虛擬儀器技術(shù)及其在航空測試領(lǐng)域中的應(yīng)用

周強(qiáng)　劉建輝　龔川森　杜小陽

摘 要：隨著我國計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，此項(xiàng)技術(shù)已經(jīng)無法脫離人們的生活和工作。尤其在航空測試領(lǐng)域，對測試設(shè)備的要求不斷提高，以滿足航空事業(yè)基本的發(fā)展需要。計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用范圍更是極其廣泛，其中虛擬儀器技術(shù)作為信息化的新興技術(shù)在各個領(lǐng)域被廣泛運(yùn)用。虛擬儀器的信息化、智能化的特點(diǎn)已經(jīng)完全取代了傳統(tǒng)意義的儀器，亦對未來測控系統(tǒng)的發(fā)展方向起著引導(dǎo)作用。文章主要以虛擬儀器技術(shù)為研究主線，探究其基本概念和在航空測試領(lǐng)域中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器技術(shù)；航空領(lǐng)域；測試

前言

計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展包括軟件和硬件，計(jì)算機(jī)技術(shù)穩(wěn)步發(fā)展的必要前提是軟件與硬件技術(shù)的不斷結(jié)合。唯有共同發(fā)展才會對社會進(jìn)步有著不可估量的作用。美國在20世紀(jì)80年代成功研制出虛擬儀器，并將虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用到儀器設(shè)計(jì)中，使人們更大膽地提出設(shè)想并付諸實(shí)踐，最終成就了儀器領(lǐng)域的重大改革。虛擬儀器憑借著其靈活性和可維護(hù)性占據(jù)著無可比擬的優(yōu)勢，為測試人員提供便捷的測試環(huán)境，使得測試人員僅僅需要通過對測試平臺的簡單操作，便可以迅速完成相應(yīng)的測試任務(wù)。

1 虛擬儀器簡介

我國虛擬儀器發(fā)展起步較晚，其概念在1986年首次被提出，虛擬儀器的基本思想是通過對虛擬儀器軟件的分別執(zhí)行，從而構(gòu)成不同的儀器，方便了測試工作的靈活完成，實(shí)現(xiàn)對測試功能的完全由用戶自定義設(shè)定，當(dāng)然，此種功能的實(shí)現(xiàn)無法脫離對其起到支持作用的硬件平臺。虛擬儀器與傳統(tǒng)儀器相比較具有相當(dāng)大的區(qū)別，虛擬儀器具備虛擬儀器面板，可以由用戶自行定義，主要以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)，通過編寫好的應(yīng)用程序，使得各個功能模塊與計(jì)算機(jī)相互結(jié)合。操作者可以通過友好的圖形界面實(shí)現(xiàn)對計(jì)算機(jī)的控制，從而完成對測量數(shù)據(jù)的采集等功能。所謂虛擬儀器技術(shù)無疑是計(jì)算機(jī)技術(shù)與儀器技術(shù)的完美結(jié)合，將原本需要硬件完成的數(shù)據(jù)分析、處理與現(xiàn)實(shí)的功能轉(zhuǎn)化為通過計(jì)算機(jī)來實(shí)現(xiàn)。虛擬儀器技術(shù)將分配不同測量功能的軟件以相應(yīng)的任務(wù)，對所采集的信號數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理、和記錄，進(jìn)而取代傳統(tǒng)的測試系統(tǒng)。迄今為止，虛擬儀器仍然由硬件和軟件兩部分組成，在硬件搭建好后，通過不同的軟件分配不同功能的實(shí)現(xiàn)。隨著計(jì)算機(jī)語言的飛速發(fā)展，現(xiàn)今多數(shù)公司均推出了以C語言為編程基礎(chǔ)的軟件，以適應(yīng)不同水平的用戶。采用C語言為編程基礎(chǔ)不僅方便了用戶的編程，更適合不同的測試領(lǐng)域。虛擬儀器集計(jì)算機(jī)硬件資源、儀器與測試系統(tǒng)硬件資源和虛擬儀器軟件資源于一體，是計(jì)算機(jī)硬件、軟件和總線技術(shù)向其他相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域逐漸滲透的過程與先進(jìn)的儀器技術(shù)深入結(jié)合的產(chǎn)物[1]。

