不確定度在虛擬儀器測(cè)量中的應(yīng)用及其評(píng)定

摘要：虛擬儀器是指由測(cè)試軟件達(dá)到測(cè)試目的，以計(jì)算機(jī)為主要的硬件，由編程語言來定義和實(shí)現(xiàn)的，與傳統(tǒng)儀器具有相似功能的虛擬面板。虛擬儀器測(cè)試主要利用各個(gè)模塊實(shí)現(xiàn)信號(hào)采集、分析與調(diào)理從而完成信號(hào)處理的過程，進(jìn)而通過虛擬儀器的模擬面板輸出測(cè)量結(jié)果。虛擬儀器結(jié)合計(jì)算機(jī)與具有插件儀器的各個(gè)模塊進(jìn)行測(cè)量，插件儀器的頻率、電壓以及數(shù)據(jù)采集的精度等共同決定虛擬儀器的測(cè)量能力。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；測(cè)量不確定度；評(píng)定方法

中圖分類號(hào)：TH701 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1006-8937（2012）26-0044-02

虛擬儀器測(cè)量過程中，測(cè)量結(jié)果會(huì)產(chǎn)生不確定度，產(chǎn)生誤差的來源有虛擬儀器中的傳感器、信號(hào)處理模塊集成傳感器、數(shù)據(jù)處理軟件、計(jì)算機(jī)硬件等，其中的每個(gè)部分都會(huì)影響虛擬儀器的總體不確定度。集成傳感器和數(shù)據(jù)采集卡產(chǎn)生的誤差會(huì)經(jīng)過計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)處理從而產(chǎn)生不確定度。本文主要介紹不確定度在虛擬儀器測(cè)量中的應(yīng)用，影響測(cè)量不確定度的因素以及不確定度的評(píng)定方法。

1 虛擬儀器的組成以及影響測(cè)量裝置不確定度的因素

1.1 虛擬儀器的基本構(gòu)成

虛擬儀器利用計(jì)算機(jī)的軟硬件來完成各種傳統(tǒng)儀器的測(cè)試功能，其中它以計(jì)算機(jī)軟件和A/D轉(zhuǎn)換，集成傳感器實(shí)現(xiàn)測(cè)量的過程，關(guān)鍵是對(duì)電量的信號(hào)處理，當(dāng)被測(cè)量中的非電量時(shí)，要向電量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。工作中的各種模塊功能各異：首先，實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理的放大，達(dá)到容易測(cè)試的電平以及完成信號(hào)之間的切換和放大濾波的模塊是信號(hào)調(diào)理過程；然后被測(cè)量從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換過程由數(shù)據(jù)采集是實(shí)現(xiàn)；采樣過程中，虛擬儀器以DSP為處理數(shù)據(jù)的中心，進(jìn)行被測(cè)量的運(yùn)算。

1.2 虛擬儀器測(cè)量不確定度的來源

虛擬儀器的不確定度的來源要考慮到虛擬儀器的內(nèi)部構(gòu)成和處理數(shù)據(jù)的過程，而每一部分的精度因素也各不相同。注意到，由于接口的軟件和控制的軟件沒有進(jìn)行數(shù)據(jù)的計(jì)算過程，所以這兩部分不會(huì)影響不確定度。在所有影響不確定度的因素中，由于傳感器處于測(cè)試過程的最前端，因此由傳感器導(dǎo)致的不確定度的分量成為虛擬儀器總不確定度的根本因素。除了傳感器的精度是影響虛擬儀器總體不確定度的根本原因外，信號(hào)調(diào)理過程、數(shù)據(jù)采集過程和DSP都會(huì)形成虛擬儀器的誤差。但是，生產(chǎn)廠家生產(chǎn)產(chǎn)品后，會(huì)對(duì)虛擬儀器的傳感器進(jìn)行標(biāo)示，購買者要注意核對(duì)不確定度值，并選擇符合不確定度要求的傳感器。由于在傳感器中含有電量轉(zhuǎn)換電路，所以在非電量的測(cè)試時(shí)，會(huì)產(chǎn)生較大的誤差和不確定度。不論是電量測(cè)試還是非電量測(cè)試，都需要數(shù)據(jù)采集過程。因此，數(shù)據(jù)采集卡的精度也會(huì)影響到虛擬儀器不確定度。

2 虛擬儀器不確定度的評(píng)定

由以上虛擬儀器的工作原理和基本構(gòu)成可以知道，評(píng)定虛擬儀器測(cè)試的不確定度比傳統(tǒng)儀器的不確定度的評(píng)定更加復(fù)雜。因此，在評(píng)定虛擬儀器的總體不確定度時(shí)，要對(duì)其中影響因素的各項(xiàng)的標(biāo)準(zhǔn)不確定度進(jìn)行分別評(píng)定，再對(duì)總的合成不確定度進(jìn)行分析。其中評(píng)定方法分為A類評(píng)定和B類評(píng)定。

2.1 A類評(píng)定方法

3 研究虛擬儀器不確定度的意義

隨著科技的發(fā)展，新一代的具有先進(jìn)技術(shù)的虛擬儀器越來越被人們所接受，目前，工業(yè)、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)和國防等均普遍應(yīng)用了虛擬儀器。虛擬儀器具有傳統(tǒng)儀器所沒有的功能和優(yōu)點(diǎn)，具有成本低、適用范圍廣、可以重復(fù)性強(qiáng)的特點(diǎn)；與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器方便攜帶，適合于野外作業(yè)等特殊環(huán)境；在生產(chǎn)方面，通過虛擬儀器模擬測(cè)量數(shù)據(jù)，可以節(jié)省材料、提高工作效率。因此，虛擬儀器在現(xiàn)代社會(huì)中被廣泛采用。與此同時(shí)，虛擬儀器的誤差和精度也顯得尤為重要。虛擬儀器由計(jì)算機(jī)的軟硬件構(gòu)成，每一步處理數(shù)據(jù)都可能會(huì)產(chǎn)生誤差，只有在各部分的誤差和整體誤差在有效得范圍內(nèi)時(shí)，測(cè)量結(jié)果才是有效可靠，才會(huì)避免一些錯(cuò)誤的產(chǎn)生，使工業(yè)生產(chǎn)和科研能夠有效進(jìn)行。因此要對(duì)虛擬儀器的不確定度進(jìn)行評(píng)定和驗(yàn)證，找出虛擬儀器過程中的各部分的不確定度和整體不確定度。對(duì)于一些超出誤差的部分，要及時(shí)進(jìn)行合理地調(diào)試、校驗(yàn)，從而保證測(cè)試的順利進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 錢紹圣.測(cè)量不確定度:實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理與表示[M].北京:高等教育出版社，2002.