基于虛擬儀器技術的電子測量儀器平臺開發

程鎮，湯繼保，鄭榮波，湯修平，陳德祥，袁哲

（合肥通用機械研究院，安徽 合肥 230031）

基于虛擬儀器技術的電子測量儀器平臺開發其實就是以電子測量儀器為現實基礎，應用虛擬儀器的一個平臺開發。這個平臺的建設良好地應用計算機上的軟硬件資源而且良好地應用LabVIEW模塊化的編程方式，以及交互式的界面設計方面，使這個平臺可以更加迅速、高效率、高質量地完成相應工作，這對于我國的科研工作以及工程設計等精細化工作的進行都是非常有利的，接下來我們就來具體探討分析一下基于虛擬儀器技術的電子測量儀器平臺開發。

1 儀器平臺系統組成

基于虛擬儀器技術的電子測量儀器平臺是由硬件和軟件兩部分組成。硬件部分包括數據采集卡、屏蔽式電纜和螺旋式終端接線盒以及6支自制探筆。而軟件部分應用的是圖形化編程環境LabVIEW開發的電子測量儀器平臺軟件。硬件和軟件的配合使得這一平臺可以更好地服務于各類科研工作和工程設計，儀器平臺系統具體組成。

1.1 硬件部分

基于虛擬儀器技術的電子測量儀器平臺的硬件部分中最關鍵的就是數據采集卡，數據采集卡的種類是相對比較多的，但是一般情況這類型平臺中應用的是PCI—6221數據采集卡。這種型號的卡相較于其他型號的數據采集卡性價比是比較高的。它的接入方式是PCI總線方式接入計算機系統，這種輸入通道的輸入口比較多，所以采集率也是很高的。不僅如此，PCI—6221數據采集卡的安裝也是非常簡單的。將這一型號的數據采集卡插在PCI卡槽中，然后啟動驅動系統，最后通過電腦軟件對這一數據采集卡進行編程進而對他進行控制。因而相對其他型號的數據采集卡，這一采集卡因為性能好、安裝方便，所以應用是比較廣泛的。

1.2 軟件部分

軟件部分是整個平臺應用開發的關鍵，核心。對于各類工程設計和科學研究工作的工作質量和工作效率影響都是非常大的。軟件部分也需要借助很多設備來完成，其中包括信號源、示波器、直流電壓表、交流電壓表、電子計數器、掃頻儀、RLC測試儀。軟件應用過程中，也要考慮到這些硬件設備的運轉情況。

通過對這些儀器的分析，最終決定結合LabVIEW軟件開發的特點，這樣設計出來的虛擬儀器不僅和實際儀器有同樣的功效，而且有很多輔助功能，這些輔助功能對于精細化工程設計以及科研工作的進行都有很大的作用。

2 儀器平臺關鍵技術

儀器平臺真正發揮作用對于應用這一平臺的工作項目來說非常有利。但是要想保證儀器平臺的精準化運行，其中有很多關鍵性技術是非常必要且關鍵的。這幾項關鍵技術一旦出現誤差或者問題，整個平臺的運行效率甚至是平臺系統運行的精準度都會受到影響。所以接下來我們就來具體探討分析一下儀器平臺的關鍵技術。

2.1 自適應采樣率設置

基于虛擬儀器技術的電子測量儀器平臺開發對于很多工程設計工作以及科研工作的高效率、高質量進行是非常有必要的。上文中我們已經提到了硬件設備中非常重要的就是數據采集卡，這一設備非常重要的一項作用就是采樣收集，但是最終要數據采集分析，所以對于數據采樣率的設置就是非常關鍵的。但是一般情況下的采樣率設置為了保證前后的一致性會使采樣率頻率固定不變。這種情況下采樣率如果要進行調整必須重新打開系統進行調整，或者有的情況輸入頻率發生變化，程序就不能適應性地提供固定的采樣倍數。但是隨著技術的不斷改進，這一問題已經得到了很好的解決。現在已經出現了一種反饋自動調節頻率的系統。首先，默認采樣頻率和采樣點數進行采集，而后對單個頻率進行收集采樣，將收集到的頻率與自身設置的頻率依次進行比較。如果頻率與設置頻率一致繼續進行采集工作，如果收集到的頻率與設置頻率不大相同，系統就會將這一信息反饋到采樣頻率設置，從而進行調整繼續進行采樣工作。

2.2 儀器算法

儀器平臺的精準化運行離不開儀器算法，但是算法又會受到很多相關設備的影響。所以相關設備的設計使用都是非常關鍵的。首先，信號源就非常關鍵，信號源是以雙通道DDS型信號發生器為原型的，所以對條件結構的控制選擇更加科學。與此同時，它的輔助功能也可以幫助我們實現波形數據存儲等功能。其次，電子計數器也是非常必要的，電子計數器測量周長和測量頻率為基本原理，但是因為不同工程設計或者科研工作對于它的要求不同，電子計數器通過程序編程控制實現了測周和測頻的自動選擇切換。而后就是交流電壓表、掃頻儀、示波器以及RLC測試儀和直流電壓表。交流電壓表的主要作用在于對其中電波地參數進行檢測分析，因為對各類參數都進行了科學的研究，所以我們自身進行比較也會更加方便，這對于整個過程的儀器平臺保持正常運行也是非常必要的。掃頻儀與交流電壓表有較大的差距，主要實現掃頻和點頻作用，我們通過對整個過程的頻率變化進行監控檢測，可以及時鏈接整個平臺每個環節的運行情況，對環節進行監督調控。儀器平臺應用的示波器與我們使用的實際示波器也存在很大的差別，實際示波器在應用過程中存在只改變波形而不改變網絡造成的界面不友好情況，但是虛擬儀器中應用程序編程很好地避免了這類情況的發生。虛擬RLC測試法是儀器算法的中心體現，它應用了伏安法的自由軸法來實現計算。而直流電壓表也是通過對虛擬數據采集卡的編程進行控制，通過這種控制使直流電壓表更好地執行顯示功能，此外，還執行一定的報警功能。

2.3 儀器平臺的功能測試與分析

雖然對儀器平臺進行了精細的策劃，但是要保證它最終的性能還是應該通過一定的功能測試和分析來進行確認甚至是調整。已經有很多科學家對此進行了深入地研究，研究結果顯示基于虛擬儀器技術的電子測量儀器平臺相對于顯示現實儀器的使用是有很大的便利的。這個在功能測試過程中表現得淋漓盡致，基于虛擬儀器技術的電子測量儀器平臺在可操作性、實用性等方面都是非常可靠的。尤其在電子測量方面的精準度、便利性方面都可以很好的替代實際的電子測量儀器。

3 結語

實際電子測量儀器雖然現在已經非常精準了，但是仍然存在儀器笨重、攜帶不利、精準度不穩定等方面的影響。基于虛擬儀器技術的電子測量儀器平臺開發研究幫助我們解決了這一問題。基于虛擬儀器技術的電子測量儀器平臺充分地利用了計算機的強大計算能力以及編程控制等設計方法，以現實電子測量儀器為依據，結合了各類新興技術實現了虛擬儀器的電子測量儀器平臺的開發應用。這也有利于科研工作者和工程設計者，如果這一平臺得到廣泛應用，那么各類測量工作的效率就會大大提升。

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