气的计量在我国以体积计量为主, 目前大庆油田天然气计量主要有三种方式:孔板流量计计量、涡轮流量计计量和超声流量计计量。其中孔板流量计结构简单, 维修方便, 性能稳定, 已成为天然气计量的主要方式。据大庆油田天然气分公司统计, 大庆油田的天然气计量80%左右是孔板差压式流量计计量。随着科技发展, 现孔板流量计计量多引入孔板流量计计算机系统, 对天然气的压力、温度以及差压进行自动采集, 对天然气瞬时量和累计量进行自动计算。自动化程度的提高一方面有利于天然气的生产和传输过程的控制, 另一方面则由于压力、温度、压差等信号在传输过程中产生了一定量的信号衰减, 对测量或计量结果产生影响, 影响天然气生产控制和天然气流量的统计。

2 孔板流量计计算机系统的基本原理

孔板流量计计算机系统因生产厂家众多, 名称和外表各不相同, 但原理相同:用温度变送器、压力变送器、压差变送器将现场的温度、压力、压差转化为输出统一的4~20 m A的信号。其中, 4 m A值对应温度 (压力、压差) 的变化范围最小值, 而20 m A值对应温度 (压力、压差) 的变化范围最大值, 成比例线性关系, 从而可以将测量的电流值转化成对应的温度 (压力、压差) 值。孔板流量计计算机系统将采集到的压力、温度、压差和其他相关值引入相关计算从而得出天然气流量。

3 孔板流量计计算机系统的测试方法

天然气在计量过程中准确度非常重要, 不仅瞬量计算要准确, 而且累计量也必须准确。累计量计算准确的前提是瞬量计算必须准确。针对孔板流量计计算机系统的基本原理, 采用相应的两种测试方法, 即瞬时量测试和累积量测试。瞬时量测试就是将标准信号源连接到相对应的信号输入端子, 选取零点、常用工作点、最大值三个试验点, 给定标准信号, 记录标准信号值和瞬时量显示值, 根据标准信号值、仪表量程、工况修正等信息计算瞬时量的理论值。模拟信号每个测试点的误差按如下公式计算:

式中:

Esi——每个测试点的误差;

si——该测试点瞬时量显示值;

sbi——该测试点瞬时量的理论值;

smax——仪表量程上限对应的理论最大值。

在累积量测试时, 将标准信号源连接到相对应

的信号输入端子, 选取常用工况状态作为试验点, 给定主测量量和温压补偿量的标准信号, 记录T时间 (T≥30 min) 累积值。针对标准信号值, 通过应用Labview语言编写的标准软件进行数据处理。该软件根据GB/T 21466—2008《用标准孔板流量计测试天然气流量》、GB/T 17747.1—2011《天然气压缩因子的计算第1部分:导论和指南》、GB/T17747.2—2011《天然气压缩因子的计算第2部分:用摩尔组成进行计算》等相关标准提供的参数计算方法对天然气流量进行精确计算。通常固定参数作为常数一次性写入并计算, 不需修改, 如需要在测量前也可进行修改, 然后根据固定参数计算出导出参数。数据循环采集, 测得数据带入标准公式计算出天然气流量的瞬时量和累积量。同时, 根据累积量计算数学模型、温压补偿量等信息按照相关标准计算累积量的理论值。测试点的累积量误差按照如下公式计算:

式中:

EL——测试点的累积量基本误差;

L——该测试点T时间累积量显示值;

Lb——该测试点T时间累积量的理论值。

4 计算机系统测试的实际应用

根据以上测试方法, 对大庆油田天然气分公司下属单位进行相关测试, 在测试中发现某些孔板流量计计算机系统存在偏差较大, 天然气计量有争议。如天然气某单位, 孔板流量计计算机系统显示的天然气来气量同上游单位存在偏差, 经实地测量, 发现系统显示的瞬时量、累计量都和标准存在误差, 测试数据见表1。

根据测算, 其每年少计量的天然气量约为18.1×104m3, 经过数据调整后, 天然气加工能耗明显降低。

5 结语

测试与分析系统 篇10

IP传输交换式数字前端播出平台是未来广电网络发展的必由之路, 很多大型运营商已经开始部署以IP技术为核心的城域网。随着高清节目的增多, 未来对带宽的要求越来越过, 未来的广播前端直播视频内容, 点播视频内容, 数据业务等都将在城域网上传输。如何更好的监控各种业务, 真正做到对各种业务带宽的管控, 对整个网络的IP信息实时监控是关键。相对于传统的广电HFC传输方式, IP化的视频传输测试提出了新的挑战, 主要体现为:如何监测多个IP并发码流的传输质量, 通过传输质量状况的分析如何部署多并发IP流的服务器, 网络状况引起的传输质量影响的主观容忍度问题如何解决, 以及终端接受设备配置的合理性等问题。

1 视频IP传输监测与测试的意义与原理

IP视频流传输故障排查和长期质量监测随着VOD和高清电视的日渐普及, IP网络为视频节目的传输提供了比传统传输模式更加灵活和经济的手段。但是, IP网络的视频质量传输保障是部署VOD和高清电视业务的一大挑战。进行视频质量测试的部署迫在眉睫起着故障排查, 视频质量分析等巨大的作用, 对业务系统实现可运营发展保驾护航。

