一、虚拟仪器的国内外研究现状

虚拟仪器虚拟仪器是现代计算机技术和仪器技术深层次结合的产物[1]，具有性能高、扩展性强、开发时间少、无缝集成四大优势[2]，其概念最早是由美国国家仪器有限公司（National Instruments，简称NI）在 1986 年提出的，但其雏形可以追溯到 1981 年由美国西北仪器系统公司推出的Apple II为基础的数字存储示波器。从20 世纪 80 年代中期开始，微软公司 Windows 操作系统的出现，使得计算机操作系统的图形支持功能得到很大提高。1986年，美国国家仪器公司(NI)推出了图形化的虚拟仪器编程环境 LabVIEW，标志着虚拟仪器设计软件平台基本成型。国际上从 1988 年陆续有虚拟仪器产品面市，当时有五家制造商推出 30 种产品。此后，虚拟仪器产品每年成倍增加，到1994 年底，虚拟仪器制造厂已达 96 家共生产 1000 多种虚拟仪器产品，销售额达 2. 93 亿美元，占整个仪器销售额 73 亿的4%。美国是虚拟仪器的诞生地，也是全球最大的虚拟仪器制造国，生产虚拟仪器的主要厂家有 HP 公司目前生产了 100 多种型号的虚拟仪器，Tektronix 公司目前生产约 80 多种型号的虚拟仪器，此外还有 NI 公司、Keithely 公司等。

LabVIEW 作为虚拟仪器开发系统的杰出代表，在我国虽然引进的时间并不长，但是现在已经被认识和推广，它促进了中国测试领域的技术革命，在科研及教育领域都得到了迅速推广。它在许多企业、科研单位被用于产品测试和测控系统，另外，包括一些著名高校在内的许多学校不仅建立了基于虚拟仪器的实验室，而且还开设了LabV1EW 编程的课程。例如:清华大学汽车系利用虚拟仪器技术构建的汽车发动机检测系统，用于汽车发动机的出厂检验，主要检测发动机的功率特性、负荷特性等；电子部三所仪器自动计量控制系统,当系统的软件开发从Qulck BASIC 转到虚拟仪器开发平台LabVIEW上时,开发速度提高了数倍,同时整个系统的档次、可靠性以及对仪器进行计量的速度都得到很大的提高；石油科学研究院研制的小型石油精炼实验系统改用虚拟仪器开发平台LabVIEW,软件开发周期减少到一个月左右, 而整个系统的水平、灵活性、功能均上了一个档次, 在石油加工行业得到了广泛的推广应用[3]。

国内专家预测：未来的几年内，我国将有 50%的仪器为虚拟仪器，国内将有大批企业使用虚拟仪器系统对生产设备的运行状况进行实时检测。随着计算机技术、仪器技术和网络通信技术的不断完善,虚拟仪器技术将向外挂式虚拟仪器、PXI型高精度集成虚拟仪器测试系统、网络化虚拟仪器三个方向发展[4]。随着计算机技术的快速发展，虚拟仪器必将在更多、更广的领域得到应用和普及[5]。

二、磁悬浮轴承的发展历史及现状

磁悬浮的概念是由英国剑桥大学的 Eanshaw 于 1842 年提出的，同时他还证明了铁磁体不可能仅由另一个永久磁铁支承而在六个自由度上都保持自由、稳定的悬浮，必须至少有一个自由度被机械或其它约束所消除。德国的工程师 Kemper 于 1937 年申请了一项有关磁悬浮支承的专利，同年，美国的Homes 发表了《轴向磁悬浮》一文，Homes 与他的同事 Beams 等不仅研究出了一种磁悬浮系统的设计图，而且还将这一原理应用于超高速离心机上，这些都标志着磁悬浮技术的突破。