2 航空電子測試系統(tǒng)簡介

航空電子測試系統(tǒng)作為飛機(jī)的重要組成部分之一，其功能的好與壞直接影響著飛機(jī)的性能，與飛機(jī)的每一種能力息息相關(guān)，其技術(shù)水平的高低是決定飛機(jī)性能優(yōu)劣的關(guān)鍵因素。航空電子測試系統(tǒng)與傳統(tǒng)及其區(qū)別在于其對自動化的概念做了更好的詮釋。由于航空電子產(chǎn)品一般功能較為復(fù)雜，往往相同類型的產(chǎn)品測試方法不同，需測試人員對每種儀器的測試方法和步驟進(jìn)行學(xué)習(xí)和總結(jié)。航空電子測試系統(tǒng)的組成異常復(fù)雜，人們通常會將航空測試系統(tǒng)想象為大型的分布式虛擬儀器，只是虛擬儀器在設(shè)計(jì)過程中需要考慮其具體的硬件實(shí)施。航空電子測試系統(tǒng)工作時首先需要確定接口形式，以確認(rèn)所選擇的接口卡是否具有設(shè)備驅(qū)動程序。首先，確定應(yīng)用程序所采用的編程語言，并根據(jù)用于需要編寫應(yīng)用程序。最后，對應(yīng)用程序進(jìn)行調(diào)試和運(yùn)行[2]。

3 航空測試領(lǐng)域中虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用

3.1 航空發(fā)動機(jī)穩(wěn)定性測試中對虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用

航空發(fā)動機(jī)穩(wěn)定性測試系統(tǒng)有著不可比擬的重要性。虛擬儀器較傳統(tǒng)儀器相比，其硬件設(shè)施更加簡單。方便、靈活的構(gòu)建方式成為虛擬儀器技術(shù)在與其他儀器競爭中的最大優(yōu)勢。實(shí)現(xiàn)用戶對儀器的自定義功能。虛擬開發(fā)平臺提供了大量的函數(shù)庫，所采集到的信號經(jīng)過處理后被輸入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)將信號進(jìn)行數(shù)字化的處理，從而得到更加實(shí)用的測試結(jié)果，最后以數(shù)字形式顯示，或者以指針儀表等方式輸出測試結(jié)果。虛擬儀器開發(fā)平臺主要為虛擬儀器提供編程環(huán)境，相對于普通程序語言能夠提高時效，節(jié)省編程的時間。虛擬儀器平臺具有極為豐富的函數(shù)庫以及強(qiáng)大的接口功能，可以使編程者更容易設(shè)計(jì)出適合測試瀉藥的儀器。在采集信息時，外部環(huán)境與多個通道間的相互影響均會對所采集的數(shù)據(jù)造成干擾，從而出現(xiàn)干擾信號，而虛擬儀器技術(shù)充分考慮到此方面的影響，在必要時對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波處理，為數(shù)據(jù)的有效性提供保障，亦使測試結(jié)果更加準(zhǔn)確。虛擬儀器技術(shù)的實(shí)現(xiàn)使得航空發(fā)動機(jī)穩(wěn)定性測試的發(fā)展向前推進(jìn)，使得系統(tǒng)具備了構(gòu)成簡單、功能齊全的優(yōu)勢。用戶可以隨時對控制面板進(jìn)行更改，以滿足自身需要，不僅使開發(fā)周期縮短，更加便于工作人員對測試系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)或調(diào)試。