随着IP视频技术的发展, 视频流传输越来越偏向采用IP技术。如IP编码器、IPTV、IPQAM、IPMUX, 各种各样的广电设备已经将IP口作为必选的接口。作为数据传输的技术, IP应用已经非常成熟, 但对于有实时性特点的视频, 尤其是对于同时输出多组IP流时 (如点播系统中同时并发1000个流) , IP网络传输的可靠性就会大大降低。而此时每个IP视频流的传输质量如何, 并且如何直观体现, 是监测的核心。

图1是一个典型的点播系统中IP视频包的路由系统图。由于MPEG-2的包和IP包的格式不同, 在存储系统中存放的MPEG视频内容, 是以188个字节的MPEG存放, 但在传输系统中只能传输IP数据, 因此需要对MPEG-2包进行IP打包。每个IP包约1500个字节, 则每个188个字节包的MPEG-2包, 可以传输7个MPEG-2包。如图1红色标记所示。

在机顶盒端, 需要把IP传输包解成MPEG-2的包后再进行解码, 如图2红色标记所示。

由上述和图表可以看出IP视频传输在系统中稳定性主要有三个难点要确保:

(1) IP打包

依据VOD Server的处理性能和输出能力而定。例如一个1000M输出的服务器理论可输出3.75M MPEG-2点播流的理论最大数为1000/3.75=266个。但实际应用中最大能支持并发流到多少, 每路并发流的节目质量如何?以及和系统能力有什么必然的联系?我们需要专业的科学的测量标准和设备去获知。

(2) 传输

网络的承载的能力, 交换和路由设备的处理能力, 物理链路的质量都是影响IP视频传输的因素。数据传输时丢包后可以重新传输, 可视频内容的传输没有重传机制, 实时性又较强, 怎么保证在一个城域网中所有IP视频流的传输。IP网络是一个动态共享带宽的网络, IP码流在网管上传输时, 尤其当IP网络还传输了其它的数据等, 发生延时, 丢包的几率就大大增多。实时读取整个网络上所有IP视频流的状态, 以及分析传输网络的情况的意义将尤为重要 (如图3所示) 。

(3) 解IP包

每个IP视频码流的接收处理设备都配有Buffer (缓存) , 如图4所示。解码设备接收到IP视频流后, 需要将IP码流转换成MPEG-2包, 并放在Buffer内, 以备解码或码流处理使用。在这个过程中, 解码或码流处理设备的Buffer的大小, 视频的码率, 设备对MPEG-2包的处理能力决定了视频传输的质量。IP视频流在IP网络上传输过程中因为各种原因, 造成了丢包或延时太大时, 设备Buffer内就会无码可供解码。IP视频码流接收处理设备需要多大的Buffer?在设备Buffer一定的情况下能承受IP网络传输多大的延时?如果设备解码或处理能力小于IP网络传输速率时, 就会出现丢包的情况, 在这种情况下我们需要如何调整设备的Buffer大小或调整IP视频流的传输码率, 从而保证视频的接受质量。

以上为IP视频流监测的内容以及难点, 尤其是多并发流端到端测试和监测。需要用标准的质量测试方法、专用的测试设备以及统一的管理系统。

2 IP视频传输质量测试标准

为了准确的测量IP网络上传输的视频码流以及解决监测和测试的问题, IneoQuest和思科公司共同提出MDI (Media Delivery Index) 媒体传输质量标准, 对视频流在IP网络传输质量进行评估的测量指标。作为IP视频流传输质量测试的行业标准, MDI测量指标广泛地应用于IPTV和IP有线数字电视以及网络电视台网络质量评估和监测。MDI视频评定标准目前已经被国内外得到相当广泛的采用。

RFC 4445 MDI标准包括了两个参数:

(1) Delay Factor (延迟因素, 简称DF)

该数值表明被测试视频流的延迟和抖动状况, DF的单位是毫秒 (ms) 。DF将视频流抖动的变化换算为对视频传输和解码设备缓冲的需求, 被测视频流抖动越大, DF值越大。当网络设备和解码器的缓冲区容纳的视频内容时间不小于被测视频流DF读数时, 将不会出现视频播放质量的下降。因为网络节点需要分配不小于DF值的缓冲用于平滑视频流抖动, 所以DF的最大值为视频内容通过该网络节点的最小延迟。

(2) Media Loss Rate (媒体丢包速率, 简称MLR)

MLR的单位是每秒的媒体封包丢失数量。该数值表明被测试视频流的传输丢包速率。由于视频信息的封包丢失将直接影响视频播放质量, 理想的IP视频流传输要求MLR数值为零。因为具体的视频播放设备对丢包可以通过视频解码中进行补偿或者丢包重传, 在实际测试中MLR的阈值可以相应调整。

3 MDI测量的原理

3.1 DF (延迟因素)

流媒体应用有实时性的特点, 在流媒体通过IP网络传输的同时, 终端解码器在消耗已接收到的媒体流信息, IP网络传输媒体流出现的抖动表现为同一媒体流的IP封包传输的间隔不均匀。

在采样周期中, DF首先计算在测量点每个IP视频封包到达时间变化。然后, 与预期的视频流速度对比得出。采样周期默认为1秒。DF的数值在每次采样周期完成后更新。

具体DF的计算公式如下:

