分析虛擬儀器在計量測試中的應(yīng)用

李慶芝

[摘要]隨著電子技術(shù)、計算機技術(shù)和軟件技術(shù)等技術(shù)的高速發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)也得到了快速的發(fā)展，并廣泛應(yīng)用在電子測量、故障診斷、通信機電等各個領(lǐng)域。本文簡單明了地闡述了虛擬儀器在計量測試中的應(yīng)用。

[關(guān)鍵詞]虛擬儀器，計量測試，應(yīng)用

1.引言

虛擬儀器就是在以計算機為核心的硬件平臺上，由用戶設(shè)計定義的具有虛擬界面，并由測試軟件來完成測試功能的一種計算機系統(tǒng)。虛擬儀器的實質(zhì)是利用計算機的顯示器模擬傳統(tǒng)儀器的控制面板，以多種形式顯示檢測結(jié)果；利用計算機的應(yīng)用軟件實現(xiàn)信號的采集、調(diào)整，并完成測試功能的計算機系統(tǒng)[1]。操作者利用鼠標(biāo)和鍵盤對虛擬儀器面板進行操作，就如同使用一臺專用的測量儀器。因此虛擬儀器可以總結(jié)為：信息采集、算法軟件和顯示界面三部分。

總之虛擬儀器技術(shù)是當(dāng)前主流技術(shù)的集成者，虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用開拓了測試儀器領(lǐng)域的里程碑。

2.虛擬儀器的基本構(gòu)成和工作方式

虛擬儀器是充分利用計算機技術(shù)，并可由用戶自己設(shè)計、自己定義的儀器。它通常包括計算機、儀器模塊硬件和應(yīng)用軟件三部分組成。

應(yīng)用軟件系統(tǒng)是虛擬儀器的核心部分。虛擬儀器通過應(yīng)用軟件將計算機硬件資源與測量儀器有機地融為一體，從而把計算機強大的數(shù)據(jù)處理能力和測量儀器的測量、控制能力結(jié)合在一起，并通過應(yīng)用軟件實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的顯示、存儲以及分析處理等。虛擬儀器可在計算機上完成信號的分析與處理，并將處理結(jié)果顯示到虛擬界面上。

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展和所采用總線方式的不同，虛擬儀器可分為PC總線一插卡型、并行口方式、GPIB總線方式一種類型。但是無論哪種類型的虛擬儀器系統(tǒng)，都是通過應(yīng)用軟件將硬件設(shè)備搭載到PC機或是工作站等各種計算機平臺上，實現(xiàn)計算機全數(shù)字化的采集、測試和分析。

在計量測試系統(tǒng)中應(yīng)用先進的虛擬儀器技術(shù)，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)采用先進的VXI總線結(jié)構(gòu)或主流的PXI總線結(jié)構(gòu)，以及SCXI信號調(diào)整組件，應(yīng)用軟件采用測控領(lǐng)域廣為流行的LabVIEW圖形化開發(fā)平臺和模塊化結(jié)構(gòu)應(yīng)用軟件設(shè)計，具有硬件可靠性高，擴充性強；模塊化軟件結(jié)構(gòu)、可移植性強等 優(yōu)點。

3.虛擬儀器在計量測試中的應(yīng)用

3.1虛擬儀器功能多樣化，因此它不僅適用于單獨頒發(fā)一本涵蓋所有功能的檢定規(guī)程，一旦頒發(fā)，很容易與之前的單一功能的檢定規(guī)程在內(nèi)容設(shè)置上出現(xiàn)重復(fù)。虛擬儀器的最大特點是它本身就是側(cè)重于測試結(jié)果即測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，而不注重于測試的形式手段。綜合以上的特點，可以把虛擬儀器的功能總結(jié)為功能掛靠，有據(jù)依據(jù)，無據(jù)參考。虛擬儀器在計量測試中要視不同情況處理。若被測的功能模塊與之前的傳統(tǒng)儀器相同，那么就可以直接參考之前的計量規(guī)程，比如失真度測試模塊，信號發(fā)生器模塊等；若被測的功能模塊，缺乏相應(yīng)技術(shù)法規(guī)，那么可以考慮參考之前儀器制造廠商提供的相關(guān)檢測手段，參考指標(biāo)，如信納測試等；若是遇到FFT分析的類似情況，就應(yīng)當(dāng)采用功能掛靠的方式，掛靠于動態(tài)信號分析儀的計量規(guī)程，參考該規(guī)程提供的方法，對虛擬儀器進行模擬測試。