3.2 導(dǎo)彈測試設(shè)備中虛擬儀器技術(shù)的應(yīng)用

導(dǎo)彈的研制、使用過程均十分嚴(yán)謹(jǐn)，不容許有任何細(xì)微的疏忽，為了保證研制進(jìn)度和部隊(duì)使用的可靠性，對其使用到的測試設(shè)備更有著嚴(yán)格的要求?，F(xiàn)如今，虛擬儀器技術(shù)在研制導(dǎo)彈、使用導(dǎo)彈的過程中得到普遍的應(yīng)用，并展現(xiàn)出了極為廣泛的應(yīng)用前景。隨著科技水平的進(jìn)步，導(dǎo)彈的研制水平逐步提高，技術(shù)愈發(fā)的復(fù)雜，對導(dǎo)彈測試設(shè)備也提出了更高的要求，經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展必然要求測試系統(tǒng)的研制更加快速和高效，并且應(yīng)該具有自動測試、數(shù)據(jù)記錄的功能。而傳統(tǒng)的測試設(shè)備已經(jīng)無法滿足導(dǎo)彈的發(fā)展需求。在對準(zhǔn)確率有著較高要求的導(dǎo)彈測試系統(tǒng)中，虛擬儀器測試系統(tǒng)強(qiáng)大的分析能力正迎合了導(dǎo)彈系統(tǒng)的發(fā)展。虛擬儀器技術(shù)較好的滿足了導(dǎo)彈系統(tǒng)的較高要求，較好的彌補(bǔ)了傳統(tǒng)儀器無法滿足導(dǎo)彈發(fā)展需求的問題[3]。虛擬儀器技術(shù)充分利用了計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)計(jì)算和處理的快速性，對導(dǎo)彈測試中涉及到的信號進(jìn)行記錄和分析，可見，其本身仍然包含著對計(jì)算機(jī)技術(shù)的引用。在虛擬儀器軟件測試中所包含的豐富的總線接口驅(qū)動程序，使工作人員編寫導(dǎo)彈測試程序更為便捷。采用的總線是已經(jīng)研制成熟的標(biāo)準(zhǔn)總線，在市面上已經(jīng)廣泛流通使用，將所有外圍設(shè)備通過計(jì)算機(jī)聯(lián)系在一起，由計(jì)算機(jī)統(tǒng)一操控著各類測試程序。虛擬儀器技術(shù)的運(yùn)作無形之中構(gòu)成了一套高速的綜合測試系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對測試結(jié)果實(shí)時顯示、自動存儲的功能。并且以人們?nèi)菀捉邮艿姆绞綄y試結(jié)果進(jìn)行顯示，便于測試人員對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。

4 結(jié)束語

虛擬儀器技術(shù)作為新興技術(shù)，不僅代表了一種創(chuàng)新的儀器設(shè)計(jì)思想，更是利用先進(jìn)理念與技術(shù)，構(gòu)造了便捷的航空電子產(chǎn)品測試系統(tǒng)。虛擬儀器技術(shù)的創(chuàng)新應(yīng)用，是中國航空測試系統(tǒng)向著數(shù)字化、智能化、虛擬化和網(wǎng)絡(luò)化的方向發(fā)展，使測試系統(tǒng)不再遵循固有的無法更改的模式，使用者完全可以根據(jù)自身需要去設(shè)計(jì)儀器系統(tǒng)。航空測試領(lǐng)域是我國科技興國必要發(fā)展的領(lǐng)域之一，虛擬儀器技術(shù)憑借著其獨(dú)有的靈活性，在航空測試領(lǐng)域中被大眾所接受，并占據(jù)著不可比擬的優(yōu)勢。虛擬儀器技術(shù)必將引導(dǎo)著我國科技的進(jìn)步與發(fā)展，為我國航空測試領(lǐng)域提高工作效率，增加測試工作的靈活性。

參考文獻(xiàn)

[1]徐文山.虛擬儀器及其在機(jī)械工程測試技術(shù)中的應(yīng)用[J].筑路機(jī)械與施工機(jī)械化，2014，9（2）：91-94.

[2]苗中華，陸鳴超，胡曉東，等.基于虛擬儀器技術(shù)的采棉機(jī)智能監(jiān)控系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2014，7（23）：35-42.

[3]李楊，伍君勇.虛擬儀器技術(shù)對知識創(chuàng)造的影響研究[J].科技進(jìn)步與對策，2013，7（14）：135-138.