虛擬儀器技術(shù)在石油測試設(shè)備中的應(yīng)用

燕斌

摘 要：在石油測試系統(tǒng)中引入虛擬儀器技術(shù)能夠進一步提高測試系統(tǒng)的智能性和靈活性。本文對虛擬儀器技術(shù)進行了簡要的介紹，并分析了虛擬機技術(shù)在手測試設(shè)備中的具體應(yīng)用，供相關(guān)人員參考。

關(guān)鍵詞：石油測試設(shè)備；虛擬儀器；測試系統(tǒng)

在石油工業(yè)中，虛擬儀器技術(shù)發(fā)揮了越來越重要的作用。上世紀50年代我國誕生了第一代模擬儀器，包括指針式萬用表、晶體管電壓表等，并得到了廣泛的應(yīng)用。上世紀70年代我國又誕生了第二代數(shù)字化儀器，包括數(shù)字電壓表和數(shù)字頻率計等，測試精度和響應(yīng)速度都得到了很大的提高。隨著科技的發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)也得到長足的發(fā)展，并在石油測試設(shè)備中得到廣泛的應(yīng)用。

1 虛擬儀器技術(shù)及其優(yōu)點

上世紀80年代我國已經(jīng)開始運用智能儀器，結(jié)合計算機技術(shù)和電子儀器技術(shù)，實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的自動邏輯判斷、運算、存儲和自動測試的功能，測試準確度有了明顯的提高。軟件是虛擬儀器技術(shù)的核心，以計算機本身的數(shù)據(jù)處理存儲、加工功能為依托。虛擬儀器，與傳統(tǒng)儀器相比具有較多的優(yōu)點。虛擬儀器作為集成測試系統(tǒng)能夠有效地集成不同的測試儀器功能。一臺虛擬儀器搭配專用硬件板卡，就能夠?qū)⒑芏嗉蓛x器的功能集成起來，代替很多復(fù)雜和分離的測試儀器。這樣可以降低使用費用，而且操作也更加便利。與此同時，虛擬儀器技術(shù)具有更加靈活的功能，通過一些特制軟件，用戶的特殊需要也可以得到相應(yīng)的滿足。虛擬儀器的開發(fā)時間和開發(fā)費用均低于傳統(tǒng)儀器，因此操作和維護都比較便利。不同的測試結(jié)果能夠在同一面板上顯示出來并且實現(xiàn)自動化操作，對控制的自動化進程進行了有效的優(yōu)化。在投入完整的虛擬儀器之后就能夠使用軟件編碼來進行相應(yīng)的控制和測試，極大的降低了維護和開發(fā)的成本[1]。

2 虛擬儀器技術(shù)在石油測試設(shè)備中的具體應(yīng)用

在石油測試系統(tǒng)設(shè)計中引入虛擬儀器的概念，開發(fā)以虛擬儀器技術(shù)為基礎(chǔ)的石油測試系統(tǒng)。以計算機的處理能力和資源為依據(jù)，用軟件對測井信號進行顯示、記錄和處理。該測試系統(tǒng)分為獲取和采集信號、分析和處理信號、輸出和顯示結(jié)果三大部分。硬件主要負責獲取和采集信號，并對信號進行轉(zhuǎn)化。計算機軟件能夠?qū)π盘栠M行有效的處理，并由外圍設(shè)備和計算機顯示和輸出信號處理的結(jié)果[2]。

2.1 系統(tǒng)的硬件電路

以虛擬儀器技術(shù)為基礎(chǔ)的石油測試系統(tǒng)在對物理信號進行測量前，主要由傳感器對物理信號進行轉(zhuǎn)化，使其成為計算機可以識別和處理的電信號。電信號的特點在于對噪聲敏感、幅度較低，需要進行濾波和調(diào)制，然后再轉(zhuǎn)化為數(shù)字格式。當前數(shù)據(jù)采集卡已經(jīng)具有比較完善的功能，考慮到測井儀器供電具有一定的特殊性，為了完成信號到合和分離還需要增加一些電路。保護電路和電腦分離會將測井儀器的信號送進多路選擇器，各種信息都由脈沖信號進行記錄。數(shù)字信號處理器會對脈沖信號進行計數(shù)，并采集當前值，或者進行時間采樣。在處理之前，要對編碼信號和模擬信號進行轉(zhuǎn)化，使其成為數(shù)字信號。數(shù)字信號處理技術(shù)可以選擇小波分析技術(shù)，應(yīng)用軟件模塊來完成消噪、濾波，不再配備不同的硬件電路板。模擬信號能夠?qū)ξ锢硇畔⑦M行反應(yīng)，或者直接記錄。