20 世纪 50 年代末,人们认识到被动的电磁力不可能使一个刚体在所有自由度上都保持稳定悬浮，因此，必须加以主动控制，以不断地调节磁场来适应刚体的运动，从而产生了主动磁悬浮技术。1957 年法国 Hispon-Suiza 公司提出了第一个完整的主动磁悬浮的技术设想，并取得了法国专利（French Patent，1186527）。从 1970 年起，磁悬浮支承就已用在卫星姿态控制的动量飞轮上，随着功率电子和数字信号处理器件的出现以及控制理论和转子动力学的进展，国际上已经成立了多家专门从事磁悬浮轴承产品研究开发的公司。1976 年成立的S2M 公司对超高速精密加工机床用的磁悬浮轴承主轴进行了系统的研究和开发，多年来，该公司已经开发了多个磁悬浮轴承产品，广泛应用于机械加工电主轴、透平液体/气体压缩机、真空泵、高速机械和发电站等。瑞士 MECOSR TraxlerAG生产的磁悬浮轴承主要应用于透平鼓风机、分子泵、气体膨胀/压缩机以及纺织锭子。1992 年成立的Revolve Magnetic Bearings Inc 在 2000 年由 AB SKF of Gouml;teborg, Sweden 收购，它是一家专门从事磁悬浮轴承产品开发的公司，其产品应用在密封马达、磨头、高速铣削、压缩机、分子泵、空调压缩机、分子泵和真空泵等。另外，还有瑞士IBAG公司，其生产70000r/min和40000 r/min两个系列的机床电主轴，刚度能达到500N/μm。2003 年 1 月，美国麦克维尔 McQuay公司经过持续两年的研发工作，在美国正式向全球发布了世界上第一台采用磁悬浮离心式压缩机的 150 吨水冷式冷水机组 WMC,转速在 20000r/min 到 30000r/min 之间，该机组提高了换热器的效率，摒弃了传统冷水机组复杂而庞大的辅助系统，机组机械传动声、气流声等噪声非常低，实现了超低噪音运行。

国内对磁悬浮轴承的研究工作起步较晚, 尚处于实验室阶段, 落后外国约20 年。1986 年, 广州机床研究所与哈尔滨工业大学首先对”磁力轴承的开发及其在FMS中的应用”这一课题进行了研究[6]。2003 年 6 月，磁悬浮应用技术研究所研制的磁悬浮干燥机已通过江苏省技术鉴定，向工业应用迈出了可喜的一步，2006 年高温磁悬浮轴承研究荣获国防科学技术一等奖。2008 年，研究所将磁悬浮技术应用于风机中，尝试研制磁悬浮鼓风机，并取得了初步成功。此外，学术专家也做了相关的研究，如电磁型磁悬浮列车动力学研究将悬浮列车和轨道作为一个整体, 就电磁力、转向架、轨道变形和控制动力学稳定性分析等方面的问题, 提出了今后研究的方向[7]；基于采用PIC单片机和霍尔传感器实现磁悬浮轴承磁场均匀性测试系统可作为一种比较实用的磁悬浮轴承磁场均匀性测量仪器向市场推广[8]，等等。国内外对该项技术的研究都取得了很大的进展，多种类型的磁悬浮轴承已经应用到国防、工业、农业等领域, 推动了科技进步。但是, 不论是在理论上还是在产品化的过程中, 该项技术都存在很多的难题, 主要表现在控制系统存在的难题和满足转子轴系动力特性引发的难题[9]。

发展趋势：1、超导磁悬浮轴承的研究。这种轴承的体积很小, 却有很大的承载能力。这方面的研究进展在很大程度上依赖于高温超导材料的进展, 近几年很难有大的突破。2、自检测磁悬浮轴承的研究。这种轴承在工业上具有很大的应用前景。3、电磁和永磁混合的磁浮轴承的研究。这种轴承在航空发动机上有很好的应用前景。4、基于全局的优化设计。5、采用各种先进的控制器和功率放大器。6、磁浮轴承的推广应用[10]。

三、磁轴承监测的国内外研究现状