假设在测量点有虚拟缓存大小为X, X=|接收到的字节数-解码所需的字节数|, 接收到的字节数为实际测量得到, 解码所需的字节数通过对媒体流解码分析得到。

那么, DF=[最大值 (X) -最小值 (X) ]/媒体流码率。

媒体流码率单位是字节/秒, 最大值 (X) 和最小值 (X) 是在采样周期内所得数值。

DF的计算将网络抖动换算为对媒体流解码缓冲的需求。当解码器的缓存保存媒体信息不小于DF数值, 解码器不会出现缓存内容耗尽的情形, 因此网络的抖动将不影响视频播放的质量。

DF期望值 (Expected DF) 是在理想状态下得到的MDI:DF数值。这个数值等于媒体流在没有拥挤的线路传输。可以看作设备把一个视频封包转移到下一节点或者视频解码器的同时, 另外一个视频封包立刻到达缓冲区。

DF期望值=IP封包的MPEG内容/媒体流码率。

假设每个IP封包包括了7个MPEG-2TS封包, 每个MPEG-2 TS封包为188字节, 则该IP封包包括了1316字节的视频内容。视频流码率为2Mbps CBR。

则DF期望值为1316×8/2, 000, 000=5.26 ms。

3.2 MLR (媒体丢包速率)

MLR=媒体封包丢失总数/采样周期。

默认采样周期为1秒。媒体封包在MPEG-2 TS封装格式是指有效的MPEG封包 (不包括填充MPEG封包) 。

3.3 MDI与其它测量参数的配合

MDI主要反应了视频流传输的抖动和丢包特性。但是, MDI:MLR不能反应丢包的持续性。实验数据表明, 连续小量的丢包比一次大量的丢包对视频观看质量有更明显的影响。因此, MLT-15 (过去15分钟媒体丢失总数) , MLT-24 (过去24小时媒体丢失总数) 可以帮助使用者看到测试时间内的累积丢包数目。

3.4 建议的MDI阈值

由于网络的复杂性, IneoQuest建议MDI的阈值应该通过实验室测试求取。因为视频压缩标准、视频码率、并发视频流数目、机顶盒缓冲大小都影响MDI的阈值设定。

根据IneoQuest的经验, CBR视频流情况下, MDI:DF的最大值应该避免和平均值偏离超过50%。比如, 平均MDI:DF为100ms。当MDI:DF出现最大值为200ms时候, 这意味着视频流传输抖动出现明显的变化。虽然没有立刻造成视频播放质量问题, 维护人员需要对抖动的变化趋势进行跟踪。

以下是针对实际应用中的建议阈值:

MDI:DF=50毫秒 (延时)

MDI:MLR=8个媒体封包/秒 (每秒丢包率)

MLT-15=128个媒体封包 (15分钟丢包数)

MLT-24=1024个媒体封包 (24小时丢包数)

4 IP网络对视频质量影响的因素

IP网络传输特性往往归纳为三个指标:延迟, 抖动和丢包。

(1) 延迟

在视频传输应用中, 恒定的延迟表现为视频观看时间的推迟。为了避免网络抖动而产生视频播放效果恶化, 网络节点和视频解码器往往需要对视频流进行缓冲。实验数据表明, 视频播放延迟不影响视频观看的质量。

(2) 抖动

抖动产生有多种原因:视频编码器/服务器性能变化, 网络线路出现拥挤, 网络设备性能变化都可以导致视频流的抖动变化。观测视频流的抖动变化可以帮助运维人员提前发现视频传输质量恶化的趋势。

(3) 丢包

丢包对视频播放质量有直接的影响。试验表明, 无论视频丢包的类型 (I、B、P帧) , 在没有适当的视频解码补偿或者丢包重传机制下, 视频播放质量都会出现不同程度的下降。

5 IP视频流监测系统与测试的部署与功能的实现

IP视频流监测系统与测试在部署方面除了需要满足传统监测的原则外还应考虑一下三方面问题:首先, 支持大量视频流质量与数据实时分析;其次, 快速定位出现问题的节点;再次, 能够对加密的视频流进行实时和离线分析。下面以NGB系统为例进行对监测功能与测试进行阐述。

5.1 监测系统的构成

如图5所示, 此系统为同时分析IP和MPEG层视频质量测试与监测系统。通过质量集中管理系统与分析系统和各类探针可以对10GE、1GE、10/100M以太网、ASI、QAM接口的视频设备进行监测与测试。深入的视频分析功能保障快速发现视频传输问题以及视频承载能力评估的手段。

同时有解决视频网络现场排障、视频解决方案测试、视频故障事件捕捉、视频设备互连互通测试等功能, 通过视频传输质量集中管理系统将视频传输质量状况进行集中管理。

i VMS质量管理系统是将全网的视频传输质量状况进行集中管理的关键。一方面, iVMS实时地收集所有视频探针的数据, 包括ASI、QAM、GE、10GE;另一方面, i VMS将数据实时地转发给不同的客户端。

i VMS支持对传统广播视频流的端到端分析。比如, CCTV-1通过ASI、GE、10GE、QAM界面, i VMS可以同时呈现该频道在不同网络节点的视频传输质量。

