秦树人——重庆大学教授

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科研成果：

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论文专著：

出版著作

发表的中文论文

1. 现代测试测量及仪器技术的发展

2. 机床传动链误差分析与故障诊断

3. 虚拟测试仪器的创新研究

4. 21世纪的仪器系统——智能虚拟控件

5. 智能控件化虚拟仪器的模型化开发

6. 大型齿轮传动系统动态测量技术的重要发展

7. 一种新型齿轮机床传动链动态精度检测与数据处理系统

8. 高速小型传动链动态精度测量系统的研究

9. 岩石模型：机械系统大型测试仪器库

10. “岩石模型”大型虚拟仪器库开发系统

11. 虚拟仪器——测试仪器从硬件到软件

12. 虚拟仪器及其最新发展

13. 集成测试技术与虚拟式仪器

14. 基于Pc总线虚拟动态测试分析仪软件的设计

15. 基于动态路由层次消息总线的虚拟仪器开发系统架构的研究

16. 触发式相位测量的误差分析

17. 基于FFT的虚拟实时噪声倍频程分析仪

18. 基于：FFT的虚拟式轴心轨迹分析仪

19. 虚拟式小波变换信号分析仪的设计及应用

20. 虚拟式多通道温度测试仪

21. 基于虚拟仪器的预测维修系统的研发

22. 基于ICA的消噪方法在旋转机械特征提取中的应用

23. 利用高速数据卡开发虚拟通信测试仪

24. 无转速计旋转机械升降速振动信号零相位阶比跟踪滤波

25. 旋转机械阶比分析技术中阶比采样实现方式的研究

26. 虚拟仪器中的科学计算可视化系统

27. 基于PDA的虚拟仪器技术研究

28. 基于DSP技术的虚拟式FFT频谱分析仪

29. 虚拟式旋转机械振动信号特征分析仪

30. 基于虚拟仪器的监测记录仪的设计

31. 网络虚拟仪器的一种新构架

32. 基于Web的网络化频谱分析仪

33. 基于虚拟仪器技术的生物医学仪器系统

34. 嵌入式仪器上的Linux系统开发

35. 虚拟仪器系统中的误差分析和修正

36. 虚拟式噪声分析仪中的数字计权和系统误差修正

37. 多测头法补偿圆分度误差的理论与应用

38. 重分配谱图和多窗谱在机械故障诊断中的应用

39. 基于独立分量分析的消噪方法在旋转机械特征提取中的应用

40. 脑电信号的现代分析方法

41. 关于DFT中的延拓原理及计算结果物理意义的一些讨论

42.一项具国际先进水平的小波理论应用成果

43.信号处理中的小波分析

44. 小波分析突发故障中小波基的选择

45. 小波基和它对一维信号的直接分解（I）

46. 小波基和它对一维信号的直接分解（Ⅱ）

47. 小波变换对突变信号峰值奇异点的精确检测

48. Windows环境下信号分析系统的设计

49. Hilbert—Huang变换中的理论研究

50. 基于瞬时频率估计及时频滤波的阶比分量提取

51. 时频分析阶比跟踪技术

52. 基于变窗移傅里叶变换实现旋转机械振动信号转速谱阵的算法研究

发表的英文论文

1. Integrated testing technology and virtual instrument

2. Intelligent virtual controls——new concept of Virtual instrument

3. Intelligent virtual controls——the measuring instrument from whole to part

4. Research on software architecture of reusable：intelligent virtual controls

5. The instrument of wavelet transfoITn for signal processing

6. .Measurement system for wind turbines acoustic noise assessment based on IEC standard and Qin’s model

7. .Research on the unified mathematical model for FT.STFT and WT and its applications based on IEC standard and Qin’S model

8. A new envelope algorithm of Hilbert—Huang Transform

9 . Research on iterated Hilbert transfornl and its application in mechanical fault diagnosis

10. The method of QMF in wavelet analysis and its application signals

11. The unified mathematical model of transform in signal processing

12. Sampling principle and technology in wavelet analysis for signals

13. The order tracking of rotating machinery based on instantaneous frequenCv estimation

14. The new intelligent instrument for measuring driving accuracy of gear drive train

15. Research of dynamic characteriatic for transmission system

16. A new precision testing and data processing system of gear cutting maching drive chain

 

荣誉奖励：

国家级、省部级科技奖励

荣誉称号

 

学术交流：

参加国际和台港会议及学术交流一览表

 

