分析虛擬儀器在計量測試中的應用

李慶芝

[摘要]隨著電子技術、計算機技術和軟件技術等技術的高速發展，虛擬儀器技術也得到了快速的發展，并廣泛應用在電子測量、故障診斷、通信機電等各個領域。本文簡單明了地闡述了虛擬儀器在計量測試中的應用。

[關鍵詞]虛擬儀器，計量測試，應用

1.引言

虛擬儀器就是在以計算機為核心的硬件平臺上，由用戶設計定義的具有虛擬界面，并由測試軟件來完成測試功能的一種計算機系統。虛擬儀器的實質是利用計算機的顯示器模擬傳統儀器的控制面板，以多種形式顯示檢測結果；利用計算機的應用軟件實現信號的采集、調整，并完成測試功能的計算機系統[1]。操作者利用鼠標和鍵盤對虛擬儀器面板進行操作，就如同使用一臺專用的測量儀器。因此虛擬儀器可以總結為：信息采集、算法軟件和顯示界面三部分。

總之虛擬儀器技術是當前主流技術的集成者，虛擬儀器技術的應用開拓了測試儀器領域的里程碑。

2.虛擬儀器的基本構成和工作方式

虛擬儀器是充分利用計算機技術，并可由用戶自己設計、自己定義的儀器。它通常包括計算機、儀器模塊硬件和應用軟件三部分組成。

應用軟件系統是虛擬儀器的核心部分。虛擬儀器通過應用軟件將計算機硬件資源與測量儀器有機地融為一體，從而把計算機強大的數據處理能力和測量儀器的測量、控制能力結合在一起，并通過應用軟件實現對數據的顯示、存儲以及分析處理等。虛擬儀器可在計算機上完成信號的分析與處理，并將處理結果顯示到虛擬界面上。

隨著計算機技術的發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。但是無論哪種類型的虛擬儀器系統，都是通過應用軟件將硬件設備搭載到PC機或是工作站等各種計算機平臺上，實現計算機全數字化的采集、測試和分析。

在計量測試系統中應用先進的虛擬儀器技術，系統硬件結構采用先進的VXI總線結構或主流的PXI總線結構，以及SCXI信號調整組件，應用軟件采用測控領域廣為流行的LabVIEW圖形化開發平臺和模塊化結構應用軟件設計，具有硬件可靠性高，擴充性強；模塊化軟件結構、可移植性強等 優點。

3.虛擬儀器在計量測試中的應用

3.1虛擬儀器功能多樣化，因此它不僅適用于單獨頒發一本涵蓋所有功能的檢定規程，一旦頒發，很容易與之前的單一功能的檢定規程在內容設置上出現重復。虛擬儀器的最大特點是它本身就是側重于測試結果即測試數據的準確性，而不注重于測試的形式手段。綜合以上的特點，可以把虛擬儀器的功能總結為功能掛靠，有據依據，無據參考。虛擬儀器在計量測試中要視不同情況處理。若被測的功能模塊與之前的傳統儀器相同，那么就可以直接參考之前的計量規程，比如失真度測試模塊，信號發生器模塊等；若被測的功能模塊，缺乏相應技術法規，那么可以考慮參考之前儀器制造廠商提供的相關檢測手段，參考指標，如信納測試等；若是遇到FFT分析的類似情況，就應當采用功能掛靠的方式，掛靠于動態信號分析儀的計量規程，參考該規程提供的方法，對虛擬儀器進行模擬測試。

3.2明確虛擬儀器實驗室標準，保證虛擬儀器測試方面的效率。虛擬儀器并不是單一功能模塊組成，它包括眾多功能模塊，例如信號發生器、示波器、失真度測試、信納模塊等模塊，在實驗室做測試的時，需要全面了解每個模塊的功能[2]，才能確定實驗室實踐之前需要哪些實用模塊，需要注意的是，同一型號的儀器需要的模塊功能可能大不相同，但無論怎么選擇都要立足于客戶的現實需求，因此虛擬儀器實驗室標準就是立足于實現，了解客戶需求，選擇合適的測試模塊，才能滿足客戶的實際應用需求。

3.3加強軟件管理，保證計量的過程和結果安全可靠。良好的虛擬儀器性能能夠確保測試計量的準備性，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，性能會保持穩定的狀態，確保計量的順利成功。但也要謹防測量過程中出現人為修改，一旦出現修改，數據就不能保證能夠得出相同的結果，才能確保計量的結果的可信性和可靠性。另一方面目前網絡出現很多的不安全的因素，例如計算機病毒、黑客攻擊等常見的問題，所以軟件的管理還要融入測試技術，通過這方面的軟件實時監督管理系統，防止數據庫、相關記錄被修改，或者防止來自外部的攻擊。因此軟件的安全管理不可怠慢，應當建立健全監督管理的長效機制，采用一機專用。在實際應用中就出現過機器中病毒而導致計算機的中央處理器利用率不斷增大直到死機的情況，因此軟件的安全管理是不能忽視，必須要嚴格對待的問題。

4.虛擬儀器在計量測試中存在的問題

由于當前計量法規還不健全，虛擬儀器作為計量測試中的新生技術已經成為一個急需解決的問題。因此在實際的計量測試中，還應當注意下面幾個問題：

（1）虛擬儀器是軟硬件的集合體，是一個整體，如將這個系統進行隔離測試，不僅繁瑣，同時也不能彰顯軟件的核心地位。

（2）在功能模塊的測試中應當避免重復測試。

（3）為了保證虛擬儀器的測試數據的有效性和準確性，應在測試之前對被儀器的應用范圍、應用功能、儀器性能指標有明確的了解，不然很難保證測試數據的準確性和有效性。

5.總結

簡而言之，隨著虛擬儀器在計量測試領域的廣泛應用，虛擬儀器技術將會更多的在計量各專業領域的國家基標準和測量系統中得到應用[3]，虛擬儀器的卓越計算能力和巨大數據吞吐能力必將使其在計量測試與控制系統等領域發揮更大的作用。

6.參考文獻

[1]徐軍.虛擬儀器在計量測試中的應用[J].天津：信息系統工程，2013.1.20。

[2]黃吉濤，周倫彬，馬博群.虛擬儀器在計量測試中的應用[J].成都：中國測試技術，2008.5。

[3]于梅.虛擬儀器技術在計量測試技術領域應用的展望[J].北京：中國計量，2004.4。