同时, i VMS能够对VOD点播视频流进行自动发现和实时分析。发现新的VOD视频流后, 记录视频流的传输质量。

根据探针同时分析的视频流数目不同, 探针与服务器的通信需要有相应的通信带宽。通常, 1GE探针需保证1Mbps的管理通信带宽。为了避免在短暂通信中断产生视频质量信息丢失, 每个视频探针提供10Mbyte的视频质量信息缓存。在服务器与探针恢复通信后, 服务器自动获取未上传的视频质量信息。

除上述功能基本外监测系统还应具有以下功能:

(1) 可同时分析传输的所有IP视频流

允许用户以不同的角度同时分析被测试节点的所有视频流, 包括视频流模式 (Census) 、视频节目模式 (Program Guide) 。视频流模式下, 所有视频流以表格方式列出详细的视频参数和实时测试结果;视频节目方式下, 每路视频流根据告警模版定义以不同色彩指示灯显示视频质量的状态。用户可以点击进入特定视频流, 分析详细视频质量数据, 同时分析1000个并发的IP数据流并且, 实时显示每路视频流的参数和测试结果, 并可以查看器封装内容和PID, 对IP抖动、媒体丢包率、IP和PCR速率、RTP丢包特性、IGMP切换时间等作为重点描述和分析。同时兼顾传统MPEG层分析监测功能TS同步字节错误, 特定PID速率和PCR速率变化支持ETR101-290三级告警。

(2) 可自定义条件进行报警触发和故障记录

多种触发条件组合:丢包, 抖动, PCR速率, 同步字节, PID事件, 数字广告插播。

定义视频事件触发后, 录制视频流前后时间长短, 强大的离线视频分析功能, 同步不同测试点的捕捉并重现捕捉的视频, 进行实验室分析并且提供远程视频内容观看分析, 提供24小时视频质量信息分析概略图。

(3) 同步多个网络节点的触发器捕捉

同步多个网络节点的触发器使用户能够捕捉同一个视频事件在不同网络测试点出现的情况, 多个分析进程可以同步工作, 分布式连续视频流监测。

与传统的广播视频传输不同, 互动点播的视频流将需要更多的网络带宽。尤其在高清视频点播开展后。在国外的经验表明, 点播业务和高清视频服务将导致10GE视频网络的扩张。因此, 视频质量监测系统必须能够支持10GE下的视频监测。

图6这个测试场景适用于传统的单路IP视频输出或针对全媒体的多速率编码输出。首先需要选取合适的视频源, 可选择实验室模拟产生视频源或现网接收的视频源。ASI视频样本模拟为卫星接收机获取, IP视频样本模拟通过IneoQuest IP视频源模拟设备产生。然后, 根据需要设置编码器获得IP视频输出, 这是节目源质量的监测点, 任何视频头端出现的质量问题将是全网的问题。

5.2 视频服务器输出性能分析

高性能和高稳定的视频服务器是NGB或IPTV成功部署的一个关键。除了视频流并发数目外, 每路视频流的稳定性是一个重要考核指标。视频服务器的输出性能可以使用RFC 4445 MDI进行分析。

根据服务器的架构, 视频服务器的性能受到各子系统的约束, 如磁盘阵列性能、CPU性能、总线带宽、内存容量、网卡的性能。从部署观点来看, 服务器的性能可以表述为四个项目:最大并发流数目、最大网络端口输出吞吐量、对大量突发请求的响应特性、每路流的稳定性。

MDI:DF为视频流的抖动特性, 抖动越大, 可支持的并发流数目相应减少, 抖动突变表明服务器性能出现下降。

MDI:MLR为视频流的丢包, 视频服务器不应该输出有丢包的视频流。

在视频点播服务器的实验室测试和性能评测中, 建议至少对以下两个场景进行测试:

(1) N个用户点选N部影片的最大并发量

该测试体现了视频点播服务器的最高性能。服务器的各个子系统的瓶颈都将影响该测试的结果。虽然普遍认为视频点播的客户行为是80/20分布 (80%的用户点选20%的热门影片) , 但是最近的研究成果表明网络客户的行为具有长尾的特性 (Long Tail Theory, 每部影片无论热门与否都有可能被点选) , 因此N个用户点选N部影片是一个合理的测试场景。

(2) 对大量用户突发请求的响应特性

在接受突发大量用户点播请求后, 服务器需要多长时间完成视频流的稳定输出, 以及在接收大量点播请求后, 输出视频流的变化特性。该场景将检查服务器在黄金时段大量视频点播的处理能力。

5.3 网络设备视频流承载性能评估

在NGB部署中, 网络设备的承载视频能力是必须考虑的因素。视频流与传统数据流不同的地方在于承载视频流业务的网络节点会需要更长的时间处于线速处理的状态。因此, 对网络设备的交换/路由能力需要进行实验室的测试, 如图7所示。