媒体报道：

精勤不倦 傲迎一个又一个科技的春天

日期：2009年5月20日 作者：本刊记者 周宏梅

“虚拟仪器为现代仪器技术掀开了新的一页” ——王大珩院士为秦树人的题词

——记重庆大学测试理论与测试仪器专家秦树人教授

“通过对秦教授负责的国家863项目的验收，使我看到我国虚拟仪器已经进入了产业化的实施阶段。

我为秦树人教授所取得的成绩高兴，为我国有了自主知识产权的虚拟仪器产品而高兴。秦树人教授在研究工作中，不断进取、锐意创新，他10余次获得国家级、省部级奖励和10余项专利，出版了10余部学术著作和教材，发表了200余篇学术论文，是一位在国内外享有一定知名度的著名学者，他多年来的研究工作为我国测试测量技术的发展作出了很大贡献！” ——叶声华院士为秦树人教授的执着与进取赞叹。

秦树人教授于1999年在国家自然科学基金委主持的“21世纪仪器仪表研讨会”上首次提出“智能虚拟控制件”的概念，同年他又相继提出“智能控件化虚拟仪器的形成”与“虚拟仪器拼搭场”的概念，自此“智能虚拟控件和控件化虚拟仪器”在内容和形式上形成了完整的模式，称为“秦氏模型”。按照“秦氏模型”的思想建立起的“智能控件化虚拟仪器”是一种新的仪器模式，它使虚拟仪器的设计与制造进入了一个新的阶段，控件化的虚拟仪器必将成为虚拟仪器的重要发展方向。经过坚持不懈的努力，2004年他和他的团队荣获了国家科技进步二等奖。他丝豪不在已有的成绩面前止步，2005年他又提出“岩石模型”的思想。“岩石模型”是对“秦氏模型”的继承与深入发展，通过对“秦氏模型”智能虚拟控件再深层次地集成，创立一个深度集成的复杂功能系统——“有界无限的巨型仪器库”，这是虚拟仪器发展中的又一新的里程碑！

秦树人教授在几十年的刻苦科研探索中提出了一系列真知灼见和原创思想，凝聚着他的严谨、坚强、敏锐与对科学事业的无限热爱。从他取得的累累硕果中，我们看到了一位崇高的科研工作者与奉献者。

秦树人教授长期从事测试技术、智能仪器和虚拟仪器等方面的研究和开发，先后取得20余项成果，获得国家科技进步一、二、三等奖以及省部级科技进步奖共14项；获得发明专利5项、出版学术专著和高校教材共10部著作；在国内外发表论文253篇，培养博士生20余人、硕士生50余人。近几年来，秦树人教授主要从事虚拟仪器的研究和开发，主持研制成功50余种国产虚拟测试仪器。

他的创新研究成果“智能虚拟控件”在国家自然科学基金委重点项目的验收中被评为A级。

针对当今发展和制造技术快速进步引发的许多新型测量问题，秦教授认为当前第一要务应着力推动传感器、测试测量仪器的研究与发展，促使测量技术领域不断出现新原理、新技术、新装置系统。

对未来的测试测量及仪器技术的发展，秦教授指出，我国的测量计量技术基础薄弱，和发达国家存在明显差距，尤其在新型测试技术及仪器设备领域中还有较大差距。针对这样的问题和发展趋势，秦教授认为：着力加大科研投入，重视基础研究，紧密联系工程应用，相信在不久的将来我国测试测量技术及相关领域定可获得快速的发展。

（出处：《科学中国人》2009年第五期）

我国虚拟仪器的研发和生产呈现广阔前景

国家科技进步二等奖获得者重庆大学测试中心秦树人教授

新华社记者：秦教授祝贺您。您主持的国产虚拟仪器系列产品获得了2004年国家科技进步二等奖的殊荣，这真是一个了不起的成绩！

 

问：秦教授，虚拟仪器是一项新技术，有许多人对它还很陌生，您能告诉我们什么是虚拟仪器？它与传统仪器相比，它有什么特点吗？

答：虚拟仪器（Virtual Instrument，简称VI）是虚拟技术在仪器仪表领域中的一个重要应用。它是日益发展的计算机硬件、软件和总线技术在向其它技术领域密集渗透的过程中，与测试技术、仪器仪表密切结合，共同孕育出的一项新的成果。20世纪80年代，美国国家仪器公司（National Instruments Corporation，简称NI）率先提出了“虚拟仪器”的概念，指出虚拟仪器是由计算机硬件资源、模块化仪器硬件和用于数据分析、过程通讯及图形用户界面的软件组成的测试系统，是一种由计算机操纵的模块化仪器系统。如果需要作进一步说明，则虚拟仪器是以计算机作为仪器统一的硬件平台，充分利用计算机独具的运算、存储、回放、调用、显示以及文件管理等基本智能化功能，同时把传统仪器的专业化功能和面板控件软件化，使之与计算机结合起来融为一体，这样便构成了一台从外观到功能都完全与传统硬件仪器一致，同时又充分享用计算机智能资源的全新的仪器系统。由于仪器的专业化功能和面板控件都是由软件形成，因此国际上把这类新型的仪器称为“虚拟仪器”。有的资料上甚至直接将虚拟仪器这种形式称为“软件即仪器”。

