燕斌

摘 要：在石油測(cè)試系統(tǒng)中引入虛擬儀器技術(shù)能夠進(jìn)一步提高測(cè)試系統(tǒng)的智能性和靈活性。本文對(duì)虛擬儀器技術(shù)進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，并分析了虛擬機(jī)技術(shù)在手測(cè)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(cè)試設(shè)備；虛擬儀器；測(cè)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(jì)50年代我國(guó)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(jì)70年代我國(guó)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(jì)等，測(cè)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(zhǎng)足的發(fā)展，并在石油測(cè)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(diǎn)

上世紀(jì)80年代我國(guó)已經(jīng)開始運(yùn)用智能儀器，結(jié)合計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子儀器技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的自動(dòng)邏輯判斷、運(yùn)算、存儲(chǔ)和自動(dòng)測(cè)試的功能，測(cè)試準(zhǔn)確度有了明顯的提高。軟件是虛擬儀器技術(shù)的核心，以計(jì)算機(jī)本身的數(shù)據(jù)處理存儲(chǔ)、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(diǎn)。虛擬儀器作為集成測(cè)試系統(tǒng)能夠有效地集成不同的測(cè)試儀器功能。一臺(tái)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(cè)試儀器。這樣可以降低使用費(fèi)用，而且操作也更加便利。與此同時(shí)，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(shí)間和開發(fā)費(fèi)用均低于傳統(tǒng)儀器，因此操作和維護(hù)都比較便利。不同的測(cè)試結(jié)果能夠在同一面板上顯示出來并且實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作，對(duì)控制的自動(dòng)化進(jìn)程進(jìn)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(jìn)行相應(yīng)的控制和測(cè)試，極大的降低了維護(hù)和開發(fā)的成本[1]。

2 虛擬儀器技術(shù)在石油測(cè)試設(shè)備中的具體應(yīng)用

在石油測(cè)試系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(cè)試系統(tǒng)。以計(jì)算機(jī)的處理能力和資源為依據(jù)，用軟件對(duì)測(cè)井信號(hào)進(jìn)行顯示、記錄和處理。該測(cè)試系統(tǒng)分為獲取和采集信號(hào)、分析和處理信號(hào)、輸出和顯示結(jié)果三大部分。硬件主要負(fù)責(zé)獲取和采集信號(hào)，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。計(jì)算機(jī)軟件能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行有效的處理，并由外圍設(shè)備和計(jì)算機(jī)顯示和輸出信號(hào)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(cè)試系統(tǒng)在對(duì)物理信號(hào)進(jìn)行測(cè)量前，主要由傳感器對(duì)物理信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使其成為計(jì)算機(jī)可以識(shí)別和處理的電信號(hào)。電信號(hào)的特點(diǎn)在于對(duì)噪聲敏感、幅度較低，需要進(jìn)行濾波和調(diào)制，然后再轉(zhuǎn)化為數(shù)字格式。當(dāng)前數(shù)據(jù)采集卡已經(jīng)具有比較完善的功能，考慮到測(cè)井儀器供電具有一定的特殊性，為了完成信號(hào)到合和分離還需要增加一些電路。保護(hù)電路和電腦分離會(huì)將測(cè)井儀器的信號(hào)送進(jìn)多路選擇器，各種信息都由脈沖信號(hào)進(jìn)行記錄。數(shù)字信號(hào)處理器會(huì)對(duì)脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，并采集當(dāng)前值，或者進(jìn)行時(shí)間采樣。在處理之前，要對(duì)編碼信號(hào)和模擬信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，使其成為數(shù)字信號(hào)。數(shù)字信號(hào)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(hào)能夠?qū)ξ锢硇畔⑦M(jìn)行反應(yīng)，或者直接記錄。

實(shí)時(shí)采集是石油測(cè)井儀器的一個(gè)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(yùn)用了串行總線接口技術(shù)（USB）[3]。

2.2 系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)

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(gè)主要組成部分：I/O接口儀器驅(qū)動(dòng)程序、應(yīng)用程序。應(yīng)用程序又分為測(cè)試功能流程圖進(jìn)行定義的軟件程序，和對(duì)虛擬面板功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的軟件程序，兩個(gè)部分。I/O接口儀器驅(qū)動(dòng)程序的主要作用在于，對(duì)外部硬件設(shè)備的通信、驅(qū)動(dòng)和擴(kuò)展功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

在當(dāng)前的技術(shù)條件下有兩種虛擬儀器開發(fā)軟件平臺(tái)：圖形化編輯語言、文本編輯語言，其各有優(yōu)缺點(diǎn)。圖形化編輯語言的優(yōu)點(diǎn)在于開發(fā)效率高、直觀性強(qiáng)、編程簡(jiǎn)單，文本編程語言的優(yōu)點(diǎn)在于具有較強(qiáng)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(jì)中主要使用的是圖形化語言開發(fā)平臺(tái)中的LabVIEW。

該平臺(tái)的編程環(huán)境比較復(fù)雜、功能強(qiáng)大，該開發(fā)平臺(tái)具有較多的函數(shù)庫(kù)和虛擬儀器，使用較為便利，開發(fā)效率較高。對(duì)石油測(cè)試系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面：設(shè)計(jì)應(yīng)用程序、設(shè)計(jì)帶有USB接口的驅(qū)動(dòng)程序。

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

帶有USB接口的驅(qū)動(dòng)程序主要是用來對(duì)用戶界面和儀器進(jìn)行連接，該開發(fā)平臺(tái)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(biāo)準(zhǔn)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(dòng)程序，驅(qū)動(dòng)程序的所有功能函數(shù)都能夠通過C語言得以實(shí)現(xiàn)。

3 結(jié)語

在石油測(cè)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(cè)試系統(tǒng)，能夠?qū)鹘y(tǒng)石油測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行有效的優(yōu)化，在一個(gè)硬件平臺(tái)上對(duì)儀器的調(diào)試進(jìn)行有效的集成，極大地簡(jiǎn)化了開發(fā)環(huán)節(jié)，也使硬件電路的重復(fù)設(shè)計(jì)得到了有效的減少。通過應(yīng)用計(jì)算機(jī)的處理能力和計(jì)算能力，以及數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，能夠使石油測(cè)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(shì)，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

[1]韋秀瑜，馬曉磊，劉桂蓮.虛擬儀器技術(shù)在石油化工檢測(cè)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(jì)算機(jī)的虛擬儀器技術(shù)的設(shè)計(jì)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）.