RFC 4445 MDI不但可以作为视频流输出质量的测试指标, 还可以作为视频流输入的参数。

通过使用专门的仪器模拟视频流输入可以得到精确的视频承载能力指标。

该测试能得到在特定网络设置下, 被测试网络设备可以同时承受多少路指定速率的视频流, 并且能够忍受多大视频流抖动 (以MDI:DF描述) 而不出现输出丢包。

5.4 机顶盒网络容忍能力分析

测试与分析系统 篇11

关键词: 中职；本体；网络测试；教学效果评估

一、引言

计算机技术、网络技术和多媒体技术的迅猛发展，为网络教学的发展奠定了一个良好的基础。在中职教学中，教学反馈是检验教学效果的重要一环，更是进行有效教学改革的关键依据，但是较大量的作业批改、检测等工作量常常使教学反馈未能及时有效收集，从而使教学效果受到影响。为了及时收集教学反馈，借助数字教育服务提高教学质量和效果，把本体技术引入到网络教学中，网络测试是检验教学效果的有效手段，它的作用日益被重视，网络测试能够根据学生的个体情况、知识结构，有针对性地确定及调整教学策略，智能化自动监控和激励学生的学习、丰富教学手段、提高教学水平。本文提出了一个在网络教学中基于本体技术的网络测试系统设计模型，并把此模型应用于课堂教学中的网络测试,应用于开发在线考试系统等实践中,实现网络测试系统动态性和智能性需求，从而得到一个有效及时的教学效果评估。

二、本体的概念及其技术优点

（一）本体的概念。

本体（Ontology），源自哲学术语。在人工智能界，最早给出Ontology定义的是Neches等人，他们将Ontology定义为“给出构成相关领域词汇的基本术语和关系，以及利用这些术语和关系构成的规定这些词汇外延的规则的定义”。Neches认为：“本体定义了组成主题领域的词汇表的基本术语及其关系，以及结合这些术语和关系来定义词汇表外延的规则。”后来在信息系统、知识系统等领域，越来越多的人研究Ontology，并给出了许多不同的定义。其中最著名并被引用得最为广泛的定义是由Gruber提出的，“本体是概念化的明确的规范说明”。

和这个定义类似的有N. Guarino and P. Giaretta (1995)“本体是概念化的明确的部分的说明/一种逻辑语言的模型”（“an ontology is an explicit, partial account of a conceptualization/ the intended models of a logical language.”）。W. N. Borst对该定义也进行了引申“本体是共享的概念模型的形式化的规范说明”。

由于信息技术中的本体论，将现实世界中的抽象概念中数学方法、信息技术方法进行了处理，使之可以应用计算机技术和信息技术进行高效的检索、分类、处理、转换和推导，因此，信息技术中的本体论方法，在人工智能、信息检索与处理等方面被越来越广泛地应用。

而网络自动测试，涉及测试题目的自动生成、测试结果的正确性自动判断和测试效果的自动分析，因此适合于用信息技术的本体论方法来实现自动组卷、自动判卷和自动测试结果分析。

（二）应用本体技术的优点。

本体技术具有以下优点：（1）对现实事物的精确描述。可以用数学方式和模型对一个现实概述进行形式化建模，用数学的精确方式描述其特性。（2）自动性。由于本体之间可以并行工作，所以多本体可以快速求解问题。（3）准确性。可以引入数学精确模型、离散数学模型描述确定性关系，或引入模糊数学等模型描述非确定性关系，从而量化地描述客观事物及其相关规律。

上述特点，对客观地、但又统计性地分析教学效果、学生对知识的掌握情况、教学活动的因果关系都可以综合进行利用。

三、基于本体技术的网络测试设计

在网络课程中，构建一个理想的网络测试系统，不仅给学生提供了一个网络测试知识的平台，同时也满足了教师随时组织学生进行网络考试的需要,对提高教学效果有着重要和积极的作用。

（一）网络测试系统的本体体系。

网络测试系统相关的本体包括：学生、知识/信息、章节、试卷、教师。

每个本体，都包括：属性集、事件集、规划集、能力集，分别反映其在网络测试系统中的工作模式。

属性集(Beliefset）：描述本体对世界的理解和认识，采用基于元组的关系模型来表示本体的信念。

事件（Event）：事件是一种特殊的对象。

规划（Plan）：规划定义了一组动作序列。

能力（Capability）：能力封装了信念、事件、规划等功能性单元。描述了本体能够访问的属性集、能够感知和处理的事件以及对事件做出响应和处理、实现本体目标所需的规划。

本体：一个本体实际上就是一个特殊的对象。它拥有一组能力、包含一组属性集关系、拥有一组规划、能够对一组事件进行响应和处理。

（二）本体设计。

网络测试系统中包括学生本体、教师本体、信息管理本体、决策本体、改卷本体五个本体，其中信息管理本体维护考生成绩，试卷分析结果及考生、教师的注册信息；学生本体可以发送测试请求给教师本体，也可以发送信息查询请求给信息管理本体；教师本体响应和处理学生的测试请求及维护知识库；决策本体响应和处理教师本体的出卷请求，将出好的试卷号返回给教师本体；改卷本体响应和处理教师本体的改卷要求，并将试卷成绩发送给信息管理本体保存。

学生本体包括测试请求、测试完成、进行测试、信息查询请求等事件，包括响应教师本体返回的信息、执行测试、响应信息管理本体返回的信息等规划。教师本体包括出卷请求、改卷请求、响应学生本体的测试请求等事件，包括响应学生本体的测试请求、执行出卷请求、执行改卷请求等规划。由于信息管理本体、决策本体、改卷本体的事件和规划比较单一，在这里不一一罗列。

