不確定度在虛擬儀器測量中的應(yīng)用及其評定

摘要：虛擬儀器是指由測試軟件達(dá)到測試目的，以計算機為主要的硬件，由編程語言來定義和實現(xiàn)的，與傳統(tǒng)儀器具有相似功能的虛擬面板。虛擬儀器測試主要利用各個模塊實現(xiàn)信號采集、分析與調(diào)理從而完成信號處理的過程，進(jìn)而通過虛擬儀器的模擬面板輸出測量結(jié)果。虛擬儀器結(jié)合計算機與具有插件儀器的各個模塊進(jìn)行測量，插件儀器的頻率、電壓以及數(shù)據(jù)采集的精度等共同決定虛擬儀器的測量能力。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；測量不確定度；評定方法

中圖分類號：TH701 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2012）26-0044-02

虛擬儀器測量過程中，測量結(jié)果會產(chǎn)生不確定度，產(chǎn)生誤差的來源有虛擬儀器中的傳感器、信號處理模塊集成傳感器、數(shù)據(jù)處理軟件、計算機硬件等，其中的每個部分都會影響虛擬儀器的總體不確定度。集成傳感器和數(shù)據(jù)采集卡產(chǎn)生的誤差會經(jīng)過計算機的數(shù)據(jù)處理從而產(chǎn)生不確定度。本文主要介紹不確定度在虛擬儀器測量中的應(yīng)用，影響測量不確定度的因素以及不確定度的評定方法。

1 虛擬儀器的組成以及影響測量裝置不確定度的因素

1.1 虛擬儀器的基本構(gòu)成

虛擬儀器利用計算機的軟硬件來完成各種傳統(tǒng)儀器的測試功能，其中它以計算機軟件和A/D轉(zhuǎn)換，集成傳感器實現(xiàn)測量的過程，關(guān)鍵是對電量的信號處理，當(dāng)被測量中的非電量時，要向電量進(jìn)行轉(zhuǎn)換。工作中的各種模塊功能各異：首先，實現(xiàn)信號處理的放大，達(dá)到容易測試的電平以及完成信號之間的切換和放大濾波的模塊是信號調(diào)理過程；然后被測量從模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換過程由數(shù)據(jù)采集是實現(xiàn)；采樣過程中，虛擬儀器以DSP為處理數(shù)據(jù)的中心，進(jìn)行被測量的運算。

1.2 虛擬儀器測量不確定度的來源

虛擬儀器的不確定度的來源要考慮到虛擬儀器的內(nèi)部構(gòu)成和處理數(shù)據(jù)的過程，而每一部分的精度因素也各不相同。注意到，由于接口的軟件和控制的軟件沒有進(jìn)行數(shù)據(jù)的計算過程，所以這兩部分不會影響不確定度。在所有影響不確定度的因素中，由于傳感器處于測試過程的最前端，因此由傳感器導(dǎo)致的不確定度的分量成為虛擬儀器總不確定度的根本因素。除了傳感器的精度是影響虛擬儀器總體不確定度的根本原因外，信號調(diào)理過程、數(shù)據(jù)采集過程和DSP都會形成虛擬儀器的誤差。但是，生產(chǎn)廠家生產(chǎn)產(chǎn)品后，會對虛擬儀器的傳感器進(jìn)行標(biāo)示，購買者要注意核對不確定度值，并選擇符合不確定度要求的傳感器。由于在傳感器中含有電量轉(zhuǎn)換電路，所以在非電量的測試時，會產(chǎn)生較大的誤差和不確定度。不論是電量測試還是非電量測試，都需要數(shù)據(jù)采集過程。因此，數(shù)據(jù)采集卡的精度也會影響到虛擬儀器不確定度。

2 虛擬儀器不確定度的評定

由以上虛擬儀器的工作原理和基本構(gòu)成可以知道，評定虛擬儀器測試的不確定度比傳統(tǒng)儀器的不確定度的評定更加復(fù)雜。因此，在評定虛擬儀器的總體不確定度時，要對其中影響因素的各項的標(biāo)準(zhǔn)不確定度進(jìn)行分別評定，再對總的合成不確定度進(jìn)行分析。其中評定方法分為A類評定和B類評定。

2.1 A類評定方法

3 研究虛擬儀器不確定度的意義

隨著科技的發(fā)展，新一代的具有先進(jìn)技術(shù)的虛擬儀器越來越被人們所接受，目前，工業(yè)、醫(yī)藥、農(nóng)業(yè)和國防等均普遍應(yīng)用了虛擬儀器。虛擬儀器具有傳統(tǒng)儀器所沒有的功能和優(yōu)點，具有成本低、適用范圍廣、可以重復(fù)性強的特點；與傳統(tǒng)儀器相比，虛擬儀器方便攜帶，適合于野外作業(yè)等特殊環(huán)境；在生產(chǎn)方面，通過虛擬儀器模擬測量數(shù)據(jù)，可以節(jié)省材料、提高工作效率。因此，虛擬儀器在現(xiàn)代社會中被廣泛采用。與此同時，虛擬儀器的誤差和精度也顯得尤為重要。虛擬儀器由計算機的軟硬件構(gòu)成，每一步處理數(shù)據(jù)都可能會產(chǎn)生誤差，只有在各部分的誤差和整體誤差在有效得范圍內(nèi)時，測量結(jié)果才是有效可靠，才會避免一些錯誤的產(chǎn)生，使工業(yè)生產(chǎn)和科研能夠有效進(jìn)行。因此要對虛擬儀器的不確定度進(jìn)行評定和驗證，找出虛擬儀器過程中的各部分的不確定度和整體不確定度。對于一些超出誤差的部分，要及時進(jìn)行合理地調(diào)試、校驗，從而保證測試的順利進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] 錢紹圣.測量不確定度:實驗數(shù)據(jù)的處理與表示[M].北京:高等教育出版社，2002.