實時采集是石油測井儀器的一個重要使用要求，為了滿足傳輸率的要求，不能使用普通的串口通信，因此在本系統(tǒng)中運用了串行總線接口技術(shù)（USB）[3]。

2.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計

作為虛擬儀器技術(shù)的核心內(nèi)容，該系統(tǒng)的軟件分為兩個主要組成部分：I/O接口儀器驅(qū)動程序、應(yīng)用程序。應(yīng)用程序又分為測試功能流程圖進行定義的軟件程序，和對虛擬面板功能進行實現(xiàn)的軟件程序，兩個部分。I/O接口儀器驅(qū)動程序的主要作用在于，對外部硬件設(shè)備的通信、驅(qū)動和擴展功能進行實現(xiàn)。

在當前的技術(shù)條件下有兩種虛擬儀器開發(fā)軟件平臺：圖形化編輯語言、文本編輯語言，其各有優(yōu)缺點。圖形化編輯語言的優(yōu)點在于開發(fā)效率高、直觀性強、編程簡單，文本編程語言的優(yōu)點在于具有較強的靈活性、能夠便利地添加功能。本系統(tǒng)處理模塊和虛擬空間的設(shè)計中主要使用的是圖形化語言開發(fā)平臺中的LabVIEW。

該平臺的編程環(huán)境比較復(fù)雜、功能強大，該開發(fā)平臺具有較多的函數(shù)庫和虛擬儀器，使用較為便利，開發(fā)效率較高。對石油測試系統(tǒng)的軟件設(shè)計包括兩個方面：設(shè)計應(yīng)用程序、設(shè)計帶有USB接口的驅(qū)動程序。

根據(jù)實際需要，應(yīng)用程序可以分為頻譜分析儀子系統(tǒng)1個、虛擬示波器系統(tǒng)1個、檢測子系統(tǒng)4個。只需將需要測試的項目名稱輸入主面板就可以打開相應(yīng)的測試面板進行測試。每個子系統(tǒng)都具有不同的功能，因此需要不同的軟件流程。每個項目都具有基本類似的檢測流程，但其使用的子VI不完全相同，VI指的是在虛擬儀器。對于系統(tǒng)中一些完全獨立的過程，可以將其設(shè)計成為不同的子VI，從而使軟件設(shè)計就更強的模塊化和程式化，使程序的可讀性得到增強。在這一時間段內(nèi)，測試系統(tǒng)都能夠及時的記錄脈沖信號的計數(shù)值，然后進行曲線擬合，將其在屏幕上進行顯示，具有很強的直觀性。同時系統(tǒng)也能夠精確地記錄模擬信號的幅度，并對模擬信號進行有效的消噪、帶通濾波、低通、高通處理，軟件會有效地轉(zhuǎn)化數(shù)字化后的信號，并對其進行圖像顯示。

帶有USB接口的驅(qū)動程序主要是用來對用戶界面和儀器進行連接，該開發(fā)平臺可供用戶使用的傳統(tǒng)的GPIB函數(shù)、VI包括串口通信函數(shù)、標準VISA I/O函數(shù)等。該系統(tǒng)使用了CIN接口技術(shù)來編寫驅(qū)動程序，驅(qū)動程序的所有功能函數(shù)都能夠通過C語言得以實現(xiàn)。

3 結(jié)語

在石油測試設(shè)備中應(yīng)用虛擬儀器技術(shù)，開發(fā)以虛擬儀器技術(shù)為基礎(chǔ)的是要測試系統(tǒng)，能夠?qū)鹘y(tǒng)石油測試系統(tǒng)進行有效的優(yōu)化，在一個硬件平臺上對儀器的調(diào)試進行有效的集成，極大地簡化了開發(fā)環(huán)節(jié)，也使硬件電路的重復(fù)設(shè)計得到了有效的減少。通過應(yīng)用計算機的處理能力和計算能力，以及數(shù)字信號處理技術(shù)，能夠使石油測試設(shè)備的集成度和智能化得到有效的提高，充分發(fā)揮虛擬儀器技術(shù)的優(yōu)勢，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻：

[1]韋秀瑜，馬曉磊，劉桂蓮.虛擬儀器技術(shù)在石油化工檢測中的應(yīng)用方式及前景分析[J].化工管理.2014（18）.

[2]耿衛(wèi)江.基于計算機的虛擬儀器技術(shù)的設(shè)計與應(yīng)用[J].信息技術(shù)與信息化.2015（07）.

[3]武杰.不斷發(fā)展中的虛擬儀器技術(shù)[J].科技資訊.2013（30）.