与传统仪器相比较，虚拟仪器具有很多优点和特点，其中最主要的是传统硬件化仪器是一个封闭系统、灵活性，扩展性差；反之虚拟仪器是一个开放系统，具有很强的灵活性、扩展性和集成性，更重要的是传统仪器，特别是高端仪器价格昂贵，与同类仪器比较虚拟仪器价格可低几倍至几十倍！有的特别高端的仪器——例如小波信号分析仪，由硬件实现现非常困难，而制造一台虚拟式小波信号分析仪则比较容易。

问：传统仪器的生产都有一个生产车间，而虚拟仪器的生产车间（或开发平台）就是PC机和开发平台，当前有哪些流行的虚拟仪器开发平台？

答：自NI公司推出虚拟仪器以来，世界各国著名的仪器公司也相继推出了一些虚拟仪器的开发平台软件。用户利用这些开发平台软件使可以组建自己需要的虚拟仪器或测试系统。最早的并具有较达影响的开发平台软件是NI公司的Lab VIEW和Lab Windows/CVI平台软件。之外，还有美国Agilent公司的VEE平台软件，美国Tektronix公司的Ez-Test和Tek-TNS平台软件，美国HEM Data公司的Snap-Master平台软件以及DasyLab、DT Measure FOUNDRY、SoftWIRE、TestPoint平台软件等等。

问：LabVIEW等开发平台有什么特点？

答：LabVIEW等开发平台，是一类图形编程，是目前世界上流行很广。这些开发平台软件和所有的程序语言一样，都是一种程序设计语言，都具有各种数据类型，类型、结构、循环和选择等语法，因此使用它的设计人员不仅需要熟悉工程测试的内容和方法，同时还要学会使用这一语言编程。显然这是一种外延丰富、用户需要有较多参与性的平台如果将这一系统面向普通的、没有经历过仪器设计制造的使用者就会有一定困难，可以LacVIEW平台应该项说主要还是面向有一定素养或专家的一种中间产品。

问：国内在虚拟仪器开发平台的研究方面有什么进展？国内外在这一领域的竞争情况如何？

答：由于国内在这一领域起步较晚，人们对虚拟仪器还有进一步了解和认识，从目前的资料显示，国内还主要是高等院校和某些研究院所在利用LabVIEW系统开发一些特定工程测试项目。其它部门虽然也有采用的，但相对而言用户数量比较少。重庆大学测试中心经过多年的积累，开发了14大类共50余种具自主知识产权的虚拟仪器的最终产品，在国内27个省市的大学、院所和部分工厂得到了推广应用。但就总体而言，我国的这项技术迄今还没有什么明显规模的投资，因此国产虚拟仪器真正实现产业化、建立有规模的现代化工厂还有较长的路要走。

问：现在测试仪器库中已有多少可供用户选择的功能模块？它们都适用于哪些领域？

答：在现在的仪器库中已有记录、示波、单、双通道FFT、小波分析、测温、控温、扭矩功率、机械效率、音频、噪音、轴心轨迹、设备预测维护、旋转机械等测试分析仪器。这些虚拟仪器可广泛用于机械、电子、能源、交通、航空航天、石油、化工、环保、轻工以及国防、科研、教学等全方位的领域。

问：有哪些因素会影响到虚拟仪器的性能？

答：准确地说是影响虚拟仪器系统的精度和性能。影响虚拟仪器系统精度和性能的因素主要有传感器的精度、线性度和温漂、信噪比等指标；传输线缆的抗衰减性和电子干扰等性能；信号调理电路的模拟带宽、A/D转换芯片的分辨率（8、12、16、24bit）和最高采样率、数字芯片的带宽以及存储深度、传输总线的性能；计算机系统、操作系统软件的可靠性和稳定性，虚拟仪器软件的稳定性和计算处理精度和实时性等等。因此要作出一台高精度、高性能的虚拟仪器，不仅需要高超的软件编程技术，同时对传感器、调理器和A/D卡和计算机本身的性能都要有相应的高要求才能达到目的。

问：虚拟仪器开发生产出来后，如何确定它的精度和性能是否符合要求？有什么标准？是不是需要一台硬件仪器作为参照？

答：我是这样看的，虚拟仪器首先是一台仪器，是一台软件化的仪器，然后它当然也是一套软件。对外，我们是以现行硬件同类仪器的标准来度量和测定它的，也就是你刚才所说的用硬件仪器作为参考，不过作为参考的这台仪器必须是公认的、符合现行标准的、高性能、高精度的仪器。作为软件，我们在研制开发过程中，是按照软件设计的思路规划、设计和测试的，用这样的方法来保证软件在相应平台上的正确、安全、稳定的运行。

