李慶芝
[摘要]隨著電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)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(cè)量、故障診斷、通信機(jī)電等各個(gè)領(lǐng)域。本文簡(jiǎn)單明了地闡述了虛擬儀器在計(jì)量測(cè)試中的應(yīng)用。
[關(guān)鍵詞]虛擬儀器,計(jì)量測(cè)試,應(yīng)用
1.引言
虛擬儀器就是在以計(jì)算機(jī)為核心的硬件平臺(tái)上,由用戶設(shè)計(jì)定義的具有虛擬界面,并由測(cè)試軟件來(lái)完成測(cè)試功能的一種計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。虛擬儀器的實(shí)質(zhì)是利用計(jì)算機(jī)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(cè)結(jié)果;利用計(jì)算機(jī)的應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)信號(hào)的采集、調(diào)整,并完成測(cè)試功能的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)[1]。操作者利用鼠標(biāo)和鍵盤(pán)對(duì)虛擬儀器面板進(jìn)行操作,就如同使用一臺(tái)專用的測(cè)量?jī)x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(kāi)拓了測(cè)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(jì)算機(jī)技術(shù),并可由用戶自己設(shè)計(jì)、自己定義的儀器。它通常包括計(jì)算機(jī)、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(guò)應(yīng)用軟件將計(jì)算機(jī)硬件資源與測(cè)量?jī)x器有機(jī)地融為一體,從而把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力和測(cè)量?jī)x器的測(cè)量、控制能力結(jié)合在一起,并通過(guò)應(yīng)用軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)以及分析處理等。虛擬儀器可在計(jì)算機(jī)上完成信號(hào)的分析與處理,并將處理結(jié)果顯示到虛擬界面上。
隨著計(jì)算機(jī)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(wú)論哪種類型的虛擬儀器系統(tǒng),都是通過(guò)應(yīng)用軟件將硬件設(shè)備搭載到PC機(jī)或是工作站等各種計(jì)算機(jī)平臺(tái)上,實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)全數(shù)字化的采集、測(cè)試和分析。
在計(jì)量測(cè)試系統(tǒng)中應(yīng)用先進(jìn)的虛擬儀器技術(shù),系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)采用先進(jìn)的VXI總線結(jié)構(gòu)或主流的PXI總線結(jié)構(gòu),以及SCXI信號(hào)調(diào)整組件,應(yīng)用軟件采用測(cè)控領(lǐng)域廣為流行的LabVIEW圖形化開(kāi)發(fā)平臺(tái)和模塊化結(jié)構(gòu)應(yīng)用軟件設(shè)計(jì),具有硬件可靠性高,擴(kuò)充性強(qiáng);模塊化軟件結(jié)構(gòu)、可移植性強(qiáng)等 優(yōu)點(diǎn)。
3.虛擬儀器在計(jì)量測(cè)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(dú)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(diǎn)是它本身就是側(cè)重于測(cè)試結(jié)果即測(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性,而不注重于測(cè)試的形式手段。綜合以上的特點(diǎn),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(wú)據(jù)參考。虛擬儀器在計(jì)量測(cè)試中要視不同情況處理。若被測(cè)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(jì)量規(guī)程,比如失真度測(cè)試模塊,信號(hào)發(fā)生器模塊等;若被測(cè)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(cè)手段,參考指標(biāo),如信納測(cè)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(dòng)態(tài)信號(hào)分析儀的計(jì)量規(guī)程,參考該規(guī)程提供的方法,對(duì)虛擬儀器進(jìn)行模擬測(cè)試。
3.2明確虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn),保證虛擬儀器測(cè)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(hào)發(fā)生器、示波器、失真度測(cè)試、信納模塊等模塊,在實(shí)驗(yàn)室做測(cè)試的時(shí),需要全面了解每個(gè)模塊的功能[2],才能確定實(shí)驗(yàn)室實(shí)踐之前需要哪些實(shí)用模塊,需要注意的是,同一型號(hào)的儀器需要的模塊功能可能大不相同,但無(wú)論怎么選擇都要立足于客戶的現(xiàn)實(shí)需求,因此虛擬儀器實(shí)驗(yàn)室標(biāo)準(zhǔn)就是立足于實(shí)現(xiàn),了解客戶需求,選擇合適的測(cè)試模塊,才能滿足客戶的實(shí)際應(yīng)用需求。
3.3加強(qiáng)軟件管理,保證計(jì)量的過(guò)程和結(jié)果安全可靠。良好的虛擬儀器性能能夠確保測(cè)試計(jì)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(huì)保持穩(wěn)定的狀態(tài),確保計(jì)量的順利成功。但也要謹(jǐn)防測(cè)量過(guò)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(jì)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(jì)算機(jī)病毒、黑客攻擊等常見(jiàn)的問(wèn)題,所以軟件的管理還要融入測(cè)試技術(shù),通過(guò)這方面的軟件實(shí)時(shí)監(jiān)督管理系統(tǒng),防止數(shù)據(jù)庫(kù)、相關(guān)記錄被修改,或者防止來(lái)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(zhǎng)效機(jī)制,采用一機(jī)專用。在實(shí)際應(yīng)用中就出現(xiàn)過(guò)機(jī)器中病毒而導(dǎo)致計(jì)算機(jī)的中央處理器利用率不斷增大直到死機(jī)的情況,因此軟件的安全管理是不能忽視,必須要嚴(yán)格對(duì)待的問(wèn)題。
4.虛擬儀器在計(jì)量測(cè)試中存在的問(wèn)題
由于當(dāng)前計(jì)量法規(guī)還不健全,虛擬儀器作為計(jì)量測(cè)試中的新生技術(shù)已經(jīng)成為一個(gè)急需解決的問(wèn)題。因此在實(shí)際的計(jì)量測(cè)試中,還應(yīng)當(dāng)注意下面幾個(gè)問(wèn)題:
(1)虛擬儀器是軟硬件的集合體,是一個(gè)整體,如將這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行隔離測(cè)試,不僅繁瑣,同時(shí)也不能彰顯軟件的核心地位。
(2)在功能模塊的測(cè)試中應(yīng)當(dāng)避免重復(fù)測(cè)試。
(3)為了保證虛擬儀器的測(cè)試數(shù)據(jù)的有效性和準(zhǔn)確性,應(yīng)在測(cè)試之前對(duì)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(cè)試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和有效性。
5.總結(jié)
簡(jiǎn)而言之,隨著虛擬儀器在計(jì)量測(cè)試領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用,虛擬儀器技術(shù)將會(huì)更多的在計(jì)量各專業(yè)領(lǐng)域的國(guó)家基標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量系統(tǒng)中得到應(yīng)用[3],虛擬儀器的卓越計(jì)算能力和巨大數(shù)據(jù)吞吐能力必將使其在計(jì)量測(cè)試與控制系統(tǒng)等領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用。
6.參考文獻(xiàn)
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[3]于梅.虛擬儀器技術(shù)在計(jì)量測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用的展望[J].北京:中國(guó)計(jì)量,2004.4。