（三）系统包括的属性集。

属性集是描述本体对世界的理解和认识，一般采用基于元组的关系模型来表示本体的信念 。本系统用属性集来存储信息，其作用相当于数据库的作用。

（1）信息属性集。因为每位用户都必须在系统注册后才能使用系统。信息管理本体除了响应和处理学生及改卷本体的请求，还包括认证学生或教师的身份，所以信息属性集除了保存学生的测试成绩以外，还要保存学生和教师的个人信息。对于信息属性集,只有信息管理本体可以访问，包括对该属性集的增加、删除、修改信息的操作。

（2）试卷属性集。各位教师本体均有自己的试卷，这些试卷是各位教师本体请求决策本体根据出卷要求进行组卷，保存在试卷属性集中。试卷属性集存储试卷信息，包括试卷编号、试卷要求编号（用于不同的组卷要求）、理论分值、实践分值、试卷文件的存放路径等信息。各位教师本体可以向试卷属性集中增加、删除试卷，其他教师和测试的学生本体只可读。

（3）组卷要求属性集。组卷要求属性集存储组卷要求信息，包括组卷要求编号、知识点分布、难度分布、教学要求等信息。各位教师本体可以对组卷要求属性集中各自的组卷要求进行阅读、修改、增加、删除，而决策本体只可以阅读组卷要求属性集。

（4）试题属性集。存储各类计算机课程的各种试题（包括填空、选择、判断等）。试题属性集存储试题信息，包括试题编号、题型、分值、所属章节、所属教师、难度系数等信息。各位教师本体可以对试题属性集中各自的试题读、修改、增加、删除，而决策本体及评判本体只可以读。

（四）系统设计的特色.

与传统的网络测试系统相比，系统采用本体系统进行开发，使该系统具有更高的自动化水平，也具有一定的智能性，例如出卷、改卷及知识库的维护等都是由相应的基于本体规则完成，一定程度上减轻了教师的负担。

同时，在实现自动判卷时，可建立本体之间的标准答案、相近答案、错误答案等一系列本体项，列出对不同的本体项的，并给出出现相应的答案时的判分依据等本体内容。因此，可实现较复杂的自动判卷逻辑，从而可以以此为基础实现智能化的自动判卷。

进一步，可基于网络测试的本体体系，实现教学效果自动评估：建立“知识点—考题—答题内容”本体体系，在学生在网络测试系统对某个考题项进行了回答后，可从“知识点—考题—答题内容”本体体系中了解考生对某个考题的某个回答，反映了他对知识点的掌握程度达到什么程度、存在什么知识掌握缺陷，从而在测试过程中或测试后了解学生的知识掌握情况。

四、基于本体技术的网络测试设计的实际应用

笔者基于上述本体技术的网络测试设计，应用ASP技术开发了一个“网络测试系统”，可供教师在课堂教学中对学生进行测试，及时地了解学生本次课对授课内容的掌握情况，及时收集教学反馈，从而能有针对性地确定及调整教学策略和教学目标。该“网络测试系统”的功能模块如下图:

（一）考生登录模块设计。

考生登录模块主要由学生本体、教师本体、信息管理本体完成，学生本体首先执行测试请求事件，该事件发送给教师本体；教师本体响应学生本体的测试请求后，学生本体执行进行测试事件，该事件发送给学生本体本身，学生开始测试；当学生完成测试后，学生本体执行测试完成事件，该事件发送给教师本体，学生完成测试。学生本体执行信息查询请求事件，该事件发送给信息管理本体，学生可据此查询测试成绩。在整个过程中，学生本体包括的规划有：响应教师本体返回的信息、执行测试、响应信息管理本体返回的信息。考生登录模块的程序设计流程图如下：

（二）管理员登录模块设计。

管理员登录模块主要由教本体、决策本体、改卷本体完成，教师本体可以完成测试、练习和维护3个工作，工作原理如下：

（1）教师组织测试。选定测试学生名单，查看试卷属性集，如果有符合要求的试卷，则将试卷号发送给测试学生名单中已登录的学生，否则，将组卷要求发送给决策本体，决策本体将根据组卷要求进行出卷，并将出好的试卷号发送给教师本体，教师再将试卷号发送给学生考试。学生测试结束之后，教师本体发送改卷请求给改卷本体，由改卷本体批改试卷。通常教师本体预先将组卷要求发送给决策本体，等待决策本体出好试卷之后再组织学生测试。

（2）在启动测试以后，教师还可以启动练习功能，指导其他学生做一些测试练习。

（3）教师还可以启动维护功能，开始修改试题库或者知识库。

（三）实际应用效果。

笔者原来在上《计算机基础》这门课时碰到这样的问题，对于第一章“计算机概述”的内容，由于理论性较强，知识点多，教师在课堂上较难了解学生对授课内容的掌握情况，应用“网络测试系统”，可以把事先准备好的题目在课堂上利用二十分钟对学生进行测试及成绩分析，及时收集教学反馈，从而得到一个有效及时的教学效果评估。同时能够根据测试系统反映学生的个体情况、知识结构，有针对性地确定及调整教学策略和教学目标，激励了学生的学习并增添了一份紧张的学习气氛，有助于学生学习积极性的提高。自从应用了“网络测试系统”，学生对“计算机概述”这章的学习兴趣和学习效率都得到了较大的提高。