问：虚拟仪器的功能和面板控件既然是用软件来实现的，那么是否也存在受计算机病毒的威胁？

答：这种可能是存在的，毕竟计算机和操作系统是虚拟仪器的平台，因此它也可能受到病毒的侵害。当然可以采取防病毒的措施，例如仪器启动后不允许执行常规的Windows等软件，不允许回到操作系统界面等等。不过这样做便限制了作为虚拟仪器硬件平台的计算机的应用范围，使计算机成为一个专用平台。

问：虚拟仪器作为一种特殊的应用软件，它的知识产权如何界定和保护？

答：在国外、软件和仪器两方面都可以取得专利等；在国内，软件目前还只实行作品登记制度，而对虚拟仪器这类特殊的软件，我认为应该主要把它作为仪器的知识产权来保护。

问：虚拟仪器技术的应有范围如何，有哪些应用前景？

答：虚拟仪器在发达国家应用得十分普遍电子、石化、冶金、机械、航空航天、能源、科研和教学等领域以及与人们的生活息息相关的许多其他领域，如电信、医学等方面都得到了广泛应用。在国内，虚拟仪器也逐步取得认可，近年来也出现了虚拟仪器在若干领域中的成功应用。例如在动态信号分析、网络教育、计算机模拟仿真、CAI技术、通信测试技术等方面虚拟仪器都应用得比较成功。

这里特别要着重说一下虚拟仪器对高等学校实验室的应用。高等学校特别是理工科学校，教学、科研需要大量的测量分析仪器设备，特别是实验教学，每种仪器都必须配置多套，但是有的仪器价格昂贵，因此实验设备所需的投资巨大，一般学校很难承受，造成不少学校仪器设备缺乏或陈旧等现象，严重影响教学和科研的进行。如果应用虚拟仪器，情况就大不一样了。例如，目前国内有二百多个单位和大学共购买了3000多台QLV型虚拟仪器和200多套ZK-3VIC型、ZK-4VIC型虚拟测试振动与控制实验装置，这些学校只花很少的经费就装备起可供几十位学生同时进行信号处理、机械参量测试、噪声测试和振动测试等实验。因此虚拟仪器对高等学校而言是一种价廉物美的实验和科研仪器装置。

问：虚拟仪器的发展趋势如何？它最终在仪器市场中的份额能占多大？

答：随着计算机和计算机网络的迅速发展，网络速度不断提高，利用现在的Internet网络组建网络测试系统是今后虚拟仪器技术发展的一个趋势，这也是测试仪器发展中一个质的飞跃。

网络化虚拟仪器也称为虚拟仪器网络化，其一般特征是指将虚拟仪器、昂贵的外部设备、被测试点以及数据库等资源纳入网络，实现资源共享，使设备投入资金更少，科研人员可以在任何地点、任何时间获得测量信息或数据。

网络虚拟仪器可以在距离测量系统、测量数据发布系统、企业级测试系统等方面大力应用。例如远程医疗、网络教育、远程设备监测和故障诊断等等。从学校实验教学的角度看，一台网络化测试仪器就像一台网络打印机一样同时为许多学生服务，可以大大提高仪器的使用率。从工业应用看，设备工程师可在办公室通过网络虚拟仪器对生产现场进行远程集中监控，使他们能准确及时地了解设备的运行状态，为安全、高效生产提供可靠保障。

至于虚拟仪器的市场份额，“国际自动化仪表”杂志有署名认为虚拟仪器最终将在测控仪器中占据50%的份额！这显示出虚拟仪器具有巨大的前景。

问：虚拟仪器与传统仪器在价格上有多大的优势？

答：虚拟仪器比同类传统硬件仪器，特别是复杂、高端的仪器在价格上有很大的优势，有的可以相差几十倍！这是因为虚拟仪器以软件为核心，计算机和统一为硬件平台的仪器系统，故可以大幅度降低成本。如一台FFT分析仪，国产硬件仪器价格在8万元~10万元，进口仪器价格在15万元~80万元之间，而虚拟式FFT分析仪售价不到1万元，比同类硬件仪器便宜许多倍，其它各种高端虚拟仪器的价格与同类硬件仪器比较，基本上都要便宜十~几十倍，具有很高的性能价格比。

问：为什么说采用虚拟仪器，个人可拥有一个实验室不是梦？

答：这是因为虚拟仪器，特别是高端的虚拟仪器比同类的传统硬件化仪器要便宜很多，便宜的程度使许多个人也能买得起；其次是个人计算机是虚拟仪器主要平台，这就意味着凡有PC机的人中，有一部分人只要他愿意就可以实现拥有一个实验室的梦想。