3.2明確虛擬儀器實驗室標(biāo)準(zhǔn)，保證虛擬儀器測試方面的效率。虛擬儀器并不是單一功能模塊組成，它包括眾多功能模塊，例如信號發(fā)生器、示波器、失真度測試、信納模塊等模塊，在實驗室做測試的時，需要全面了解每個模塊的功能[2]，才能確定實驗室實踐之前需要哪些實用模塊，需要注意的是，同一型號的儀器需要的模塊功能可能大不相同，但無論怎么選擇都要立足于客戶的現(xiàn)實需求，因此虛擬儀器實驗室標(biāo)準(zhǔn)就是立足于實現(xiàn)，了解客戶需求，選擇合適的測試模塊，才能滿足客戶的實際應(yīng)用需求。

3.3加強軟件管理，保證計量的過程和結(jié)果安全可靠。良好的虛擬儀器性能能夠確保測試計量的準(zhǔn)備性，它的性能主要包括了高精度，高性能的硬件模塊和軟件算法。一般情況下，只要能保證這樣的硬件性保障，保證軟件算法不變，性能會保持穩(wěn)定的狀態(tài)，確保計量的順利成功。但也要謹(jǐn)防測量過程中出現(xiàn)人為修改，一旦出現(xiàn)修改，數(shù)據(jù)就不能保證能夠得出相同的結(jié)果，才能確保計量的結(jié)果的可信性和可靠性。另一方面目前網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)很多的不安全的因素，例如計算機病毒、黑客攻擊等常見的問題，所以軟件的管理還要融入測試技術(shù)，通過這方面的軟件實時監(jiān)督管理系統(tǒng)，防止數(shù)據(jù)庫、相關(guān)記錄被修改，或者防止來自外部的攻擊。因此軟件的安全管理不可怠慢，應(yīng)當(dāng)建立健全監(jiān)督管理的長效機制，采用一機專用。在實際應(yīng)用中就出現(xiàn)過機器中病毒而導(dǎo)致計算機的中央處理器利用率不斷增大直到死機的情況，因此軟件的安全管理是不能忽視，必須要嚴(yán)格對待的問題。

4.虛擬儀器在計量測試中存在的問題

由于當(dāng)前計量法規(guī)還不健全，虛擬儀器作為計量測試中的新生技術(shù)已經(jīng)成為一個急需解決的問題。因此在實際的計量測試中，還應(yīng)當(dāng)注意下面幾個問題：

（1）虛擬儀器是軟硬件的集合體，是一個整體，如將這個系統(tǒng)進行隔離測試，不僅繁瑣，同時也不能彰顯軟件的核心地位。

（2）在功能模塊的測試中應(yīng)當(dāng)避免重復(fù)測試。

（3）為了保證虛擬儀器的測試數(shù)據(jù)的有效性和準(zhǔn)確性，應(yīng)在測試之前對被儀器的應(yīng)用范圍、應(yīng)用功能、儀器性能指標(biāo)有明確的了解，不然很難保證測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性。

5.總結(jié)

簡而言之，隨著虛擬儀器在計量測試領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，虛擬儀器技術(shù)將會更多的在計量各專業(yè)領(lǐng)域的國家基標(biāo)準(zhǔn)和測量系統(tǒng)中得到應(yīng)用[3]，虛擬儀器的卓越計算能力和巨大數(shù)據(jù)吞吐能力必將使其在計量測試與控制系統(tǒng)等領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。

6.參考文獻

[1]徐軍.虛擬儀器在計量測試中的應(yīng)用[J].天津：信息系統(tǒng)工程，2013.1.20。

[2]黃吉濤，周倫彬，馬博群.虛擬儀器在計量測試中的應(yīng)用[J].成都：中國測試技術(shù)，2008.5。

[3]于梅.虛擬儀器技術(shù)在計量測試技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的展望[J].北京：中國計量，2004.4。