上述基于本体技术的网络测试设计还可应用于开发在线考试系统。笔者参编了教材《动态网站项目实训教程》（华中科技大学出版社，书号：ISBN978-7-5609-6930-5），在编写“项目9 综合演练：在线考试系统”这一章中，应用了基于本体技术的网络测试设计模型，该在线考试系统是在上述“网络测试系统”的基础上作了一些改进，系统的功能更加完善，例如可以按照各个考生的测试时间，实现各个考生的在线考试。《动态网站项目实训教程》这本书的销量不错，该在线考试系统受到使用者的广泛好评。 同时该考试系统在我校的几门课程中应用，教师们也反映良好。

五、结语

本体技术应用到网络教学中的网络测试系统，在某种程度上，可以较好地克服原有网络教学中网络测试系统的缺陷。利用本体的相关思想，实现网络教学中的网络测试系统，在一定程度上满足了学生和教师对网络测试系统智能性和动态性的需求，是可以实现的。目前，网络测试是网络课程的重要的组成部分，随着网络环境的不断完善、本体技术的逐渐成熟，笔者提出的基于本体的网络测试系统也将会不断地进行改进和完善，网络测试系统将成为未来数字教育服务领域以及网络教学中的重要研究课题之一。

（作者单位：广州市财经职业学校）

参考文献：

[1]朱欣娟，张文宇，李显峰.基于本体的教学资源库及课件开发系统设计[J].计算机工程与设计，2007，（3）.

[2]原虹.基于本体的教学资源库的设计沈阳医学院[J].科技信息，2010，（5）.

[3]阴桂梅.基于本体的计算机组成原理网络智能化教学模式的设计与实践太原师范学院计算机系[J].山西电子技术，2009，（12）.

[4]唐素勤.一种面向领域本体的教学策略研究方法[J].计算机工程与应用，2004，（1）.

测试与分析系统 篇12

煤矿监控系统的可靠性问题一直是业界关心的问题。从使用方面来说,由于煤矿井下环境条件恶劣,设备故障率高,使用寿命短。普遍反映的问题有传感器可靠性差、误报警等[1,2,3]。这说明煤矿监控系统的可靠性还不能完全满足现场的要求。相对于使用方面反映的问题,煤矿监控系统可靠性研究方面的成果并不多,参考文献[4]讨论了影响煤矿监控系统可靠性的几个因素,认为有害气体会影响传感器的灵敏度,管理不善也会使监控系统不能正常发挥作用。参考文献[5]讨论了几种不同结构的煤矿监控系统的可靠性模型。参考文献[6]针对矿井安全监控系统的通信总线结构建立了可靠性模型。以上讨论都是针对煤矿监控系统的局部问题进行定性分析。参考文献[7]首先提出了煤矿监控系统可靠性指标的测量方法,尤其推荐采用分别测量煤矿监控系统各组成设备的可靠性指标,然后得到系统可靠性指标的方法,为定量分析煤矿监控系统的可靠性提供了方法。对煤矿监控系统主要设备的平均无故障工作时间(Mean Time Between Failures,MTBF)进行测量与分析是定量分析煤矿监控系统可靠性指标的基础。但目前这方面已有的研究结果很少,本文对采用同一种煤矿监控系统的4个煤矿进行了现场测试,给出了测试结果,并对结果进行了分析。

1 MTBF测试方法

2010年9月至2011年5月期间,笔者分别在河南煤业化工集团永煤公司陈四楼煤矿和车集煤矿、山西潞安集团余吾煤业有限责任公司、陕西陕煤黄陵矿业有限公司一号煤矿针对在用的煤矿监控系统的主要设备进行了为期2个月的MTBF测试。

首先将煤矿监控系统划分为一些基本单元。划分单元的原则:这些单元从功能上来说应该是串联性质的,即任一单元的故障都构成整个煤矿监控系统的故障。基本单元多数为单个设备,但也有一些是几台设备组成的子系统。将一些子系统作为一个单元不再细分,或是因为子系统的构成设备从功能上来说不是串联性质的,典型的如双机备份的主机系统;或是为了简化,如信息传输子系统有以太环网系统、GEPON系统和KJJ14为主的基带传输等多种形式,测试中将传输子系统看作一个整体,不再进行细分。最后确定了以双机备份的主机系统(包括所有硬件和软件)、传输系统(以太环网系统、GEPON系统或KJJ14基带传输系统)、分站、本安电源、瓦斯传感器、CO传感器、负压传感器、风速传感器、温度传感器、开停传感器、烟雾传感器、馈电状态传感器、风门开关、断电开关、电缆(包括接线盒)为最小设备单元。

参与测试的设备数量是各矿监控系统中实际投入使用的数量。由专人每天记录失效的设备数量和实际投入使用的设备数量。失效设备的界定范围是不满足AQ 6201—2006 《煤矿安全监控系统通用技术要求》规定的强制性要求。最终统计出测试期间出现的故障数和正常工作时间,用GB 5080.4标准的方法,估算每种单元的MTBF最小值(m值单边置信区间下限)。

2 现场测试结果

陈四楼煤矿、车集煤矿、余吾煤业有限责任公司、一号煤矿的测试结果见表1—表4,汇总结果见表5。表中正常工作时间是指测试期间该单元参与测试的全部台(套)累计的正常工作时间,安装台数是一个数量区间的原因是测试期内该种设备实际安装的数量是变化的。

由于煤矿现场使用的设备是由不同批次的产品组成的,所以本次测试的一个假设是产品生产过程是稳定的,即不同批次产品的质量没有明显差别。

由于在1个煤矿2个月的测试时间还是相对较短,特别是正常工作时间本身较短而故障数为0时,计算得到的MTBF误差较大,得出的MTBF最小值有时并不能说明问题,所以对双备份主机系统、传输系统和负压传感器没有计算MTBF最小值。根据使用经验和各方面的反映,这些设备的MTBF应该是系统各种设备中比较高的。

线路故障大多是接头处发生的接触不良或潮连故障。由于线路故障率和电缆接头数量有关,而测试中没有统计电缆接头数量,且线路故障多数属于维护问题,不是监控系统设备本身的问题,所以没有计算线路的MTBF。

由于测试的4个煤矿的环境应力条件基本一样(瓦斯除外),且使用的是同一种煤矿监控系统,所以在汇总结果中将相同设备的正常工作时间和故障数累加后再计算MTBF,以得到更加准确的结果(得到的故障数越多,MTBF测试结果越准确)。由于瓦斯传感器的老化应力主要是瓦斯气体的体积分数,而这4个煤矿的瓦斯体积分数相差较大,且余吾煤业有限责任公司使用的瓦斯传感器和其他煤矿的型号不一样,所以汇总结果中没有计算瓦斯传感器的MTBF。

3 结果分析及结论

(1) 虽然线路故障不属于煤矿监控系统的设备故障,但从现场统计的结果来看,线路故障在其中2个煤矿是发生数量最多的故障。在4个煤矿的汇总结果中,线路故障也是并列故障数量第一名。说明线路故障是煤矿监控系统中的常见故障。这种情况也和使用经验及各方面的反映情况基本吻合。

(2) 本质安全型电源、瓦斯传感器、CO传感器和风速传感器是煤矿监控系统中MTBF值相对较小(20 000 h以下)的产品,也是系统中最关键的几个产品,所以提高它们的可靠性应是今后设计改进的重点。

(3) 不同煤矿瓦斯传感器的MTBF差别很大,其原因主要是矿井中瓦斯体积分数不同。瓦斯传感器失效的主要原因是催化探头失效,陈四楼煤矿和车集煤矿均属于低瓦斯矿井,瓦斯传感器的老化应力较小,所以MTBF值较大。余吾煤业有限责任公司属于高瓦斯煤矿,所以瓦斯传感器的MTBF值较小。

(4) 根据现场测试结果,即使是系统中MTBF值相对较小的产品,MTBF也在10 000 h以上,如果以参考文献[7]提出的按“能实现标准中所有强制要求的最小规模的系统”来计算煤矿监控系统的MTBF,该煤矿监控系统已达到AQ 6201—2006标准提出的MTBF应不小于800 h的指标。

(5) 比较瓦斯传感器的寿命和分站的寿命发现,高瓦斯煤矿瓦斯传感器的寿命明显小于分站的寿命,低瓦斯煤矿瓦斯传感器的寿命明显大于分站的寿命。而瓦斯传感器电路部分的寿命从电路复杂性来看应该高于分站的寿命,这说明瓦斯探头的寿命大大小于电路部分的寿命,所以瓦斯传感器更换探头的设计是降低成本的可行方法,同时也说明单纯提高瓦斯传感器电路部分的可靠性必要性不大。

(6) 由于煤矿监控系统主要设备的MTBF值已经比较大,而在实验室环境下测量系统或设备的MTBF成本会比较高,或者需要投入的设备数量多,或者试验时间比较长,特别是有些煤矿井下的失效应力(比如井下电缆间感应浪涌等电磁干扰[8,9])在地面环境模拟的成本也比较高,所以笔者认为今后利用煤矿现场实际环境进行煤矿监控系统的MTBF测试是一种可行的办法。

(7) GB 5080.4标准中的方法仅适用于失效率呈指数分布的设备,所以本文中对所有单元均采用GB 5080.4标准的方法进行MTBF估算有一定的局限性。瓦斯传感器、CO传感器、风速传感器等的失效部件集中在探头上,根据失效机理分析,这些设备不具备失效率呈指数分布的特征,即不能肯定其失效率呈指数分布,所以这几个设备的MTBF估算结果可能存在一些误差,下一步将对瓦斯传感器等的失效分布规律做进一步的分析。

参考文献

[1]武永胜.浅谈矿井安全监控系统在煤矿应用中存在的问题[J].山东煤炭科技,2010(4):223-224.

[2]仲丽云.煤矿安全监控系统存在的问题及其改进探讨[J].工矿自动化,2010,36(6):92-94.

[3]梁秀荣,朱小龙.煤矿安全监测监控系统有关问题的探讨[J].煤炭科学技术,2006,34(8):69-71.

[4]邱振先.煤矿安全监测系统的可靠性问题[J].东北煤炭技术,1998(4):4-9,14.

[5]邹德蕴,施卫祖,马庆云,等.煤矿安全监控装备可靠性评价方法的研究[J].中国安全科学学报,1997,7(5):33-37.

[6]赵修霞.矿井安全监控系统可靠性研究[D].济南:山东轻工业学院,2011.

[7]邹哲强.煤矿安全监控系统可靠性指标的测定方法[J].工矿自动化,2010,36(4):1-4.

[8]邹哲强,庄捷,屈世甲.煤矿井下中低频段电磁干扰测量与分析[J].工矿自动化,2013,39(5):1-5.